Comparison of different sludge disintegration methods with respect to production of organic substrate for enhancement of nitrogen removal

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Comparison of different sludge disintegration methods with respect to production of organic substrate for enhancement of nitrogen removal"

Jana Tomanová
před 9 lety
Počet zobrazení:

4 Porovnání různých metod dezintegrace vratného kalu pro přípravu substrátu pro denitrifikaci Comparison of different sludge disintegration methods with respect to production of organic substrate for enhancement of nitrogen removal J. Vondrysová, K. Slámová, J. Koubová, P. Jeníček Vysoká škola chemicko-technologická, Ústav technologie vody a prostředí, Technická 5, Praha 6 jana.vondrysova@vscht.cz, pavel.jenicek@vscht.cz Abstract The Czech Republic was identified as a sensitive area within EU it means that the effluent standards for nitrogen are very strict. The biological nitrogen removal from wastewater by denitrification is limited by the amount of readily biodegradable organic matter in municipal wastewater. As an external substrate are used readily biodegradable compounds generally. Dosing of external substrate increases the operation costs of waste water treatment plant (WWTP). Production of the substrate from internal sources, such as sludge that is produced during the treatment process, presents a sound technology. The aim of this study was to determine the specific amount of released soluble chemical oxygen demand (SCOD) and to compare various disintegration technologies. Different disintegration methods were tested: mechanical, thermal, freeze/thaw and ultrasound, respectively. The effect of disintegration was evaluated by released SCOD, ratio SCOD/N ammon and denitrification rate, respectively. Keywords: denitrification, disintegration, freeze/thaw, mechanical, thermal, ultrasound. ÚVOD Pro biologické odstraňování nutrientů je důležitý obsah organických látek v surové odpadní vodě. Beier et al. (1998) uvádí, že pokud poměr CHSK/N na přítoku klesne pod 2,5 dostačující denitrifikace bez přídavku externího substrátu není dlouhodobě možná. Jednou z možností jak zvýšit poměr CHSK/N je přídavek externího substrátu (methanol, ethanol atd.). Nevýhodou však je zvýšení provozních nákladů na provoz ČOV, ale rovněž vyšší produkce kalu (Constantin and Fick, 1997, Barlindhaug and Ødegaard, 1996). Alternativou přídavku externího substrátu se jeví produkce organických látek z vlastních zdrojů, např. dezintegrace vratného kalu a vracení zpět do aktivační nádrže (Barlindhaug and Ødegaard, 1996). Cílem dezintegrace je uvolnit organické látky vně a uvnitř buňky kalu. Dezintegrací dojde ke zvýšení rozpuštěné CHSK (Wang et al., 2006). Přebytečný aktivovaný kal je tvořen hlavně mikroorganismy a při mechanickém rozrušení buňky dojde k uvolnění intracelulárních látek, které jsou pak dostupné pro biologický rozklad (Müller et al., 1998). Hlavní mechanismy mechanické dezintegrace aktivovaného kalu můžeme popsat jako: fyzikální rozklad vločkové struktury buněčná lyze (ztráta biologické aktivity a zvýšení CHSK) (Camacho et al., 2002). Dezintegrace ultrazvukem je intenzivně studována posledních 10 let v laboratorních, poloprovozních a v provozních zařízení. Grönroos et al., (2005) pozorovali, že vyšší výkon ultrazvuku spolu s krátkou dobou působení je účinnější než nižší výkon ultrazvuku a delší

vondrysova@vscht.cz, pavel.jenicek@vscht.cz Abstract The Czech Republic was identified as a sensitive area within EU it means that the effluent standards for nitrogen are very strict.

5 Tabulka 3 Energetická náročnost jednotlivých dezintegračních metod (1 kwh = 0.14 ) energie dezintegrátoru g vyrobéné CHSK F specifická energie cena Wh g Wh/g Wh. /kg Mechanická (5 ) 41,6 0,775 53,68 7,7 Termická 104,2 0, ,65 16,1 Ultrazvuk (1 ) 7,7 0,105 73,33 10,5 Zmrazování 4,8 0,285 16,84 2,4 Denitrifikační rychlosti V tabulce 4 jsou znázorněny hodnoty denitrifikačních rychlostí a účinnosti odstranění dusičnanového dusíku. Nejvyšší denitrifikační rychlost byla pozorována u testu s termicky dezintegrovaným kalem a to 3,86 mg/g.h (N-NO 3 -, NL zž ) při použití homogenizovaného dezintegrovaného vratného kalu a 3,29 mg/g.h (N-NO 3 -, NL zž ) při použití pouze supernatantu. U termicky dezintegrovaného kalu byla zaznamenána i nejvyšší účinnost odstranění dusičnanového dusíku ze systému. Nejnižší denitrifikační rychlost byla u mechanické dezintegrace, kde denitrifikační rychlost byla srovnatelná s vratným kalem bez dezintegrace. Tabulka 4 Porovnání denitrifikačních rychlostí a účinnosti odstranění N-NO 3 -. denitrifikační rychlost (mg/g.h) - účinnost odstranění N-NO 3 (%) homogenizovaný kal supernatant homogenizovaný kal supernatant Vratný kal 0,96 0, Mechanická 1,79 0, Termická 3,86 3, Zmrazování 1,10 3, Závěr Různé dezintegrační metody mohou být využitý ke zvýšení poměru CHSK/N amon v surové odpadní vodě a zvýšit tak denitrifikační rychlost v aktivační nádrži. Dezintegrace ultrazvukem (intenzita 40 %, 20 khz) je účinnější než mechanická ( ot./min) při stejných časových intervalech. Nejvyšší poměr CHSK/N amon byl zaznamenán po 4 minutové dezintegraci ultrazvukem, a to 61,9 g/g (CHSK, N amon ). Nejvyšší poměr CHSK/N amon byl ale zaznamenán u termické dezintegrace (10 minut, 96 C, standardní tlak) 98,6 g/g (CHSK, N amon ). Nejvyšší denitrifikační rychlost byla naměřena u kalu dezintegrovaného termicky, a to 3,86 mg/g.h (N-NO 3 -,NL zž ) a účinnost odstranění dusičnanového dusíku 96 %. Acknowledgments The research was supported by EU project FP REMOVALS Reduction, modification and valorisation of sludges and by The Czech Ministry of Education, Youth and Sports, project MSM

hodnoty denitrifikačních rychlostí a účinnosti odstranění dusičnanového dusíku. Nejvyšší denitrifikační rychlost byla pozorována u testu s termicky dezintegrovaným kalem a to 3,86 mg/g.

6 Seznam literatury Barlindhaug J., Ødegaard H., Thermal hydrolysis for the production of carbon source for denitrification. Water Science and Technology, 34(1-2), Beier M., Hippen A., Seyfried C.F., Rosenwikel K.H., Johansson P., Comparison of different biological treatment methods for nitrogen-rich wastewaters. European Water Management, 2(1), Camacho P., Deleris S., Geaugey V., Ginestet P., Paul E., A comparative study between mechanical, thermal and oxidative disintegration techniques of waste activated sludge. Water Science and Technology, 46(10), Constantin H., Fick M., Influence of C-source on the denitrification rate of a high-nitrate concentrated industrial wastewater. Water Resource, 31(3), Elefsiniotis P., Wareham D:G., Smith M.O., Use of volatile fatty acids from an acid-phase digester for denitrification. Journal of Biotechnology, 114(3), Eskicioglu C., Kennedy K.J., Droste R.L., Characterization of soluble organic matter of waste activated sludge before and after thermal pretreatment. Water Resource, 10, Grönroos A., Kyllönen H., Korpijärvi K., Pirkonen P., Paavola T., Jokela J., Rintala J., Ultrasound assisted method to increase soluble chemical oxygen demand (SCOD) of sewage slugde for digestion. Ultrasonics Sonochemistry, 12, Müller J., Lehne G., Schwedes J., Battenberg S., Näveke R., Kopp J., Dichtl N., Scheminski A., Krull R., Hempel D.C., Disintegration of sewage sludges and influence on anaerobic digestion. Water Science and Technology, 38, 8-9, Tiehm A., Nickel K., Zellhorn M., Neis U., Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization. Water Resource, 35, 8, Wang F., Shan L., Ji M., Components of released liquid from ultrasonic waste activated sludge disintegration. Ultrasonics Sonochemistry, 13, Wang Q., Kuninobu M., Hiroaki I.O., Kato Y., Degradation of volatile fatty acids in highly efficient anaerobic digestion. Biomass and Bioenergy, 16,

, Geaugey V., Ginestet P., Paul E., 2002. A comparative study between mechanical, thermal and oxidative disintegration techniques of waste activated sludge.

Podobné dokumenty

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ústav technologie vody a prostředí. Environment, France

Produkce organického substrátu fermentací čistírenských kalů s možností minimalizace N amon pomocí zeolitů Jana Vondrysová 1, Pavel Jeníček 1, Eva Pokorná 1, Emilie Lacaze 2 1 Vysoká škola chemicko-technologická