Advanced

Evaluation of Biological Hydrolysis Pre-treatment and the Biogas Potential of Sludge from Compact Waste Water Treatment

Falk, Lina LU (2015) VVA820 20151
Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
Abstract (Swedish)
Med anledning av de ökande utsläppskraven för avloppsreningsverk kommer ökade resurser i form av elektricitet och kemikalier att krävas om dagens teknologi ska användas även i fortsättningen. Följaktligen undersöks för tillfället mer effektiva metoder, vilka tillåter inte bara rening av avloppsvattnet utan även erbjuder en möjlighet att ta tillvara på de resurser som finns i avloppsvattnet. En resurs av särskilt intresse för den här studien är det organiska materialet, vilket kan användas för produktion av förnyelsebar energi.

Ett innovativt kompakt avloppsreningskoncept utvärderas för närvarande i forskningsprojektet ”Den varma och rena staden”. En pilotanläggning har installerats på Källby avloppsreningsverk i Lund, bestående av ett... (More)
Med anledning av de ökande utsläppskraven för avloppsreningsverk kommer ökade resurser i form av elektricitet och kemikalier att krävas om dagens teknologi ska användas även i fortsättningen. Följaktligen undersöks för tillfället mer effektiva metoder, vilka tillåter inte bara rening av avloppsvattnet utan även erbjuder en möjlighet att ta tillvara på de resurser som finns i avloppsvattnet. En resurs av särskilt intresse för den här studien är det organiska materialet, vilket kan användas för produktion av förnyelsebar energi.

Ett innovativt kompakt avloppsreningskoncept utvärderas för närvarande i forskningsprojektet ”Den varma och rena staden”. En pilotanläggning har installerats på Källby avloppsreningsverk i Lund, bestående av ett trumfilter följt av ett membran för mikrofiltrering och ett biomimetiskt membran för osmos. Syftet med det nya konceptet är att det ska ersätta försedimenteringen och det aktiva slamsteget på ett konventionellt avloppsreningsverk. En av fördelarna med detta koncept är en ökad avskiljning av organiskt material från avloppsvattnet
till sidoströmmarna som genereras. Genom ytterligare tillsats av fällningskemikalier, kan avskiljningsgraden för suspenderade partiklar och fosfor ökas ytterligare.

I denna studie har sidoströmmarna som genereras av trumfiltret och
mikrofiltreringsmembranet utvärderats med hänsyn till deras lämplighet för anaerob rötning. Genom satsvisa rötförsök har metanpotentialen för trumfilterslammet med och utan kemisktförbättrad förbehandling jämförts med den för det konventionellt genererade slammet på
Källby avloppsreningsverk.

Vidare, för att öka lösligheten av organiskt material och genom detta även
biogasproduktionen har dessutom möjligheten att använda biologisk hydrolys som
förbehandlingssteg innan den anaeroba rötningen utvärderats.

Resultaten från de satsvisa rötförsöken med obehandlat respektive kemiskt förbehandlat
trumfilterslam visade en högre metanpotential än det motsvarande konventionella
blandslammet som för tillfället rötas i rötkamrarna på Källby avloppsreningsverk. En ännu
högre metanpotential uppnåddes när biologisk hydrolys tillämpades som förbehandling av det
råa respektive kemiskt förbehandlade trumfilterslammet. Förutom högre metanpotentialer för
trumfilterslammet, påvisades även en snabbare metanproduktion för trumfilterslammet i
början av de satsvisa rötförsöken.

Vidare ledde användningen av biologisk hydrolys som förbehandlingssteg även till en ökad
löslighet av de organiska materialet i slammet från den kompakta avloppsreningsprocessen.
Specifikt ökade den uppmätta mängden av lättflyktiga fettsyror, vilket är en viktig komponent
i produktionen av metan, och bidrog till en ökad metanpotential i de satsvisa rötförsöken.
Dessutom visade sig, genom mätningar av slamvolymindexet, både trumfilterslammet och
retentatet från membranet för mikrofiltrering möjligt att förtjocka även om ytterligare analyser
och tester krävs för att fastställa vilken metod som är den mest lämpade. Ytterligare
undersökningar krävs även för att utvärdera metanpotentialen för slammet som framställs från
de olika konfigurationerna för den kompakta pilotanläggningen för rening av avloppsvatten. (Less)
Popular Abstract
Due to increasingly stringent outlet demands from waste water treatment plants, more resources in the form of electricity and chemicals will be needed if today’s technology is to be used henceforth. Consequently, more efficient methods are being investigated, which allow not only for the waste water to be treated but also offer an opportunity to utilise the resources present within the waste water. A resource of particular interest for this study is the organic matter, which can be used for the production of renewable energy.

An innovative compact waste water treatment concept is currently being evaluated in the research project “Den varma och rena staden” (The warm and clean city). A pilot plant has been installed at the Källby waste... (More)
Due to increasingly stringent outlet demands from waste water treatment plants, more resources in the form of electricity and chemicals will be needed if today’s technology is to be used henceforth. Consequently, more efficient methods are being investigated, which allow not only for the waste water to be treated but also offer an opportunity to utilise the resources present within the waste water. A resource of particular interest for this study is the organic matter, which can be used for the production of renewable energy.

An innovative compact waste water treatment concept is currently being evaluated in the research project “Den varma och rena staden” (The warm and clean city). A pilot plant has been installed at the Källby waste water treatment plant in Lund consisting of a drum filter followed by a microfiltration membrane and a biomimetic membrane for forward osmosis.
The idea of this new concept is to replace the primary clarifier and activated sludge step of a conventional waste water treatment plant. One of the advantages of this concept is an augmented extraction of organic matter from the waste water to the side streams generated.
By the additional use of chemically enhanced primary treatment the separation efficiency of suspended solids and phosphorus can be further enhanced.

In the present study the side streams generated by the drum filter and the microfiltration membrane have been evaluated with regard to their suitability for anaerobic digestion. By means of biochemical methane potential tests, the methane potential of the drum filter sludge with and without chemically enhanced primary treatment was compared to that of the conventionally generated sludge at Källby waste water treatment plant.
Furthermore, in order to increase the solubilisation of organic matter and by that the biogas production the potential of using biological hydrolysis as a pre-treatment step before the anaerobic digestion has been evaluated as well.

The results from the biochemical methane potential tests using non-hydrolysed raw
respectively chemically pre-treated drum filter sludge showed a higher methane potential than for the conventional mixed sludge currently fed to the anaerobic digesters at Källby waste water treatment plant. An even higher methane potential was achieved when using biological hydrolysis to pre-treat the raw respectively chemically pre-treated sludge. In addition to higher methane potentials for the drum filter sludge, a faster initial methane production was also seen for the drum filter sludge in the biochemical methane potential tests.

Furthermore, the application of biological hydrolysis as a pre-treatment step led to an increased solubilisation of the organic matter in the sludge from the compact waste water treatment process. Especially the measured amount of volatile fatty acids, a necessary component used for the production of methane, increased and conduced to a higher methane potential in the biochemical methane potential tests.

Moreover, both the drum filter sludge and the membrane retentate proved to be possible to thicken through measurements of the sludge volume index, although further analyses and tests are needed in order to determine the most suitable method. Further investigations are also required in order to evaluate the methane potential of the sludge generated for the other configurations of the compact waste water treatment pilot plant. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Falk, Lina LU
supervisor
organization
course
VVA820 20151
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
biological sludge hydrolysis, biogas, biochemical methane potential tests, compact waste water treatment, drum filter, anaerobic digestion, microfiltration, environmental engineering, water engineering, avloppsteknik, vattenförsörjningsteknik
report number
2015-12
language
English
id
7449223
date added to LUP
2015-06-25 15:42:09
date last changed
2015-06-25 15:42:09
@misc{7449223,
  abstract     = {Med anledning av de ökande utsläppskraven för avloppsreningsverk kommer ökade resurser i form av elektricitet och kemikalier att krävas om dagens teknologi ska användas även i fortsättningen. Följaktligen undersöks för tillfället mer effektiva metoder, vilka tillåter inte bara rening av avloppsvattnet utan även erbjuder en möjlighet att ta tillvara på de resurser som finns i avloppsvattnet. En resurs av särskilt intresse för den här studien är det organiska materialet, vilket kan användas för produktion av förnyelsebar energi.

Ett innovativt kompakt avloppsreningskoncept utvärderas för närvarande i forskningsprojektet ”Den varma och rena staden”. En pilotanläggning har installerats på Källby avloppsreningsverk i Lund, bestående av ett trumfilter följt av ett membran för mikrofiltrering och ett biomimetiskt membran för osmos. Syftet med det nya konceptet är att det ska ersätta försedimenteringen och det aktiva slamsteget på ett konventionellt avloppsreningsverk. En av fördelarna med detta koncept är en ökad avskiljning av organiskt material från avloppsvattnet
till sidoströmmarna som genereras. Genom ytterligare tillsats av fällningskemikalier, kan avskiljningsgraden för suspenderade partiklar och fosfor ökas ytterligare.

I denna studie har sidoströmmarna som genereras av trumfiltret och
mikrofiltreringsmembranet utvärderats med hänsyn till deras lämplighet för anaerob rötning. Genom satsvisa rötförsök har metanpotentialen för trumfilterslammet med och utan kemisktförbättrad förbehandling jämförts med den för det konventionellt genererade slammet på
Källby avloppsreningsverk.

Vidare, för att öka lösligheten av organiskt material och genom detta även
biogasproduktionen har dessutom möjligheten att använda biologisk hydrolys som
förbehandlingssteg innan den anaeroba rötningen utvärderats.

Resultaten från de satsvisa rötförsöken med obehandlat respektive kemiskt förbehandlat
trumfilterslam visade en högre metanpotential än det motsvarande konventionella
blandslammet som för tillfället rötas i rötkamrarna på Källby avloppsreningsverk. En ännu
högre metanpotential uppnåddes när biologisk hydrolys tillämpades som förbehandling av det
råa respektive kemiskt förbehandlade trumfilterslammet. Förutom högre metanpotentialer för
trumfilterslammet, påvisades även en snabbare metanproduktion för trumfilterslammet i
början av de satsvisa rötförsöken.

Vidare ledde användningen av biologisk hydrolys som förbehandlingssteg även till en ökad
löslighet av de organiska materialet i slammet från den kompakta avloppsreningsprocessen.
Specifikt ökade den uppmätta mängden av lättflyktiga fettsyror, vilket är en viktig komponent
i produktionen av metan, och bidrog till en ökad metanpotential i de satsvisa rötförsöken.
Dessutom visade sig, genom mätningar av slamvolymindexet, både trumfilterslammet och
retentatet från membranet för mikrofiltrering möjligt att förtjocka även om ytterligare analyser
och tester krävs för att fastställa vilken metod som är den mest lämpade. Ytterligare
undersökningar krävs även för att utvärdera metanpotentialen för slammet som framställs från
de olika konfigurationerna för den kompakta pilotanläggningen för rening av avloppsvatten.},
  author       = {Falk, Lina},
  keyword      = {biological sludge hydrolysis,biogas,biochemical methane potential tests,compact waste water treatment,drum filter,anaerobic digestion,microfiltration,environmental engineering,water engineering,avloppsteknik,vattenförsörjningsteknik},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Evaluation of Biological Hydrolysis Pre-treatment and the Biogas Potential of Sludge from Compact Waste Water Treatment},
  year         = {2015},
}