Specifika přebytečného aktivovaného kalu z membránového biologického reaktoru s důrazem na jeho stabilizaci Jana Vondrysová, Josef Máca, Markéta Dvořáková, Lukáš Dvořák, Jan Bindzar, Pavel Jeníček Vysoká škola chemicko-technologická Praha, Ústav technologie vody a prostředí, Technická 5, 166 28 Praha 6 ABSTRAKT V současné době dochází k prudkému rozvoji membránových technologií. Aktivovaný kal z membránového biologického reaktoru je kvalitativně odlišný zejména proto, že dosahuje vyšší koncentrace a vyššího stáří kalu oproti klasickému uspořádání a jsou v něm zachyceny i velmi malé částice, které jsou z klasického systému vyplaveny. Zatímco stáří kalu na konvenční ČOV se zpravidla pohybuje kolem 10-20 dní, stáří kalu v membránovém reaktoru je většinou mnohonásobně vyšší. Zatímco koncentrace kalu na konvenční ČOV dosahuje 4-5 g/l, koncentrace kalu v membránovém reaktoru může být několikanásobně vyšší. Poslední zkušenosti však ukazují, že je vhodnější provozovat membránový reaktor při limitovaných koncentracích kalu (např. pod 15 g/l) a pak je potřeba část kalu odvádět ze systému.. Jednou z možností jeho zpracování je anaerobní stabilizace. Cílem naší práce je porovnat anaerobní rozložitelnost aktivovaného kalu z konvenčního aktivačního systému a aktivovaného kalu z několika typů membránových reaktorů s různým stářím kalu. Klíčová slova: anaerobní rozložitelnost, dezintegrace, konvenční aktivovaný kal, MBR ÚVOD Konvenční aktivační systém na čistírnách odpadních vod je provozován při relativně nízkých dobách zdržení kalu a nízké koncentraci biomasy kvůli limitům separace kalu v dosazovacích nádržích. Aktivační systém produkuje velké množství přebytečného kalu, který vyžaduje další zpracování (Bhatta et al., 2004). Náklady na zpracování přebytečného aktivovaného kalu dosahují až 50 – 60 % celkových nákladů na čistírně odpadních vod (Egemen et al., 2001). Proto je logická snaha redukovat objem a množství přebytečného kalu. MBR proces je znám jako proces s nižší produkcí kalu díky mnohem delší době zdržení biomasy v reaktoru. Nicméně, minimalizace produkce kalu extrémním zvýšením doby zdržení kalu nemusí být nutně výhodná kvůli možnosti nepříznivého vlivu vysoké koncentrace nerozpuštěných látek na aktivitu biomasy a její morfologii (Shimizu et al., 1996; Yoon et al., 2004). V posledních letech byla publikována řada zajímavých experimentálních výsledků potvrzujících možnost redukce produkovaného množství kalu. Kim et al. (2001) publikovali využití mechanické dezintegrace vysokorychlostním čerpadlem pro redukci kalu v membránovém biologickém reaktoru s podélným tokem. Podobně Yoon et al. (1999) zkoušeli mechanickým působením speciálního čerpadla eliminovat zvyšování koncentrace nerozpuštěných látek v membránovém anaerobním reaktoru. Předpokládají, že kal rozbitý čerpadlem může být využit jako substrát. Uvádí se, že při provozu membránových biologických reaktorů při nízkém poměru S/X 0,07 kg/(kg.d) (CHSK, NLzž.) (Rosenberger et al., 2000) nebo 0,066 kg/(kg.d) (CHSK, NLzž.) (Yoon et. al., 2002) nedochází k produkci
Tabulka 10
Anaerobní rozložitelnost při zatížení 2,0 g/g (CHSK, NLzž)
zatížení 2,0 g/g (CHSK, NLzž) ČOV-1 MBR-ČOV-1 ČOV-2 MBR-ČOV-2
specifická produkce BP (ml/mg) (CHSK) 0,118 0,156 0,172 0,108
netto produkce BP (ml) 45,1 63,1 69,3 43,8
rozložitelnost % 21 28 31 19
ZÁVĚR Byla porovnávána anaerobní rozložitelnost aktivovaného kalu z konvenčního systému a aktivovaného kalu z membránového biologického reaktoru. -
-
Vysoké stáří kalu v kalech z membránových reaktorů má zpravidla za následek nižší podíl organické sušiny (NLzž/NL) ve srovnání s aktivovanými kaly z konvenčních aktivačních systémů, důležitým faktorem ovlivňujícím tento parametr je však také koncentrace a povaha nerozpuštěných látek v odpadní vodě. Přes očekávanou vyšší stabilizovanost kalů z membránových reaktorů (díky vysokému stáří) se neprokázalo, že anaerobní rozložitelnost těchto kalů musí být vždy nutně nižší ve srovnání s aktivovanými kaly z konvenčních aktivačních systému.
Pro nejednoznačné výsledky se zabýváme dalšími testy porovnávající anaerobní rozložitelnost aktivovaného kalu z konvenčního systému a z membránových reaktorů. Poděkování Tento příspěvek byl vypracován v rámci 6. rámcového projektu EU FP6-018525 REMOVALS a projektu podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy MSM6046137308.
SEZNAM LITERATURY Baier U., Schmidheiny P. (1997). Enhanced anaerobic degradation of mechanically disintegrated sludge. Wat. Sci. Tech., 36(11), 137-143 Barjenbruch M., Kopplow O. (2003). Enzymatic, mechanical and thermal pre-treatment of surplus sludge. Advance in Environ. Res., 7, 715-720 Bhatta C.P., Matsuda A., Kawasaki K, Omorl D. (2004): Minimization of sludge production and stable operational condition of a submerget membrane activated sludge process, Wat. Sci. Tech., 50(9), 121-128 Chiu Y.-C., Chang C.-N., Lin J.-G., Huang S.-J. (1997). Alkaline and ultrasonic pre-treatment of sludge before anaerobic digestion. Wat. Sci. Tech., 36(11), 155-162 Dohányos M., Zábranská J., Kutil J., Jeníček P. (2004). Improvement of anaerobic digestion of sludge. Wat. Sci. Tech., 49(10), 89-96 Eastman J.A., Ferguson J.F. (1981). Solubilization of particulate organic carbon during the acid phase of anaerobic digestion. JWPCF, 53(3), 352-366 Egemen E, Corpening J, Nirmalakhandan N. (2001): Evaluation of an ozonation system for reduced waste sludge generation, Wat. Sc.i Techl; 44(2–3):445–52
Galil N.I., Jacob L. (2006): Membrane bio-reactor (MBR) biosolids characterization and dewaterability, Sb. z konf. Sustainable Sludge Management, 29.-31.5.2006, Moskva, Rusko, 183-188 Kim J-S, Lee C-H, Chang I-S. (2001): Effect of pump shear on the performance of a crossflow membrane bioreactor, Water Res.; 35(9):2137–44 Müller J., Lehne G., Schwedes J., Battenberg S., Näveke R., Kopp J., Dichtl N., Scheminski A., Krull R., Hempel D.C. (1998). Disintegration of sewage sludges and influence on anaerobic digestion. Wat. Sci.Tech., 38(8-9), 425-433 Rosenberger S, Witzig R, Manz W, Szewzyk U, Kraume M. (2000): Operation of different membrane bioreactors: experimental results and physiological state of the microorganisms, Wat. Sci.Tech.;41(10–11):269–77. Shimizu T., Kudo K., Nasu Y. (1993). Anaerobic wasteactivated sludge digestion – a bioconversion and kinetic model. Biotechnol. Bioengng., 41, 1082-1091 Shimizu Y., Okuno Y., Uryu K., Ohtsubo S., Watanabe A. (1996): Filtration characteristics of hollow fiber microfiltration membranes used in membrane bioreactor for domestic wastewater treatment, Water Res., 30(10), 2385-2392 Stephenson T., Judd S., Jefferson B., Brindle K. (2000): Membrane bioreactors for wastewater treatment. IWA Publishing, London, UK Tiehm A., Nickel K., Zellhorn M., Neis U. (2001). Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization. Water Res., 35(8), 2003-2009 Weemaes M., Grootaerd H., Simoens F., Verstraete W. (2000): Anaerobic digestion of ozonized biosolids, Water Res., 34(8), 2330-2336 Yeom I.T., Lee K.R., Choi Y.G., Kim S.H., Kwon J.H., Lee U.J., LeeY.H. (2005): A pilot study on accelerated sludges degradation by a high-concentration membrane bioreactor coupled with sludges pretreatment, Wat. Sci. Tech., 52(10-11), 201-210 Yoon S.-H., Kang I-J, Lee C-H. (1999): Fouling of inorganic membrane and flux enhancement in membrane-coupled anaerobic bioreactor, Sep. Sci. Tech.; 34(5):709–24 Yoon S.-H., Kim H-S. (2001): The use of MBR-ultrasound systém for zero excess sludge production. Process Biochem, submitted for publication Yoon S.-H., Kim H-S, Jung Y-C. (2002): Effect of acidity consumption/production on the pH of aeration tank during the biodegradation of acetic acid/epichlorohydrin, Water Res; 36,2695–702 Yoon S.-H. (2003): Important operation parameters of membrane bioreactor – sludge disintegration (MBR-SD) system for zero excess sludge production, Water Res., 37, 1921-1931 Yoon S.H., Kim H.S., Lee S.H. (2004): Incorporation of ultrasonic cell disintegration into a membrane bioreactor for zero sludge production, Process Biochem., 39(12), 1923-1929 Zábranská a kol. (1997): Laboratorní metody v technologii vody, VŠCHT Praha
