Impact of bioaugmentation on nutrient release in anaerobic digestion of sewage sludge

Beztlenowa stabilizacja osadów ściekowych jest powszechnie stosowana jako metoda ich przeróbki w oczyszczalniach ścieków komunalnych. W wyniku beztlenowego rozkładu substancji organicznych zachodzi uwalnianie azotu amonowego i fosforu fosforanowego do wód osadowych, zawracanych następnie do bioreaktorów oczyszczających ścieki. Może to skutkować przeciążeniem osadu czynnego, a w efekcie obniżeniem sprawności usuwania związków biogennych i wzrostem kosztów oczyszczania. Prezentowana praca dotyczy badań nad wpływem bioaugmentacji na uwalnianie związków biogennych podczas fermentacji metanowej osadów ściekowych. Bioaugmentację prowadzono z wykorzystaniem dwóch dawek komercyjnego preparatu Arkea®, odpowiednio 9 i 13% w stosunku objętościowym. W oparciu o stężenia azotu amonowego i fosforu fosforanowego wyznaczono wartości współczynników uwalniania w układzie bioaugmentowanej fermentacji osadów ściekowych oraz w układzie, w którym bioaugmentacji nie prowadzono. Z uzyskanych danych wynika, że uwalnianie związków biogennych do wód osadowych występowało w obu badanych układach, jednak wyższe wartości otrzymano w układzie z bioaugmentacją. W przypadku układu wspomaganego biopreparatem współczynnik amonifikacji wyniósł 4,8 oraz 4,6, odpowiednio dla dawki Arkea® 9 i 13%, natomiast dla osadów ściekowych był nieco niższy - 4,5. Analogiczny trend wystąpił w przypadku fosforu fosforanowego. Współczynnik uwalniania fosforanów w obecności 9 i 13% preparatu Arkea® osiągnął wartość odpowiednio 1,2 oraz 1,3, a w układzie bez dodatku biopreparatu 1,1. Bioaugmentacja nie wpłynęła jednak istotnie na uwalnianie związków biogennych w procesie beztlenowej stabilizacji osadów ściekowych, a stężenia biogenów w wodach pofermentacyjnych nie wzrosły w porównaniu z osadami ściekowymi.In municipal wastewater treatment plants anaerobic digestion has commonly been applied for sludge treatment. It is known that the process results in a high release of the nitrogen and phosphorus compounds. Their recirculation with the rejected supernatant to the bioreactor treating wastewater could lead to its overloading, thus diminishing the nutrient removal efficiency and increasing the cost of the total treatment. In the present study the influence of bioaugmentation on the nutrient release was examined in anaerobic digestion of sewage sludge. The bioaugmentation consisted in adding two doses of commercial product Arkea®, 9 and 13% v/v, respectively. Based on the concentration of ammonia nitrogen and phosphate phosphorus, release factors were determined for bioaugmented and non-bioaugmented experiments. The results indicated that nutrient release was confirmed in both systems, although it significantly differed for the compounds investigated. Applying bioaugmentation, a little higher values were achieved as compared to anaerobic digestion of sewage sludge. Release factors for ammonia nitrogen were 4.8 and 4.6 in the presence of 9 and 13% Arkea® v/v, respectively, whereas for sewage sludge it was 4.5. With regard to phosphate phosphorus, minor values were obtained. Applying 9 and 13% of Arkea®, release factors were found to be 1.2 and 1.3, respectively, whereas in the system without bioaugmentation it was only 1.1. An essential effect of bioaugmentation on nutrient release in anaerobic digestion of sewage sludge did not occur

Utilization of the evolutionary system of multicriterial analysis for defining the importance of solutions in the process of body-class parts fms machine tools selection

Jednym z kluczowych problemów w zakresie projektowania elastycznych systemów produkcyjnych (ESP) pozostaje zagadnienie projektowania podsystemu wytwarzania, a w szczególności dobór obrabiarek projektowanego ESP. Mimo pozornej prostoty zagadnienia, wybór odpowiednich obrabiarek do projektowanego ESP jest zagadnieniem trudnym, gdyż na decyzje doboru wpływ ma duża różnorodność i liczba parametrów, a także złożoność założeń projektowych. W niniejszym opracowaniu zaprezentowano możliwość zastosowania ewolucyjnego systemu analizy wielokryterialnej do wariantowania rozwiązań w procesie doboru obrabiarek ESP części klasy korpus. W szczególności przedstawiono istotę procesu doboru obrabiarek, założenia ewolucyjnego systemu analizy wielokryterialnej oraz wyniki procesu wariantowania rozwiązań dla wybranego problemu decyzyjnego.One of the key problems in the area of flexible manufacturing systems (FMS) design is a problem of design of manufacturing subsystem and especially the machine tools selection in designed FMS. Although the problem seems to be simple, in fact it is difficult to solve it because of the fact of large variety and number of parameters and also brief foredesign which have influent on decision of selection. In this paper the possibility of implementation of Evolutionary System of Multicriteria Analysis (ESAW) for defining the importance of solutions in the process of casing-class FMS machine tools selection. In particular the issue of the process of machine tools selection, the essence of Evolutionary System of Multicriteria Analysis and solutions of the process of defining the importance of solutions for selected decision problem were presented

Methods of substrate fractionation in ADM1

Rozkład beztlenowy jest stosowany do oczyszczania oraz energetycznego wykorzystania ścieków, osadów i odpadów pochodzenia rolno-spożywczego. W ostatnim dwudziestoleciu proces ten zyskuje coraz większą popularność. Wraz ze wzrostem wykorzystania rozkładu beztlenowego do produkcji energii i oczyszczania ścieków rozwijano modele symulujące przebieg procesu. Modele matematyczne procesów biotechnologicznych wymagają zazwyczaj charakterystyki substratu z wyszczególnieniem jego form. Dotyczy to również modelu Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1), dla którego należy określić zawartość węglowodanów, białek, tłuszczów i frakcji inertnej w dopływie. Pełna identyfikacja wszystkich składników substratu jest zazwyczaj bardzo trudna i kosztowna, a metody frakcjonowania materiału organicznego na potrzeby wspomnianego modelu są ciągle rozwijane i udoskonalane. Prezentowana praca obejmuje przegląd metod frakcjonowania substratu dla modelu ADM1: metodę opartą na wartości pokarmowej pasz; metodę zaproponowaną przez Henze oraz metodę opartą na bilansie ChZT i N. Przedstawiono także wyniki badań symulacyjnych dla obiektu pracującego w skali technicznej z wykorzystaniem komór o zróżnicowanej temperaturze fermentacji.Anaerobic digestion is commonly applied for treatment as well as energetic usage of sewage, sewage sludge and agricultural waste. Recently, it has become more and more popular. Together with the popularity of the use of anaerobic digestion for energy production and wastewater purification, models for simulation of the process in question were developed. In general, the mathematical models of biotechnological processes require both characteristics of the substrates involved and specification of their forms. This approach also concerns the Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1), which demands the description of carbohydrates, proteins, fats and inert fraction in the feed supplying the reactor. Specific and complete characterization of all compounds mentioned is usually difficult and expensive, however the method of fractionation of the organic material for the needs of ADM1 model are developed. This study presents the crucial issues of the methane fermentation process being the base for mathematical description used in the ADM1 model. The paper also reports a review of fractionation methods for the analyzed model. Among them, the method based on the nutritional value of feed, the method proposed by Henze and the method based on COD and N balance are described

Computer aided FMS machine tools subsystem selection using the evolutionary system of multicriteria analysis

One of the key problems in the area of flexible manufacturing systems (FMS) design is a problem of proper design of manufacturing subsystem and especially the machine tools selection. Although the problem seems to be simple, in fact it is difficult to solve because of large variety and number of parameters and also brief foredesign which are highly influential for the decision. This study shows possibility of implementation the Evolutionary System of Multicriteria Analysis for defining the importance of solutions in the process of casing-class FMS machine tools selection

Optimalisation of the drawing process in the AutoCAD program

W pracy opisano podstawowe grupy narzędzi koniecznych do przygotowania dokumentacji technicznej przy użyciu programu AutoCAD. Zwrócono szczególną uwagę na użycie warstw, ich poprawne definiowanie oraz znaczenie przy tworzeniu komputerowego zapisu konstrukcji. Opisano alternatywne sposoby kreślenia obiektów klasy wałek oraz płyty, stosując do tego celu różne strategie do ich rysowania. W zaproponowanych metodach tworzenia końcowej postaci obiektów zastosowano różne polecenia z grupy narzędzi do rysowania oraz edycji. Ponadto pokazano sposób wykorzystania właściwości rysowanych obiektów do właściwego doboru poleceń. W pracy zamieszczono liczne przykłady ilustrujące kolejne etapy procesu rysowania.The study describes the basic tool groups necessary in preparing technical documentation by means of the AutoCAD program. Special attention was paid to the use of layers, their proper defining and significance during the making of a computer record of the construction. Alternative ways of drawing objects of the shaft and plate types are described by using different strategies to draw them. In the methods proposed for creating the final shape of the objects different commands were applied from the tool group for drawing and edition. Moreover, a way of using the properties of the object drawn in the right choice of commands is shown. The study shows numerous examples of the successive stages of the drawing process

Współfermentacja osadów ściekowych i organicznej frakcji odpadów komunalnych w zakresie stężeń metali ciężkich

Przedmiotem badań była analiza wpływu zanieczyszczeń pochodzących z organicznej frakcji odpadów komunalnych dodawanych jako kosubstrat do procesu biometanizacji mieszanych osadów ściekowych na stężenia metali ciężkich w osadzie przefermentowanym. Eksperyment obejmował badania modelowe fermentacji mezofilowej (w temperaturze 35ºC) osadów pochodzących z systemu gospodarki osadowej miejskiej oczyszczalni ścieków w Puławach, mieszanych objętościowo w odpowiednich proporcjach z frakcją organiczną odpadów komunalnych przygotowanych i rozpulpionych w odcieku zgodnie z niemiecką technologią BTA. Osad poddawany fermentacji w reaktorze kontrolnym stanowił mieszaninę zagęszczonego grawitacyjnie osadu wstępnego oraz zagęszczonego mechanicznie osadu nadmiernego, przy czym udziały objętościowe poszczególnych osadów wynosiły odpowiednio 60:40. Badania prowadzono w dwóch etapach, z zastosowaniem dwóch różnych dawek frakcji organicznej (osad:frakcja 75:25 i 70:30 obj.). Stężenia metali określano w mieszaninie zasilającej reaktor oraz w osadzie przefermentowanym. Badano stężenia następujących metali: Al, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn. W celu określenia wpływu środowiskowego osadów przefermentowanych określano zmienność ich zawartości przed i po procesie współfermentacji. Otrzymane wyniki wskazują, że zawartość metali w mieszaninie zasilającej reaktor w fazach współfermentacji były na podobnym poziomie lub nieznacznie niższe niż w przypadku fermentacji samych osadów ściekowych. Wzrost zawartości metali ciężkich w przeliczeniu na suchą masę w pofermencie wynikał z mniejszej zawartości materii organicznej w fazach, gdy prowadzono proces współfermentacji. Wzrost zawartości metali w pofermencie nie był proporcjonalny do ich zawartości w mieszaninie zasilającej reaktor. Proces współfermentacji powodował, iż zawartość metali ciężkich w osadzie przefermentowanym była wyższa, oznaczać to może, że dodatek organicznej frakcji odpadów komunalnych może mieć wpływ na jakość pofermentu. Dodatkowo, w przyszłości powinny zostać wykonane badania uwzględniające specjację metali

Metody pomiaru i wizualizacji zmian bioróżnorodności

Biodiversity can be evaluated basing on the species numbers or numbers of chosen taxa (S). The biodiversity assessment is also enabled using the Shannon index (H) that includes numbers of taxa and their relative abundances (or relative biomass likely relative degrees of covering). The proper description of biological or statistically significant differences (or their absence) between the compared taxocenosis of identical or subjectively different values of S and H, is not possible by use of both methods mentioned. Thus, the aim of our work was to present the manners for solving these problems basing on the example of three hypothetical organism communities. Two of the communities mentioned were characterized by the same values of S (taxon richness) and different values of H (the Shannon index) and two ones had similar H values and different values of S. To obtain the complete description of biological differences between compared communities the following indices were calculated: Hmax (a maximum value of Shannon index for the richness of taxa represented by the same number of individuals), Vd (a percentage value of covering structural capacity of community, “evenness deficiency”), E (MacArthur index - a taxon number (S) in a community for which the observed value of H equals Hmax) and Ps (taxon richness shortage in percents). Moreover, graphical method of Δb, profiles was used for comparing community diversities. Instead, to obtain information about statistically significant differences in biodiversity between analyzed communities, the rarefaction curves were applied. The curves are based on the zero models and the Monte Carlo method.Bioróżnorodność można oceniać na podstawie liczby gatunków lub liczby dowolnie wybranych taksonów (S). Ocenę bioróżnorodności można również przeprowadzić za pomocą indeksu Shannona (H), do obliczeń którego wykorzystuje się liczbę taksonów oraz ich względne liczebności (lub względne biomasy ewentualnie relatywne stopnie pokrycia). Przy użyciu obu wymienionych metod nie można poprawnie określić statystycznie istotnych czy też biologicznych różnic (lub ich braku) pomiędzy porównywanymi taksocenozami o identycznych lub subiektywnie różnych wartościach S i H. Stąd celem prezentowanej pracy było przedstawienie sposobów rozwiązania tego problemu na przykładzie trzech hipotetycznych zbiorowisk żywych organizmów. Wśród tych taksocenoz dwie charakteryzowały się takimi samymi wartościami S (bogactwa taksonów) i różnymi wartościami H (indeksu Shannona), a dwie miały zbliżone wartości H, a różne wartości S. Dla pełnego określenia różnic biologicznych pomiędzy porównywanymi zbiorowiskami obliczono wskaźniki: Hmax (maksymalna wartość indeksu Shannona dla danego bogactwa taksonów charakteryzujących się takimi samymi liczebnościami), Vd (wyrażona w % wartość wypełnienia strukturalnych możliwości zbiorowiska; niedostatek „równomierności”), E (indeks MacArthura, czyli liczba taksonów S w zbiorowisku, dla którego dany indeks H przyjąłby wartość maksymalną) oraz Ps (wyrażony w % niedostatek bogactwa taksonów). Dodatkowo, dla porównania bioróżnorodności zbiorowisk użyto graficznej metody profili Δb. W celu uzyskania informacji o statystycznie istotnych różnicach między analizowanymi zbiorowiskami pod względem bioróżnorodności wykreślono krzywe rarefakcji, bazujące na modelach zerowych i metodzie Monte Carlo