Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Deodorisation of Industrial Gases Using a Biofiltration Plant

Wierzbińska Monika

Journal of Ecological Engineering

|

2023

|

Vol. 24, nr 10

47--56

EN

This paper proposes the use of natural fibres: cotton, hemp and jute, as an additive to the fillings in peat-bark biofilters used to deodorise industrial gases in order to increase the sorption properties of the biomass used. The subject of the studies involved waste gases from a grease trap, which were passed through biofilters to remove volatile fatty acids (VFAs) from them that are responsible for the odour nuisance of these gases. It was assumed that a set of microorganisms would be established on the biological material through a process of natural selection to convert the readily decomposable fatty acids into carbon dioxide and water. Gases were sampled upstream and downstream of the beds as well as analysed qualitatively and quantitatively on a gas chromatograph. On the basis of the changes in volatile fatty acid concentrations, the efficiency of the deodorisation process was evaluated. The deodorisation results were compared between the individual beds at the unstable stage of those beds filtration, i.e. during the period of biofilters activation and during their stable filtration. For each bed, the efficiency during each week of filtration was calculated. The efficiencies of removal of individual fatty acids from the waste gases were also compared. The studies show that a 3-month filtration period of the biofilter is sufficient for the biological bed to begin to effectively perform its function as a deodoriser of waste gases under industrial conditions. This period was characterised by considerable turbulence and activation of both the filter material and the microorganisms in the bed. During the first weeks of activation, the beds described in this paper showed relatively low deodorisation efficiencies (33–58%). In the next phase, there was an increase in flow resistance and a partial decrease in treatment effects to 32–47%. After that, there were fluctuations in deodorisation efficiency for several weeks until the microflora was established and adapted. During this period, the peat-bark bed had the best efficiency amounting to 70–80%. After 9 weeks, the beds were already partially activated, the microorganisms were moving towards equilibrium and the deodorisation efficiency with fibre beds was above 80%. After 15 weeks of filtration, the already activated biofilters reached efficiencies of over 90% and even 95% in the case of cotton.

2

Effect of Thermal and Alkaline Disintegration of Excess Sludge on Biodegradation

Zawieja Iwona

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 10

172--182

EN

Thermal methods of sludge disintegration can be divided into high temperature (over 100°C) and low temperature (below this temperature). They consist in the supply or removal of thermal energy, contributing to the changes in sludge structure and physicochemical properties. During the chemical disintegration of excess sludge with sodium hydroxide, there is an increase in the pH value, as well as changes in their structure. The OH- ions are highly toxic to the microorganisms living in the excess sludge and affect the decline of biological activity of most microorganisms. The aim of the conducted research was to prove the impact of the thermal and alkaline disintegration of excess sludge on the susceptibility of organic substances to biodegradation. The thermal disintegration of excess sludge was carried out in a shaking water bath, in which the sludge placed in laboratory flasks with an active volume of 0.5 L were heated for a specified period within the scope of the so-called low temperatures, i.e. 65–95 °C. The sludge was heated for a period of 0.5–12 h. The alkaline disintegration of the sludge was carried out with sodium hydroxide in the form of dust at ambient temperature, in sealed plastic bottles with an active volume of 5L, the contents of which were mixed manually every few hours. The regent doses in the range of 0.05–1.3 g NaOH/g VSS and disintegration time 12h were used. As a result of subjecting the excess sludge to disintegration by means of the selected methods, an increase in the concentration of organic substances in the dissolved form in the supernatant liquid was noted. On the basis of the increase in SCOD, TOC value and VFAs concentration, the most favorable modification conditions were determined. As a result of disintegration of the sludge and subsequent methane fermentation, the supporting effects of the applied modification methods were observed, in relation to the conventional methane fermentation of excess sludge.

3

Effect of Dry Ice Modification of Excess Sludge on the Methane Fermentation Process

Zawieja I.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

558--573

EN

The specific susceptibility of excess sludge to the methane fermentation process is a limiting factor for the rate of reaction occurring in the subsequent stages of the process. The kinetics of biochemical changes during spontaneous methane fermentation phases is directly influenced by the increase in the concentration of dissolved organic substances available to microorganisms in the process. Excess sludge deposition by different disintegration methods, ie: chemical, physical, combined increases the efficiency of the methane fermentation process. Among the modifications mentioned above, the advantages of physical methods, especially of thermal nature, should be emphasized. In addition to the significant modification of the excess sludge structure, it does not cause secondary contamination of the prepared sludge and therefore is a promising technological solution. The aim of the study was to determine the effect of dry ice disintegration on the susceptibility of excess sludge to biodegradation. Volatile fatty acids are an important intermediate product in methane fermentation and increased effects of the stabilization process is conditioned by their concentration. Since the phase limiting process is the hydrolysis phase, the first stage of the fermentation, the detailed analysis was carried out in the first eight days of the process by performing physicochemical determinations of the modified sludge. Periodic fermentation was carried out under mesophilic conditions. Excess sludge was prepared with dry ice in a volume ratio of dry ice to excess sludge in range from 0.05L-1 to 0.75L-1. Confirmation of the increased susceptibility of the prepared excess sludge to the methane fermentation process was a modification of the sludge structure expressed by the increase of the disintegration degree. For sludge subjected to disintegration with dry ice, using the most preferred reagent dose, in the following days of the methane fermentation process, in relation to methane fermentation of non-prepared excess sludge, increase of SCOD and TOC values as well as VFAs concentration was noted.

PL

Specyficzna podatność osadów nadmiernych na proces fermentacji metanowej jest czynnikiem ograniczającym szybkość reakcji zachodzących w kolejnych etapach procesu. Na kinetykę przemian biochemicznych podczas zachodzących samorzutnie faz fermentacji metanowej wpływa bezpośrednio wzrost stężenia rozpuszczonych substancji organicznych dostępnych dla mikroorganizmów procesu. Modyfikacja osadów nadmiernych odmiennymi metodami dezintegracji, tj. chemicznymi, fizycznymi, hybrydowymi zwiększa efektywność procesu fermentacji metanowej. Spośród wymienionych powyżej metod modyfikacji należy podkreślić zalety metod fizycznych, zwłaszcza termicznych. Oprócz istotnej modyfikacji struktury osadów nadmiernych, nie powodują one wtórnego zanieczyszczenia preparowanych osadów i stanowią obiecujące rozwiązanie technologiczne. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu dezintegracji osadów nadmiernych suchym lodem na wzrost podatność na biodegradację. Lotne kwasy tłuszczowe są ważnym produktem pośrednim fermentacji metanu, a zwiększona wydajność procesu stabilizacji zależy od ich stężenia. Ponieważ procesem limitującym fermentacje metanową jest faza hydrolizy, pierwszy etap stabilizacji, dokonano analizy wybranych oznaczeń fizyczno-chemicznych w ciągu pierwszych ośmiu dób procesu fermentacji modyfikowanych osadów Okresową fermentację metanową prowadzono w warunkach mezofilowych. Stworzono mieszaniny suchego lodu i osadów nadmiernych w stosunku objętościowym reagenta do osadów w zakresie od 0,05/1 do 0,75/1. Potwierdzeniem zwiększonej podatności dezintegrowanych osadów nadmiernych na proces fermentacji metanowej był zachodzący proces lizy osadów nadmiernych wyrażony wzrostem stopnia dezintegracji. W przypadku osadów nadmiernych poddanych dezintegracji suchym lodem, przy użyciu najkorzystniejszej dawki reagenta, w kolejnych dobach procesu fermentacji metanowej, w odniesieniu do fermentacji metanowej niepreparowanych osadów nadmiernych, odnotowano wzrost wartości rozpuszczonego chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT), ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz stężenia lotnych kwasów tłuszczowych (LKT).

4

Effect of pH on the production of volatile fatty acids in dark fermentation process of organic waste

Grzelak J., Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2018

|

Vol. 25, nr 2

295--306

EN

The aim of this study was to investigate the effect of pH on the dark fermentation process of kitchen waste by specifying the composition of the volatile fatty acids (VFA), H2 and by drawing the carbon balance. Studies were carried out in 8 dm3 batch bioreactor in mesophilic conditions. The kitchen waste from the city of Lodz were used as a substrate. Based on the study, it was observed that most of the VFA was produced during the first two days of the process, while in the following days the production was diminished. The highest production of VFA (19.5 g/dm3) was obtained in the bioreactor, where the pH was 7 and 8. Analyzing the produced VFA it was observed that mostly the acetic and butyric acid had been produced. Most of acetic acid (over 70 %) was obtained in fermenter with pH 7 and 8. In contrast, most of the butyric acid (over 40 %) was in the bioreactor with a pH of 6. Production of H2 was in the range from 4.29 to 26.5 dm3, wherein the largest amount of H2 was created in the bioreactor with a pH of 6.

5

Platforma karboksylowa : produkcja i wykorzystanie lotnych kwasów tłuszczowych

Chwiałkowska J., Oleśkowicz-Popiel P.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 4

800--808

PL

Przedstawiono charakterystykę lotnych kwasów tłuszczowych, przegląd możliwych do zastosowania w procesie fermentacji strumieni odpadowych, jak również główne zastosowania lotnych kwasów tłuszczowych produkowanych w platformie karboksylowej.

EN

A review, with 81 refs. of raw materials used for prodn. Of the fatty acids (biomass, org. wastes, sludges), conditions of the prodn. processes and uses for manufg. Polyhydroxyalkanolates, H₂, and elec. energy in microbial fuel cells.

6

Efektywność generowania lotnych kwasów tłuszczowych podczas mezofilowej i termofilowej fermentacji metanowej osadów nadmiernych

Zawieja I., Wolny L., Próba M.

Inżynieria Ekologiczna

|

2016

|

Nr 48

226--232

PL

Aktywność mikroorganizmów warunkujących szybkość przemian zachodzących podczas procesu fermentacji metanowej zależy od warunków środowiskowych procesu. Czynnikiem intensyfikującym przebieg fermentacji metanowej jest wzrost temperatury procesu. Prowadzenie procesu fermentacji metanowej w warunkach termofilowych wpływa na szybkości reakcji zachodzących podczas fazy hydrolizy, przyczyniając się do zwiększenia stężenia lotnych kwasów tłuszczowych generowanych z osadów, a w efekcie zwiększenia produkcji biogazu. Należy jednak podkreślić, iż bakterie termofilne wykazują dużą wrażliwość na zmiany temperatury już rzędu ± 0,5°C/d, przy optimum ich wzrostu w zakresie 52–55°C. W związku z tym, aby proces przebiegał optymalnie, bez zakłóceń, konieczne jest zapewnienie stabilnych warunków środowiskowych prowadzących do maksymalnej redukcji substancji organicznych. Podstawowym substratem badań, charakteryzującym się wysoką zawartością związków organicznych i związków azotowych, były osady nadmierne. W celu określenia wpływu fermentacji termofilowej na generowanie lotnych kwasów tłuszczowych osady ściekowe poddano 8-dobowej stabilizacji beztlenowej. Wykonano następujące oznaczenia fizyczno-chemiczne: sucha masa, pH, zasadowość, lotne kwasy tłuszczowe, chemiczne zapotrzebowanie na tlen. W kolejnych dobach procesu, w odniesieniu do fermentacji prowadzonej w warunkach mezofilowych, odnotowano wzrost generowania lotnych kwasów tłuszczowych oraz korelujący z nim wzrost wartości chemicznego zapotrzebowania na tlen. W 8 dobie procesu prowadzonego w warunkach termofilowych stężenie lotnych kwasów tłuszczowych wynosiło 1749 mgCH3COOH/dm3, natomiast wartość chemicznego zapotrzebowania na tlen 3279 mgO2/dm3, przy zasadowości rzędu 3800 mgCaCO3/dm3.

EN

Microbial activity determining the speed of the changes occurring during the process of anaerobic digestion depends on the environmental conditions of the process. The factor intensifying the process of methane fermentation is an increase of temperature. The conducting of the methane fermentation in thermophilic conditions affect the rate of the reactions taking place during the phase of hydrolysis, thus contributing to increase the concentration of volatile fatty acids generated from the sludge, resulting in increasing the production of biogas. It should be noted, however, that thermophilic bacteria have a high sensitivity to temperature changes already the order of ± 0.5 °C/d at their optimum growth in the range of 52–55 °C. Therefore, for the process would run optimally smoothly unnecessary to ensure stable environmental conditions leading to maximum reduction of organic substances. The basic test substrate, characterized by a high content of organic and nitrogen compounds, is excess sludge. To determine the effect of generating the volatile fatty acids during the thermophilic fermentation the sludge was submitted 8-daily anaerobic stabilization. The following designations of physico-chemical characteristics were made: dry matter, pH, alkalinity, volatile fatty acids, the chemical oxygen demand. In the following days of the process operation with regard to fermentation carried out under mesophilic conditions the increase of volatile fatty acids generation was observed, which also correlated with the increase of the chemical oxygen demand. In the 8th day of thermophilic conditions the concentration of volatile fatty acids was 1749 mgCH3COOH/dm3, while the chemical oxygen demand 3279 mgO2/ dm3 and the alkalinity row of 3800 mgCaCO3/dm3.

7

The impact of excess sludge disintegration on the changes of total organic carbon value

Zawieja I.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2016

|

Vol. 23, nr 4

421--432

EN

The efficiency of conversion of organic substances contained in the excess sludge to the dissolved form is considered as an important factor limiting the process of anaerobic stabilization. Direct effect, occurring in the disintegrated sludge, lysis process is to increase the value of the total organic carbon (TOC), correlates with the increase of the concentration of volatile fatty acids (VFAs). The total organic carbon content is indicative of the supernatant liquid of total organic carbon in dissolved form (DOC) and suspended (SOC). Together with occurring, as a result of biochemical processes, increase the degree of decomposition of organic substances contained in the sludge decreases the value of the ratio of COD to TOC. The aim of the study was to determine the impact of the process of excess sludge disintegration on the changes of the total organic carbon values. The process of chemical disintegration of excess sludge was treated using the selected acidic ie HCl, alkaline ie KOH and oxidizing reagents ie H2O2. The modification was carried out at ambient temperature for 6 and 24 h. During sludge disintegration it was noticed the increase of total organic carbon values, disintegration degree as well as the concentration of volatile fatty acids that confirmed the susceptibility of prepared sludge to biodegradation. The highest TOC value of 2150 mg C/dm3 obtained in case of chemical disintegration of potassium hydroxide at a dose of 12.0 g/dm3 and preparation time 24 h. For given conditions of preparing a concentration of VFAs was 523 mg CH3COOH/dm3.

PL

Efektywność przemiany substancji organicznych zawartych w osadach nadmiernych do formy rozpuszczonej jest traktowana jako ważny czynnik limitujący przebieg procesu stabilizacji beztlenowej. Bezpośrednim efektem procesu lizy zachodzącego w dezintegrowanych osadach jest wzrost wartości ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz korelujący z nim wzrost wartości stężenia lotnych kwasów tłuszczwych (LKT). Ogólny węgiel organiczny jest wskaźnikiem zawartości w cieczy nadosadowej całkowitego węgla organicznego w formie rozpuszczonej (RWO) i zawieszonej (ZWO). Wraz z zachodzącym w wyniku procesów biochemicznych wzrostem stopniem rozkładu substancji organicznych zawartych w osadach maleje wartość ilorazu ChZT do OWO. Celem badań było określenie wpływu procesu dezintegracji osadów nadmiernych na zmiany wartości całkowitej węgla organicznego. Proces chemicznej dezintegracji osadów nadmiernych prowadzono, stosując wybrane reagenty kwaśne (HCl), zasadowe (KOH) i utleniające (H2O2). Modyfikację przeprowadzono w temperaturze pokojowej w ciągu 6 i 24 godzin. Podczas procesu dezintegracji osadów nadmiernych odnotowano wzrost wartości ogólnego węgla organicznego, a także stężenia lotnych kwasów tłuszczowych, co potwierdziło podatność preparowanych osadów na biodegradację. Najwyższą wartość OWO 2150 mg C/dm3 uzyskano w przypadku chemicznej dezintegracji wodorotlenkiem potasu w dawce 12 g/dm3 i w czasie preparowania 24 h. Dla podanych powyżej warunków preparowania uzyskano stężenie LKT, wynoszące 523 mg CH3COOH/dm3.

8

Influence of Ultrasonic Pretreatment on Anaerobic Digestion of Excess Sludge from the Food Industry

Zawieja I., Wolny L., Wolski P.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 1

351--366

PL

Przeróbka i unieszkodliwianie osadów ściekowych stanowi niezwykle aktualny problem technologiczny, co wiąże się z powstawaniem w ostatnich latach nowych obiektów oczyszczalni, modernizacją już istniejących, jak również z rozwojem wysokoefektywnych metod oczyszczania ścieków. Przez lata wiodącym trendem w zagospodarowaniu osadów ściekowych w Polsce było ich składowanie, jednak obowiązujące w Unii Europejskiej uwarunkowania prawne uniemożliwiają zastosowanie takiego rozwiązania w przyszłości. Modernizacja ciągu technologicznego oczyszczalni ścieków poprzez poprzedzenie wybranych procesów oczyszczania ścieków oraz utylizacji osadów procesem dezintegracji o odpowiednio dobranych parametrach wiąże się ze wzrostem efektywności działania obiektu, nie tylko pod względem technologicznym ale również ekonomicznym. Dezintegracja osadów nadmiernych przed procesem stabilizacji beztlenowej wpływa na zwiększenie podatności osadów na biochemiczny rozkład w warunkach beztlenowych, czego efektem jest przyspieszenie fazy hydrolitycznej procesu, warunkującej powstawanie w kolejnych etapach procesu lotnych kwasów tłuszczowych. Wartość oraz tempo generowania LKT znajduje bezpośrednie odbicie w efektywności produkcji biogazu oraz uzyskanym stopniu mineralizacji osadów. Celem prowadzonych badań była ocena wpływu dezintegracji ultradźwiękowej osadów nadmiernych pochodzących z przemysłu spożywczego na proces hydrolizy będący pierwszym etapem fermentacji metanowej. W badaniach użyto dezintegrator ultradźwiękowy typu VC-750. Osady poddano modyfikacji polem ultradźwiękowym (UD) o amplitudzie drgań pola UD 15, 21, 31, 37, 46 mm i czasie sonifikacji ts = 60–360 s. Następnie przeprowadzono procesy 10-dobowej fermentacji metanowej osadów, poprzedzone modyfikacją osadów nadmiernych polem UD o wybranych, najkorzystniejszych parametrach dezintegracji. Największą skuteczność nadźwiękawiania osadów odnotowano dla czasu ekspozycji równego 360 s oraz amplitudy drgań pola UD 46 mm, uzyskując ok. 5-kotny wzrost wartości ChZT oraz ok. 3-krotny LKT w odniesieniu do wartości początkowych wskaźników.

9

Produkcja polihydroksymaślanu przez Cupriavidus necator

Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S, Grzelak J.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2015

|

Nr 3

121--122

PL

W pracy zbadano produkcję polihydroksymaślanu (PHB) przez bakterie Cupriavidus necator w podłożu syntetycznym oraz w podłożu natu-ralnym w kolbach wstrząsanych. Stwierdzono, że najwięcej PHB w komórkach bakterii (62,0%) uzyskano w podłożu syntetycznym zawierającym maślan sodu o stężeniu 5 g/dm3. Przeprowadzona analiza termograwimetryczna C. necator wykazała, że jest wyraźny podział pomiędzy rozkładem termicznym PHB a pozostałymi składnikami komórek bakterii, co wskazuje na możliwość jej zastosowania do oznaczania zawartości PHB w komórkach drobnoustrojów.

EN

The production of polyhydroxybutyrate (PHB) by Cupriavidus necator in a synthetic and natural medium in shake flasks was investigated. It was found that most of PHB in bacterial cells (62.0%) was obtained in a synthetic medium containing sodium butyrate at the concentration of 5 g/dm3. The thermogravimetric analysis of C. necator showed the clear separation between the thermal degradation of PHB and other components of bacterial cells suggesting the possibility of its usage for the determination of PHB in the cells of microorganisms.

10

Susceptibility of conditioned excess sewage sludge to biodegradation and dewatering

Wolski P, Zawieja I.

Environment Protection Engineering

|

2015

|

Vol. 41, nr 3

5--17

EN

A direct effect of chemical disintegration of excess sludge is an increase in concentration of organic compounds in the sludge liquor, expressed with the levels of soluble chemical oxygen demand (SCOD) and volatile fatty acids (VFAs). The substrate used in the study was activated sludge. The aim of the study was to determine susceptibility of disintegrated excess sludge to biodegradation and dewatering. A SONICS VCX-1500 ultrasonic disintegrator with automated tune-up was used. Thermal disintegration of excess sludge was carried out in water bath with a shaker. Disintegration of excess sludge by the hybrid method was carried out as a combination of the ultrasonic and thermal methods.

11

Wpływ procesu filtracji na relację między ilością substancji organicznych i związków biogennych w ściekach mleczarskich

Ostrowska K., Janczukowicz W., Rodziewicz J., Mielcarek A.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2013

|

Tom 15, cz. 2

1411--1425

EN

Nowadays, high effective carbon, nitrogen and phosphorus removal based on activated sludge is the most popular method of dairy wastewater treatment. In activated sludge systems efficient nutrient compounds removal is determined by the quantity and quality of easily available forms of organic carbon. For both biological phosphorus removal and biological nitrogen removal to occur, an easily biodegradable carbon source must be present in the treating wastewater. The organic compounds used in the processes of denitrification and enhanced biological phosphorus removal (EBPR) usually are presented in treating wastewater, what is called an internal source of carbon. However, many industrial wastewater, including dairy wastewater, very often do not have sufficient amounts of carbon, in relation to the concentration of nitrate and phosphates, to ensure efficient both denitrification and biological dephosphatation processes. When biological nitrogen and phosphorus removal is limited by the availability of easily biodegradable forms of organic carbon a supplemental carbon source must be add to the wastewater, hence so-called external source of carbon should be applied to provide energy necessary for the nutrient removing bacteria to grow and perform their work. One of the most popular sources of organic carbon is acetic acid, which is one of the best available forms of carbon by denitrifying bacteria and those accumulating polyphosphates (PAO). Apart from acetic acid and acetates use is made of a number of the volatile fatty acids (VFA), including propionic acid, butyric acid, valeric acid, and such substrates as: glucose, methanol or ethanol. Since the use of chemical compounds in the form of technical products (e.g. acetic acid, citric acid) is generally expensive, cost-saving solutions are sought. According to literature data, wastewater with high COD/(N + P) ratio after acidogenic fermentation can be used as an external source of VFA in wastewater with low concentrations of easily available organic compounds treatment. The aim of this study was to determine the influence of the filtration process on the content of organic compounds (measured as COD) in relation to the concentration of nutrients (measured as the sum of TKN and TP) in process dairy wastewater, in terms of the possibility of effective VFA production. It was observed, that filtration process ensures improvement of the COD/(N + P) ratio only in wastewater from the selected sections of dairy production. The best result, if percentage increase of the COD/(N + P) ratio is considered, was obtained for the wastewater from butter production. Densification of wastewater from butter production resulted in 95% increase of the COD/(N + P) ratio without a significant increased nutrient concentration. Filtration process provided the highest COD/(N + P) ratio (219,18 mg O2/(mg N + mg P)) and reduced both nitrogen and phosphorus concentrations in the permeate from the apparatus room. The results obtained suggest, that acidogenic fermentation of wastewater from the apparatus room and butter production with high COD/(N + P) ratio can serve as an external source of VFA in biological wastewater treatment process of wastewater with low concentrations of easily available organic compounds, which ensures effective nitrogen and phosphorus removal.

12

Recovery of Volatile Fatty Acids During the Process of Anaerobic Stabilization of Sewage Sludge Coming from the Food Industry

Zawieja I., Bień J., Worwąg M.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2012

|

Vol. 19, nr 1-2

169-177

EN

The conventional process of oxygen-free stabilization is time-consuming and has low effectiveness. The literature review made, as well as the original studies carried out suggest that the ultrasonic conditioning provides a new way of shortening the duration and increasing the effectiveness of the process of oxygen-free stabilization of sludges forming in the process of treatment of both domestic sewage and industrial liquid wastes. Achieving the considerable increase in the degree of digestion during the oxygen-free stabilization of sludge conditioned with the ultrasonic (US) field compared with the reduction of organic matter noted during the oxygen-free stabilization of non-conditioned sludge results from the combined action of both biological hydrolysis, being the first stage of the process, and the phenomenon of sonochemical hydrolysis taking place during the treatment process. Subjecting sludge to conditioning by the method investigated contributes to a considerable intensification of the hydrolysis phase, as reflected by the increase in the production rate and concentration of volatile fatty acids noted in the successive days of conducting the oxygen-free stabilization process, which determines directly the increase of digestion effectiveness, ie the degree of sludge digestion and the unit production of biogas. Excessive active sludge formed as a result of the treatment of a mixture of domestic sewage and industrial liquid wastes generated in a plant manufacturing juices and beverages was subjected to oxygen-free stabilization under static conditions. The process was conducted both in laboratory flasks, constituting fermentation chamber models, as well as in a sludge fermentation chamber by Applicon.

PL

Konwencjonalny proces stabilizacji beztlenowej jest często czasochłonny i ma niską efektywność. Dokonany przegląd literaturowy, jak również przeprowadzone badania własne sugerują, że ultradźwiękowe kondycjonowanie stanowi nową drogę do skrócenia czasu oraz zwiększenia efektywności procesu stabilizacji beztlenowej osadów, powstających zarówno w procesie oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych, jak i przemysłowych. Uzyskanie znacznego wzrostu stopnia przefermentowania podczas stabilizacji beztlenowej osadów kondycjonowanych polem ultradźwiękowym (UD), w odniesieniu do redukcji substancji organicznych odnotowanych podczas stabilizacji beztlenowej osadów niepreparowanych, wynika z kombinacji działania zarówno hydrolizy biologicznej, stanowiącej pierwszy etap procesu, jak również zjawiska hydrolizy sonochemicznej, mającej miejsce podczas procesu preparowania. Poddanie osadów kondycjonowaniu badaną metodą wpływa na znaczną intensyfikację fazy hydrolizy, czego wyrazem był odnotowany w kolejnych dniach prowadzenia procesu stabilizacji beztlenowej wzrost tempa produkcji oraz stężenia lotnych kwasów tłuszczowych, warunkujący bezpośrednio zwiększenie efektywności fermentacji, tj. stopnia przefermentowania osadów oraz jednostkowej produkcji biogazu. Stabilizacji beztlenowej, w warunkach statycznych, poddano nadmierny osad czynny powstający w wyniku oczyszczania mieszaniny ścieków bytowo-gospodarczych oraz przemysłowych powstających na terenie zakładu produkującego soki oraz napoje. Proces prowadzono zarówno w kolbach laboratoryjnych, stanowiących modele komór fermentacyjnych, jak również w komorze fermentacyjnej firmy Applicon.

13

Effect of Thermal Disintegration of Excess Sludge on the Effectiveness of Hydrolysis Process in Anaerobic Stabilization

Zawieja I., Wolski P.

Archives of Environmental Protection

|

2012

|

Vol. 38, no. 1

103-114

EN

The factor which essentially affects sludge biodegradation rate is the degree of fluidization of insoluble organic polymers to the solved form, which is a precondition for availability of nutrients for microorganisms. The phases which substantially limit the rate of anaerobic decomposition include hydrolytic and methanogenic phase. Subjecting excess sludge to the process of initial disintegration substantially affects the effectiveness of the process of anaerobic stabilization. As a result of intensification of the process of hydrolysis, which manifests itself in the increase in the value and rate of generating volatile fatty acids (VFA), elongation of methanogenic phase of the process and increase in the degree of fermentation of modified sludge can be observed. Use of initial treatment of sewage sludge i.e. thermal disintegration is aimed at breaking microorganisms' cells and release of intracellular organic matter to the liquid phase. As a result of thermal hydrolysis in the sludge, the volatile fatty acids (VFA) are generated as early as at the stage of the process of conditioning. The obtained value of VFA determines the course of biological hydrolysis which is the first phase of anaerobic stabilization. The aim of the present study was to determine the effect of thermal disintegration of excess sludge on the effectiveness of the process of hydrolysis in anaerobic stabilization i.e. the rate of production of volatile fatty acids, changes in the level of chemical oxygen demand (COD) and increase in the degree of reduction in organic matter. During the first stage of the investigations, the most favourable conditions of thermal disintegration of excess sludge were identified using the temperatures of 50°C, 70°C, 90°C and heating times of 1.5 h - 6 h. The sludge was placed in laboratory flasks secured with a glass plug with liquid-column gauge and subjected to thermal treatment in water bath with shaker option. Another stage involved 8-day process of anaerobic stabilization of raw and thermally disintegrated excess sludge. Stabilization was carried out in mesophilic temperature regime i.e. at 37°C, under periodical conditions. In the case of the process of anaerobic stabilization of thermally disintegrated excess sludge at the temperature of 50°C and heating time of 6 h (mixture B) and 70°C and heating time of 4.5% (mixture C), the degree of fermentation of 30.67% and 33.63%, respectively, was obtained. For the studied sludge, i.e. mixture B and mixture C, maximal level of volatile fatty acids i.e. 874.29 mg CH3COOH/dm3 and 1131.43 mg CH3COOH/dm3 was found on the 2nd day of the process. The maximal obtained value of VFA was correlated on this day with maximal COD level, which was 1344 mg O2/dm3 for mixture B and 1778 mg O2/dm3 for mixture C.

PL

Za czynnik wpływający w istotny sposób na szybkość biodegradacji osadów uważany jest stopień upłynnienia nierozpuszczalnych polimerów organicznych do postaci rozpuszczonej, warukującej dostępność substancji odżywczych dla mikroorganizmów. Fazami ograniczającymi szybkość beztlenowego rozkładu są faza hydrolityczna i metanogenna. Poddanie osadów nadmiernych procesowi wstępnej dezintegracji znacząco wpływa na efektywność procesu stabilizacji beztlenowej. W wyniku intensyfikacji procesu hydrolizy, przejawiającej się wzrostem wartości oraz zwiększeniem szybkości generowania lotnych kwasów tłuszczowych (LKT), można zaobserwować wydłużenie fazy metanogennej procesu oraz wzrost stopnia przefermentowania modyfikowanych osadów. Zastosowanie wstępnej obróbki osadów ściekowych, tj. m.in. termicznej dezintegracji osadów, ma na celu rozbicie komórek mikroorganizmów oraz uwolnienie wewnatrzkomórkowej materii organicznej do fazy ciekłej. W wyniku zachodzącej hydrolizy termicznej osadów następuje już na etapie procesu kondycjonowania generowanie lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Uzyskana wartość LKT determinuje przebieg hydrolizy biologicznej, stanowiącej pierwszą fazę stabilizacji beztlenowej. Celem badań było określenie wpływu termicznej dezintegracji osadów nadmiernych na efektywność procesu hydrolizy w stabilizacji beztlenowej, tj. szybkość produkcji lotnych kwasów tłuszczowych, zmiany wartości ChZT oraz wzrost stopnia redukcji substancji organicznych. W pierwszym etapie badań dokonano określenia najkorzystniejszych warunków termicznej dezintegracji osadów nadmiernych stosując temperaturę 50°C, 70°C, 90°C i czas ogrzewania 1,5 h - 6 h. Osady umieszczone w kolbach laboratoryjnych, zamknięte szklanym korkiem z rurką manometryczną, poddano termicznej obróbce w łaźni wodnej z wytrząsaniem. W kolejnym etapie przeprowadzono 8-dobowy proces stabilizacji beztlenowej surowych oraz dezintegrowanych termicznie osadów nadmiernych. Stabilizacje prowadzono w mezofilowym reżimie temperatur tj. 37°C, w warunkach okresowych. W przypadku procesu stabilizacji beztlenowej termicznie dezintegrowanych osadów nadmiernych w temperaturze 50°C i czasie ogrzewania 6 h (Mieszanina B) oraz 70°C i czasie ogrzewania 4,5 h (Mieszanina C) uzyskano stopień przefermentowania wynoszący odpowiednio: 30,67% oraz 33,63%. Dla badanych osadów, tj. Mieszaniny B oraz C, maksymalną wartość lotnych kwasów tłuszczowych, tj. 874,29 mg CH3COOH/dm3 i 1131,43 mg CH3COOH/dm3, uzyskano w 2 dobie procesu. Z otrzymaną maksymalną wartością LKT korelowała odnotowana w ww. dobie procesu maksymalna wartość wskaźnika ChZT, wynosząca dla mieszaniny B 1344 mg O2/dm3, natomiast dla Mieszaniny C 1778 mg O2/dm3.

14

Ocena procesów biologicznego usuwania azotanów (V) i fosforanów w komorze SBR z zewnętrznym źródłem węgla

Janczukowicz W., Rodziewicz J., Filipkowska U.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2011

|

Tom 13

453-468

PL

Celem pracy jest określenie wpływu lotnych kwasów tłuszczowych na szybkość uwalniania i wiązania fosforanów w reaktorze SBR oczyszczającym ścieki charakteryzujące się porównywalnymi stężeniami fosforanów i azotanów (V). Celem pracy jest także ustalenie, czy na przebieg i sprawność procesów defosfatacji i denitryfikacji ma wpływ obecność w biomasie osadu czynnego mikroorganizmów zaadaptowanych wcześniej do określonych źródeł węgla. Zakres pracy obejmował określenie: szybkości uwalniania i wiązania fosforanów w obecności kwasów octowego, propionowego, masłowego, walerianowego, izowalerianowego i kapronowego, wpływu rodzaju kwasu na efektywność usuwania fosforanów szybkości procesu denitryfikacji w fazie mieszania i napowietrzania oraz sprawności procesu denitryfikacji w zależności o rodzaju kwasu z grupy LKT.

EN

Determinations were made for the effect of volatile fatty acids (VFA) on the rate of release and absorption of phosphates and on the rate of nitrates removal in the stirring and aeration phases in an SBR type reactor. The effectiveness of phosphates and nitrates removal, influenced by the fatty acid applied, was determined as well. The experiment was conducted in SBR type reactors in one working cycle (stirring - 3 h, aeration - 4 h and sedimentation - 1 h) in the presence of acetic, propionic, butyric, isobutyric, valeric, isovaleric and caproic acids. The initial concentrations of phosphates and nitrates were: 13.4 mg PPO4?dm-3 and 15.2 mg NNO3?dm-3, respectively. The study demonstrated that phosphates were released with the highest rate in the reactors containing acetic acid (3.35 mg PPO4?dm-3?h-1), whereas with the lowest rate - in these containing butyric acid (1.25 mg PPO4?dm-3?h-1). Also the process of phosphates absorption proceeded with the highest rate in the reactor with acetic acid (4.19 mg PPO4?dm-3?h-1), and with the lowest rate - in the presence of isobutyric acid (2.13 mg PPO4?dm-3?h-1). In the case of acetic acid, the highest rates of both processes corresponded with the most effective dephosphatation process (50.0%). Such an explicit dependency was not, however, noted in the case of other fatty acids. In the stirring phase, the denitrification process proceeded with the highest rate (3.95 mg NNO3?dm-3?h-1) in the reactor containing caproic acid, and with the lowest rate - in the presence of isobutyric acid (3.42 mg NNO3?dm-3? h-1). During aeration, the rate of nitrates concentration decrease was the highest in the presence of butyric acid (0.91 mg NNO3?dm-3?h-1) and the lowest - in the presence of caproic acid (0.52 mg NNO3?dm-3?h-1). The highest rates of denitrification recorded in both phases in the reactor with caproic acid were not tantamount to the highest effectiveness of nitrates removal. It was the acetic acid that turned out to be the most effective source of carbon in the denitrification process (92.6%) The highest efficiency of both examined processes was observed in the presence of acetic acid. Negligibly lower efficiencies were noted in the reactor with butyric acid. In view of the fact that propionic acid was only slightly less effective both in the denitrification as well as dephosphatation process, it may be speculated that the presence of microorganisms, adapted earlier to specified carbon sources, in the biomass of activated sludge is likely to affect the course and effectiveness of both processes in reactors with an external source of carbon.

15

Pozyskiwanie biogazu w procesie stabilizacji beztlenowej termicznie modyfikowanych osadów ściekowych

Zawieja I., Barański M., Małkowski M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2010

|

T. 13, nr 3

185-196

PL

Wzrost stopnia dezintegracji poddanych termicznej modyfikacji osadów nadmiernych warunkuje ich podatność na biodegradację. Efektem dezintegracji jest zachodzący proces hydrolizy termicznej, wpływający bezpośrednio na szybkość przebiegu fazy hydrolitycznej stabilizacji beztlenowej, a w konsekwencji na efektywność fermentacji metanowej, powodujący wzrost stopnia przefermentowania osadów oraz produkcji biogazu. Celem prowadzonych badań była intensyfikacja produkcji biogazu podczas stabilizacji beztlenowej termicznie kondycjonowanych osadów nadmiernych. Substratem badań był nadmierny osad czynny pochodzący z Centralnej Oczyszczalni Ścieków P.S.W. "WARTA" w Częstochowie. W celu zainicjowania procesu stabilizacji osad nadmierny zaszczepiono osadem przefermentowanym, stanowiącym 10% mieszaniny badawczej. Na wstępie prowadzonych badań określono najkorzystniejsze warunki termicznej modyfikacji osadów nadmiernych. Przeprowadzono pięć cykli badawczych w temperaturach: 50, 60, 70, 80, 90°C i w przedziale czasowym 0,5঩ h. W kolejnym etapie badań przeprowadzono proces okresowej stabilizacji beztlenowej w komorze fermentacyjnej, w mezofilowym reżimie temperatur. Natomiast w celu zbadania zachodzących, w kolejnych 10 dobach stabilizacji, zmian parametrów fizyczno-chemicznych osadów proces fermentacji prowadzono w kolbach laboratoryjnych stanowiących komory fermentacyjne. Z badanego zakresu temperatur do dalszych badań wybrano temperaturę 50 i 70°C. Dla temperatury 50°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 2,5 h uzyskano odpowiednio ok. 9-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT w odniesieniu do wartości początkowych, natomiast dla temperatury 70°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 1,5 h odpowiednio ok. 8,5-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT. W wyniku poddania osadów procesowi 25-dobowej stabilizacji beztlenowej uzyskano dla badanych osadów następujący stopień przefermentowania: surowe osady nadmierne 45%, osady kondycjonowane termicznie w temperaturze 50 i 70°C przez okres odpowiednio 2,5 oraz 1,5 h: 55 i 46%. Jednostkowa produkcja biogazu dla ww. osadów wyniosła odpowiednio 0,4; 1,92 i 0,7 dm³/g s.m.o.

EN

The increase of the disintegration degree of thermally pretreated excess sludge determines its susceptibility to biodegradation. Thermal hydrolysis process, directly affects on the course rate of hydrolytic phase during anaerobic stability, and consequently on the efficiency of methane fermentation, giving the increase of sludge digestion degree and biogas production. The aim of this study was the intensification of biogas production during anaerobic stabilization of thermally conditioned excess sludge. Test substrate of the research was excess sludge from the Central Wastewater Treatment Plant "Warta" in Czestochowa. In order to initiate the process of stabilization, the excess sludge was inoculated by digested sludge, constituting 10% of the test mixture. At the outset of the study the most favorable conditions for the thermal modification of excessive sludge was determined. Five cycles of testing for temperatures 50, 60, 70, 80, 90°C and time interval 0.5঩ h were carried out. In the next stage of the study, periodic stabilization process was conducted in anaerobic digester in the mesophilic temperature regime. During 10 days of acid fermentation, in laboratory flasks changes in physico-chemical parameters of digested sludge were examined. From the test temperature range two temperatures 50 and 70°C were selected for further study. For the temperature of 50°C and the conditioning best time of 2.5 h, approximately 9-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values in relation to baseline values were obtained, whereas for the temperature of 70°C and the conditioning best time of 1.5 h respectively about 8.5-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values were observed. As a result of 25-day anaerobic stabilization process the following digestion degrees were obtained: for raw excess sludge 45% for, deposits thermally conditioned at 50 and 70°C in periods of 2,5 h and 1.5 h: 55 and 46% respectively. The unit biogas production for the above sludge amounted to 0.4, 1.92. and 0.7 dm³/g o.d.m.

16

Wpływ lotnych kwasów tłuszczowych na intensyfikację usuwania fosforu w reaktorach biologicznych -badania w skali laboratoryjnej

Klaczyński E.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2010

|

Nr 7-8

45-51

PL

Wykazanie wzajemnego oddziaływania wskaźników(ChZT, BZT, LKT, temperatura, parametry technologiczne tj wiek osadu, obciążenie osadu, warunki tlenowe, dawki stosowanego koagulantu) na proces biologicznego usuwania fosforu

EN

Proving reciprocal influence of indicators (ChZT, BZT, LKT, temperature, technological parameters, i.e. sludge age, sludge charge, oxygen conditions, doses of coagulant applied) on the process of biological phosphorus removal.

17

Lotne kwasy tłuszczowe na składowisku odpadów - występowanie i oznaczanieLotne kwasy tłuszczowe na składowisku odpadów - występowanie i oznaczanie

Banel A., Zygmunt B.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2009

|

Vol. 16, nr 2

193-206

PL

Lotne kwasy tłuszczowe (LKT) powstają podczas biodegradacji materii organicznej i dlatego są także obecne na składowiskach odpadów, gdzie odgrywają kluczową rolę w przetwarzaniu materii organicznej w metan. Optymalizacja tego procesu wymaga znajomości i kontroli stężenia LKT, a ponieważ mają one również negatywny wpływ na środowisko, ich zawartość powinna być monitorowana w odciekach surowych i oczyszczonych oraz ich odbieralnikach (woda powierzchniowa, gleba, powietrze). W próbkach o tak szerokiej gamie matryc najodpowiedniejszą techniką omaczania LKT wydaje się być chromatografia gazowa, pod warunkiem, że próbka jest właściwie przygotowana do analizy. Polega to najczęściej na izolacji i wzbogacaniu przed wprowadzeniem do chromatografu gazowego, chocia1: bezpośrednie dozowanie próbek wodnych może też być stosowane, jeżeli stężenia są odpowiednio duże.

EN

Volatile fatty acids (VFAs) are formed in the process of biodegradation of organic matter and therefore they are commonly present in municipal solid waste landfills, where they play a crucial role in converting organic matter to methane. Optimization of this process needs the knowledge and control of VFA content. Since VFAs also have a negative effect on the environment quality their content should be measured also in raw and treated leachate surface and groundwater and air in the area of the landfill. The most appropriate technique to determine individual VFAs is gas chromatography. The samples must be properly prepared before they can be introduced into GC for analysis. The sample preparation is generally based on VFA isolation, often accompanied by enrichment; though aqueous samples, after suspended matter removal, can also be injected to same GC systems.

18

Zastosowanie połączenia mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej i chromatografii gazowej do oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych w próbkach środowiskowych i pokrewnych

Banel A., Zygmunt B.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2008

|

Vol. 15, nr 1

7-28

PL

Oznaczanie lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) w próbkach środowiskowych wymaga najczęściej izolacji i wzbogacania analitów na etapie przygotowania próbek oraz zastosowania techniki o dużym potencjale separacyjnym i identyfikacyjnym na etapie oznaczeń końcowych. W pracy dokonano krytycznego przeglądu zastosowań wygodnej i często stosowanej techniki mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej (SPME) w połączeniu z wysokosprawną techniką chromatografii gazowej (GC) w oznaczaniu LKT w próbkach środowiskowych i pokrewnych.

EN

Determination of volatile fatty acids (VFAs) in environmental samples requires an appropriate technique of sample preparation and a technique of final analysis; the latter should enable effective separation and reliable identification of VFAs to be determined. A convenient and frequently used technique of VFA isolation and enrichment is solid phase microextraction (SPME), while gas chromatography (GC) is an efficient technique of final analysis. In this work, the combination of these two techniques for determination of VFAs in environmental and related samples has been critically discussed.

19

Występowanie i oznaczanie lotnych kwasów tłuszczowych w żywności

Światłowska J., Zaborowska A., Zygmunt B.

Analityka : nauka i praktyka

|

2006

|

nr 2

4-6

PL

W dzisiejszych czasach, gdy na rynek trafia olbrzymia ilość nowych produktów żywnościowych, coraz większą uwagę przywiązuje się do tego, by żywność charakteryzowała się jak najwyższymi walorami smakowymi i zapachowymi.

20

Oznaczanie lotnych kwasów tłuszczowych w ściekach metodą chromatografii gazowej

Giecewicz J., Zygmunt B.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2003

|

Vol. 10, nr 10

1125-1138

PL

Omówiono rolę LKT w procesie biologicznego oczyszczania ścieków. Przedstawiono metody oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) w ściekach ze szczególnym uwzględnieniem chromatografii gazowej. Scharakteryzowano poszczególne etapy procedury analitycznej, począwszy od pobrania próbek rzeczywistych a skończywszy na sposobie detekcji. Ze względu na znaczną złożoność matrycy, jaką stanowią ścieki, główny nacisk położono na techniki przygotowania próbek do analizy, a w szczególności izolacji analitów, tj. ekstrakcję ciecz-ciecz, ekstrakcję do fazy gazowej (sposób statyczny i dynamiczny), mikroekstrakcję do fazy stacjonarnej oraz destylację. Porównano metody oznaczania LKT w postaci wolnej i ich pochodnych, otrzymanych w wyniku derywatyzacji. Opisano różne sposoby i odczynniki do derywatyzacji LKT oraz dokonano oceny ich przydatności.

EN

The role of VF As in biological wastewater treatment was discussed. Methods of determination of volatile fatty acids (VFAs) in wastewater were presented, with special attention put on gas chromatography. Successive stages of the analytical procedure were characterized, starting from collecting real samples and ending with methods of detection. Taking into consideration complexity of sewage matrix, major emphasis was placed on techniques of samples pretreatment especially isolation of analytes, e.g.: liquid-liquid extraction, headspace (static and dynamic), solid phase microextraction and distillation. Methods of determination of free VF As and their derivatives were compared. Various derivatisation manners and reagents were described and their suitability was assessed.