Analysis of denitrification rate and biological dephosphatation rate using disintegrated surplus sludge as organic carbon source

Marta Markiewicz

Abstract

Biological nutrient removal from wastewater is based on denitrification and biological dephosphatation. The efficiency of these processes depends on organic compounds of sufficient quality and quantity. It is considered that the COD:N and COD:P ratios required for efficient biological nitrogen and phosphorus removal processes are at least 8 and 40, respectively. One of the methods for improving the efficiency of nutrient removal from wastewater is application of organic substrates obtained from disintegration of excess or return activated sludge as an additional source of organic carbon. Disintegration of sewage sludge destroys sludge flocculent structur and/or disrupts biological cells and leads to release extracellular and intracellular substances and biological water as a result of putting energy into the sludge. The paper reviews literature on using disintegrated sludge as source of organic carbon for biological nitrogen and phosphorus removal processes. Furthermore, research was conducted to investigate whether organic compounds obtained from mechanically disintegration of excess activated sludge is a carbon source suitable for denitrification and biological dephosphatation. For this purpose NUR batch tests (nitrogen utilization rate batch tests) and PUR batch tests (phosphorus release and utilization rate batch tests) were conducted. Nitrogen utilization rate, orthophosphate release rate and orthophosphate utilization rate were determined using batch tests. Thickened excess activated sludge after mechanically disintegration with energy density of 70, 140 and 210 kJ/l and also another source of organic carbon: acetic acid and municipal wastewater after mechanical treatment were used in these experiments. Depending on the kind of organic carbon sources, different values of investigated parameters were reached, what means, that intensity of assimilation of organic substrates by particular functional group of microorganisms was different. Comparing samples with the disintegrated sludge, the best organic carbon source to nitrate reduction process was the sludge disintegrated at the highest energy density (210 kJ/l) as evidenced by the highest denitrification rate. Organic compounds recovery from an excess activated sludge by using mechanical disintegration were also suitable organic substrate for polyphosphate-accumulating organisms to synthesize an internally stored compounds under anaerobic conditions, which were then effectively used under aerobic conditions. The highest orthophosphate release rate was achieved for sludge disintegrated at the energy density of 210 kJ/l, while the highest orthophosphate utilization rate was achieved for sludge disintegrated at the energy density of 70 kJ/l. Furthermore, it was found that preliminary psychrophilic hydrolysis under anaerobic conditions caused increasing denitrification rate, orthophosphate release rate and orthophosphate utilization rate. The samples of sludge disintegrated at energy density 70, 140, 210, 280 and 350kJ/l were used to examine activity of aerobic bacteria in disintegrated surplus sludge. For this purpose oxygen utilization rate batch tests were conducted in the fifth and sixth series of experiments. Results showed that disintegration of excess sludge with the low energy density (70 kJ/l) caused increase of aerobic bacteria activity, whereas highest energy density (≥ 210 kJ/l) improved microbiological inactivation. It was found that inactivation was irreversible.
Rodzaj dyplomuPraca magisterska
Autor Marta Markiewicz (WIBHiIŚ)
Marta Markiewicz
- Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska
Tytuł w języku polskimAnaliza szybkości procesów denitryfikacji i biologicznej defosfatacji zachodzących przy udziale zdezintegrowanych osadów jako źródła węgla organicznego
Promotor Monika Żubrowska-Sudoł (WIBHiIŚ / ZZWOŚ)
Monika Żubrowska-Sudoł
- Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków
Jednostka dyplomującaWydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska (WIBHiIŚ)
Jednostka prowadzącaZakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków (WIBHiIŚ / ZZWOŚ)
Kierunek / specjalność studiówInżynieria Środowiska
Językpl polski
Status pracy Obroniona
Data obrony22-11-2018
Data (rok) wydania2018
Recenzenci Monika Żubrowska-Sudoł (WIBHiIŚ / ZZWOŚ)
Monika Żubrowska-Sudoł
- Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków
, Jolanta Podedworna (WIBHiIŚ / ZZWOŚ)
Jolanta Podedworna
- Zakład Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków
Słowa kluczowe w języku polskimdenitryfikacja, defosfatacja, dezintegracja, osady ściekowe
Słowa kluczowe w języku angielskimdenitrification, dephosphatation, disintegration, surplus sludge
Streszczenie w języku polskimUsuwanie ze ścieków związków biogennych na drodze biologicznej oparte jest na procesach denitryfikacji i biologicznej defosfatacji. Efektywność tych procesów zależy m. in. od dostępności związków organicznych o odpowiedniej jakości i w odpowiedniej ilości. Generalnie przyjmuje się, że do efektywnego usuwania ze ścieków azotu i fosforu, wartości stosunków ChZT:N i ChZT:P w ściekach dopływających do bioreaktora powinny wynosić odpowiednio nie mniej niż 8 i 40. Jedną z metod zwiększenia efektywności usuwania ze ścieków związków biogennych jest zastosowanie związków organicznych pozyskanych w procesie dezintegracji nadmiernego lub recyrkulowanego osadu czynnego jako dodatkowego źródła węgla organicznego. Dezintegracja osadów ściekowych polega na zniszczeniu kłaczkowatej struktury osadu lub/i rozerwaniu błony komórkowej mikroorganizmów osadu czynnego oraz uwolnieniu substancji zewnątrz- i wewnątrzkomórkowych oraz wody biologicznej na skutek wprowadzonej z zewnątrz energii. W niniejszej pracy dokonano przeglądu literatury na temat wykorzystania osadów zdezintegrowanych jako źródła węgla organicznego dla procesów biologicznego usuwania ze ścieków związków azotu i fosforu. Ponadto przeprowadzono badania własne, które miały na celu sprawdzenie, czy związki organiczne pozyskane w procesie mechanicznej dezintegracji osadu nadmiernego są odpowiednim źródłem węgla organicznego dla procesów denitryfikacji i biologicznej defosfatacji. W tym celu wykorzystano porcjowe testy NUR (porcjowe testy szybkości redukcji azotu azotanowego) i PUR (porcjowe testy szybkości uwalniania i akumulacji fosforu), które pozwoliły na wyznaczenie szybkości denitryfikacji oraz szybkości uwalniania i akumulacji P-PO4 3-. W doświadczeniach wykorzystano zagęszczony osad nadmierny poddany procesowi mechanicznej dezintegracji prowadzonej przy gęstościach energii 70, 140 i 210 kJ/l, jak również inne źródła węgla organicznego: kwas octowy oraz ścieki komunalne po mechanicznym oczyszczaniu. W zależności od użytego źródła węgla organicznego, uzyskano różne wartości badanego parametru, co znaczy, że zastosowane substraty organiczne były z różną intensywnością przyswajane przez daną grupę funkcyjną mikroorganizmów. Spośród osadów zdezintegrowanych najlepszym źródłem węgla organicznego do redukcji azotanów był osad poddany procesowi dezintegracji przy najwyższej z badanych gęstości energii (210 kJ/l), o czym świadczyła najwyższa wartość szybkości denitryfikacji. Związki organiczne uwolnione w wyniku dezintegracji zagęszczonych osadów nadmiernych stanowiły również odpowiedni substrat dla bakterii defosfatacyjnych do syntezy w warunkach beztlenowych endogennych substancji zapasowych, które następnie były efektywnie wykorzystane w procesie akumulacji ortofosforanów w warunkach tlenowych. Najwyższą szybkość uwalniania P PO4 3- odnotowano w próbie z osadem zdezintegrowanym przy gęstości energii 210 kJ/l, natomiast najwyższa szybkość akumulacji P PO4 3- wystąpiła w próbie z osadem zdezintegrowanym przy gęstości energii 70 kJ/l. Ponadto stwierdzono, że wstępna psychrofilowa hydroliza osadów zdezintegrowanych w warunkach braku tlenu rozpuszczonego powodowała wzrost zarówno szybkości denitryfikacji, szybkości uwalniania ortofosforanów, jak i szybkości akumulacji ortofosforanów. Zbadano także wpływ procesu dezintegracji, prowadzonego przy różnych gęstościach energii (70, 140, 210, 280 i 350 kJ/l), na aktywność mikroorganizmów tlenowych. W tym celu, w ramach V i VI serii badawczej, przeprowadzono porcjowe testy szybkości poboru tlenu (OUR). Wyniki pokazały, że dezintegracja osadów nadmiernych przy niskich gęstościach energii (70 kJ/l) powodowała wzrost aktywności bakterii tlenowych, natomiast przy wyższych gęstościach energii (≥ 210 kJ/l) następowała dezaktywacja mikroorganizmów. Stwierdzono też, że dezaktywacja ta była nieodwracalna.
Plik pracy
praca_magisterska_M.Markiewicz.pdf 3.78 MB
Pola lokalneIdentyfikator pracy APD: 29430

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót