Impact of Alkalization of Surplus Activated Sludge on Biogas Production

Abstract 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. Abstrakt 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.