Search results

1

Impact of Alkalization of Surplus Activated Sludge on Biogas Production

100%

Grűbel K., Machnicka A., Wacławek S.

Ecological Chemistry and Engineering S

|

2013

|

vol. 20

|

issue 2

343-351

EN

Large amounts of sludge are produced in biological wastewater treatment plants. Since the sludge is highly contaminated, it has to undergo proper stabilization before it is disposed or utilized in an environmentally safe way. On the whole, the aim of bacterial cell disintegration is the release of cell contents in the form of an aqueous extract. Chemical disintegration of surplus activated sludge by alkalization results in destruction and disruption of the flocs and microorganisms as well as increase concentration of organic matter in supernatant. The mesophilic anaerobic sewage sludge digestion is an established process, most often applied at medium and large municipal sewage treatment plants. Four major steps of anaerobic digestion are distinguished. The first hydrolysis step leads to solubilization of insoluble particulate matter and biological decomposition of organic polymers to monomers or dimers. The hydrolysis step is recognized as the rate-limiting step of the following second and third steps, the processes of acidogenesis and acetogenesis. Chemical disintegration activates biological hydrolysis and, therefore, it can significantly increase the stabilization rate of the secondary sludge. It has been shown that when the activated sludge was subjected to alkalization to pH 9.0 value, the COD concentration increased from 101 to 530 mg/dm3 in sludge supernatant. The paper presents a potential application of chemical disintegration for sewage sludge (mainly activated sludge) to upgrading biogas production.

PL

Osady, powstające w procesie oczyszczania ścieków, poddaje się procesom przeróbki i unieszkodliwiania w celu zmniejszenia ich objętości oraz pozbawienia ich szkodliwego wpływu na środowisko. Fermentacja metanowa jest jedną z najczęściej stosowanych metod biodegradacji materii organicznej zawartej w osadach ściekowych. W ostatnich latach odnotować można duże zainteresowanie badaczy działaniami wspomagającymi proces stabilizacji beztlenowej. Największe zainteresowanie dotyczy intensyfikacji procesu produkcji biogazu na drodze dezintegracji głównie mechanicznej, np. z wykorzystaniem ultradźwięków, homogenizacji nożowej czy też dezintegracji hydrodynamicznej. Oprócz fizycznych metod dezintegracji istnieje możliwość wykorzystania do tego celu procesów chemicznych - zakwaszania lub alkalizacji. W pracy starano się wykazać i określić wpływ jednej z metod dezintegracji - alkalizacji - osadu czynnego na proces stabilizacji beztlenowej. Dodatek substancji alkalizującej, np. wodorotlenku sodu, do osadu czynnego powoduje destrukcję kłaczków osadu oraz zmiękczanie ścian komórkowych mikroorganizmów budujących osad czynny, co w konsekwencji prowadzi do ich lizy. Uwalniana w ten sposób materia organiczna stanowi szybko i łatwo rozkładalny produkt, który w znacznym stopniu przyspiesza pierwszą fazę procesu stabilizacji beztlenowej, tj. fazę hydrolityczną. Konsekwencją tego jest przyspieszenie i wydłużenia fazy metanogennej, dzięki czemu zwiększa się ilość wyprodukowanego biogazu. Na podstawie uzyskanych wyników można wnioskować, że dezintegracja alkaliczna bardzo dobrze nadaje się do wstępnego kondycjonowania osadów. Znacznie zwiększona ilość wyprodukowanego biogazu, jak również niska cena NaOH zachęca do korzystania z tego procesu jako wstępnego przygotowania osadów przed ich stabilizacją.

2

Hygienisation of Surplus Activated Sludge by Hydrodynamic Cavitation

100%

Machnicka A., Grűbel K., Rusin A.

Ecological Chemistry and Engineering S

|

2012

|

vol. 19

|

issue 3

415-421

EN

The success of an effective process of disintegration is the application of physical or chemical methods of the destruction of the cell wall which consequently becomes fragmented and the intracellular matters are released into the surrounding liquid. The purpose of the conducted experiments was to demonstrate possibilities of application of the hydrodynamic in the bacteriological hygienisation of surplus activated sludge. The confirmation of the effectiveness of the bactericidal activity of hydrodynamic cavitation was the number of bacteria grown on agars before and after hygienisation process. Selective and basic beddings have been used in the research. The bacterial culture has lasted approximately 24 to 48 hours. After the period of incubation the colonies produced have been counted and initially identified. Based on the microbiological analyses a significant reduction in an overall number of bacteria and pathogenic bacteria belonging to the family Enterobacteriaceae and to the pathogenic species Staphylococcus has been noticed. The overall number of bacteria decrease about 80% after 45 minutes of disintegration of surplus activated sludge. Pathogenic bacteria belonging to the family Enterobacteriaceae: lactose-positive and lactose-negative decrease about 93% and 92%, respectively. Reducing the number of Salmonella bacteria was 100% after 45 minutes of disintegration processes. Reduction bacteria of species Staphylococcus were about 93% for mannitolo-positive and 92% for mannitolo-negative.

PL

Skuteczność procesu dezintegracji wynika z fizycznych lub chemicznych metod destrukcji ściany komórkowej, co w konsekwencji prowadzi do jej fragmentacji i uwalniania wewnątrzkomórkowych substancji do otaczającej fazy płynnej. Celem przeprowadzonych badań było wykazanie możliwości zastosowania kawitacji hydrodynamicznej do bakteriologicznej higienizacji osadu czynnego nadmiernego. Potwierdzeniem skuteczności bakteriobójczego działania kawitacji hydrodynamicznej była liczba bakterii rosnących na agarach przed i po procesie higienizacji. Do badań użyto podłoży podstawowych i selektywnych. Hodowla kultur bakteryjnych trwała 24 i 48 godzin. Po czasie inkubacji kultury zostały policzone i poddane wstępnej identyfikacji. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono redukcję ogólnej liczby bakterii o ok. 80% po 45 minutach dezintegracji osadu czynnego nadmiernego. Patogenne bakterie należące do rodziny Enterobacteriaceae uległy redukcji: laktozo-dodatnie o ok. 93%, a laktozo-ujemne o ok. 92%. Bakterie z rodzaju Salmonella uległy całkowitemu zniszczeniu. Liczba bakterii z rodzaju Staphylococcus zmniejszyła się o 93% w przypadku mannitolo-dodatnich i o 92% w przypadku mannitolo-ujemnych.

3

Influence of Microwave Pre-Treatment on the Digestion and Higienisation of Waste Activated Sludge/Wpływ Dezintegracji Mikrofalowej Na Proces Fermentacji Oraz Higienizacji Nadmiernych Osadów Ściekowych

100%

Bohdziewicz J., Kuglarz M., Grűbel K.

Ecological Chemistry and Engineering S

|

2014

|

vol. 21

|

issue 3

447-464

EN

The article presents the results of determining the most appropriate conditions of microwave sludge pre-treatment (500-1200 W), prior to its anaerobic digestion in a continuous mode. The assessment of the pre-treatment conditions (microwave power, sludge temperature after pre-treatment) was based on: the release of organic (COD, protein) and inorganic (NH4+, PO43-) substances into liquid, the quantity of methane produced, sludge higienisation and the susceptibility of the pre-treated sludge to dewatering. The power of the microwaves applied did not play significant role on the pre-treatment effectiveness. Taking into account the fact that sludge pre-treatment by microwave irradiation requires the delivery of energy, the pre-treatment by microwaves of higher power (1200 W) and resulting in sludge temperature of 70°C was recommended for further experiments. Sludge pre-treatment by means of microwave irradiation as a pre-treatment step influenced the effectiveness of the subsequent anaerobic digestion, conducted in continuous conditions, in a positive way. The largest amount of biogas was obtained for HRT in the range of 15-20 days. As compared to the sludge which did not undergo pre-treatment, daily biogas production and biogas yield increased by 18-41% and 13-35% respectively. The combination of microwave pre-treatment and mesophilic anaerobic digestion ensured the elimination of pathogens (Salmonella spp., Escherichia coli).

PL

Celem badań przedstawionych w artykule było wyznaczenie najkorzystniejszych warunków prowadzenia procesu dezintegracji mikrofalowej (500-1200 W) osadów ściekowych przed ich przeróbką w warunkach beztlenowych (warunki ciągłe). Oceny efektywności procesu mikrofalowej dezintegracji osadów (moc mikrofal, temperatura) dokonano, kierując się stężeniem związków organicznych (ChZT, białka rozpuszczalne) uwolnionych do cieczy nadosadowych, wskaźnikami jakościowymi produkowanego biogazu, stopniem higienizacji oraz podatnością osadów przefermentowanych na odwadnianie. Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono, iż moc zastosowanego promieniowania mikrofalowego nie wpłynęła w znaczący sposób na efektywność procesu dezintegracji. Biorąc pod uwagę efektywność oraz zapotrzebowanie energetyczne, ustalono, iż najkorzystniejsze warunki prowadzenia procesu dezintegracji mikrofalowej zapewnia zastosowanie mikrofal o mocy 1200 W oraz temperatury osadów wynoszącej 70°C. Dezintegracja mikrofalowa osadów ściekowych za pomocą promieniowania mikrofalowego wpłynęła korzystnie na efektywność procesu fermentacji metanowej prowadzonego w warunkach ciągłych. Najkorzystniejsze wskaźniki produkowanego biogazu uzyskano dla HRT wynoszącego 15-20 dni. W tych warunkach dobowa i jednostkowa produkcja biogazu wzrosły odpowiednio o 18-41% oraz 13-35%. Zastosowanie dezintegracji mikrofalowej przed procesem mezofilowej fermentacji zapewniło całkowitą eliminację mikroorganizmów patogennych (Salmonella spp., Escherichia coli).

4

Mesophilic-thermophilic fermentation process of waste activated sludge after hybrid disintegration

100%

Grűbel K., Machnicka A., Nowicka E., Wacławek S.

Ecological Chemistry and Engineering S

|

2014

|

vol. 21

|

issue 1

125-136

EN

The previously received results of individual processes of hydrodynamic and alkaline disintegration were decisive significant for the conducted research task. The combination of hydrodynamic cavitation (30 minutes duration of the process) and alkaline (pH ≈ 9) to the destruction of activated sludge caused a significant release of organic matter about 1383 mg/dm3 in comparing to individual processes. Such increase in the SCOD value resulted in a significant growth the efficiency of biogas yield in a two-stage mesophilic-thermophilic processes. The increase in yield was from 26 to 38% depending on the volume of disintegrated sludge. The effect of the two-stage fermentation resulted activated sludge hygienisation. The microbiological analysis of the influence of the fermentation with the different volume of hybrid disintegrated sludge was based on microbiological indicators: Salmonella spp. and coliphages. The obtained results prove the effectiveness of the two-stage digestion process compared to single mesophilic fermentation which not always completely eliminates the above indicators.

PL

Decydujące znaczenie dla przeprowadzonego zadania badawczego miały wyniki badań dotyczące jednostkowych procesów dezintegracji hydrodynamicznej i alkalizacji. Połączenie kawitacji hydrodynamicznej (30 minut trwania procesu) i alkalizacji (przy pH ≈ 9) w celu destrukcji osadu czynnego powodowało znaczące uwolnienie materii organicznej o 1383 mg/dm3 w porównaniu do jednostkowych procesów. Tak duży wzrost wartości ChZT przełożył się na istotny wzrost wydajności produkcji biogazu w procesie dwustopniowej fermentacji mezofilowo-termofilowej. Wzrost wydatku wyniósł od 26 do 38% w zależności od udziału osadu dezintegrowanego. Działanie dwustopniowej fermentacji skutkowało higienizacją osadu czynnego. Analiza mikrobiologiczna wpływu procesu fermentacji ze zróżnicowanym udziałem osadu dezintegrowanego hybrydowo została dokonana zgodnie ze wskaźnikami mikrobiologicznymi: Salmonella spp. oraz colifagi. Otrzymane wyniki świadczą o skuteczności prowadzenia procesu dwustopniowego w porównaniu z fermentacją jednostopniową mezofilową, po której nie zawsze następuje całkowita eliminacja ww. wskaźników.

Refine search results

4 Ecological Chemistry and Engineering S

2 2014

1 2013

1 2012

4 Grűbel K.

3 Machnicka A.

2 Wacławek S.

1 Bohdziewicz J.

1 Kuglarz M.

1 Nowicka E.

1 Rusin A.

Impact of Alkalization of Surplus Activated Sludge on Biogas Production

Hygienisation of Surplus Activated Sludge by Hydrodynamic Cavitation

Influence of Microwave Pre-Treatment on the Digestion and Higienisation of Waste Activated Sludge/Wpływ Dezintegracji Mikrofalowej Na Proces Fermentacji Oraz Higienizacji Nadmiernych Osadów Ściekowych

Mesophilic-thermophilic fermentation process of waste activated sludge after hybrid disintegration