COD Fractions in Sewage Flowing into Polish Sewage Treatment Plants

The paper presents the results of studies concerning the designation of COD fraction in raw wastewater. The research was conducted in three mechanical-biological sewage treatment plants. The results were compared with data assumed in the ASM models. During the investigation, the following fractions of COD were determined: dissolved non-biodegradable SI, dissolved easily biodegradable SS, in organic suspension slowly degradable XS, and in organic suspension non-biodegradable XI. The methodology fordetermining the COD fraction was based on the ATV- A 131guidelines. The real concentration of fractions in raw wastewater and the percentage of each fraction in total CODare different from data reported in the literature

The fate of nitrogen in the urban area – The case of Zielona Góra, Poland

The anthropogenic change of the nitrogen (N) cycle is strongly triggered by urban demand (such as food and meat consumption, energy demand and transport). As a consequence of high population density, impacts on human health through water and air pollution also concentrate on a city environment. Thus, an urban perspective on a predominantly rural pollution becomes relevant. Urban N budgets may be considered less intrinsically connected, so that separation of an agri-food chain and an industry-combustion chain is warranted. Results have been obtained for Zielona Góra, Poland, a city of 140,000 inhabitants characterized by domestic and transport sources and forest-dominated surroundings. In addition to food imports in Zielona Gora amounting to about 30 %, in the suburban area a significant share of N amounting to 41 % is related to fertilizer imports. The remaining imports are in fuel, electronics, textiles, plastics and paper. Most of the agri-food N (45 %) is denitrified in wastewater treatment. N associated with combustion (mainly NOx emissions from vehicles) represents a much smaller share than N entering via the agri-food system, amounting to 22 % of the total N imports. This overall picture is maintained also when specifically addressing the city center, with the exception of mineral fertilizer that plays a much smaller role, with just 7 % of N imports to the city

Urban nitrogen budgets: Evaluating and comparing the path of nitrogen through cities for improved management

Reactive nitrogen (Nr) released to the environment is a cause of multiple environmental threats. While Nr flows are often only analyzed in an agricultural context, consumption and emission takes place in the urban environment, and opportunities for Nr recycling and effective policy implementation for mitigation often appear in cities. Since little information is available on the bigger picture of Nr flows through the urban environment, these opportunities often remain unexploited. Here we developed a framework to model Nr pathways through urban and surrounding areas, which we applied to four test areas (Beijing and Shijiazhuang (China), Vienna (Austria), and Zielona Góra (Poland)). Using indicators such as recycling rates and Nr surplus, we estimated environmental risks and recycling potentials based on Nr flows and their entry and exit points. Our findings show marked differences between the core and surrounding areas of each city, with the former being a site of Nr consumption with largest flows associated with households, and the latter a site of (agricultural) production with largest flows associated with industry (fertilizers) and urban plants. As a result, Nr transgresses the core areas in a rather linear manner with only 0-5 % being re-used, with inputs from Nr contained in food and fuels and outputs most commonly as non-reactive N2 emissions to the atmosphere from wastewater treatment and combustion processes. While the peri-urban areas show a higher Nr recycling rate (6-14 %), Nr accumulation and emissions from cultivated land pose significant environmental challenges, indicating the need for mitigation measures. We found potential to increase nitrogen use efficiency through improved Nr management on cultivated areas and to increase Nr recycling using urine and sewage sludge as synthetic fertilizer substitutes. Hence our framework for urban nitrogen budgets not only allows for consistent budgeting but helps identify common patterns, potentially harmful flows and Nr recycling potential

Emissions from mechanically-biologically treated waste landfills at field scale

Modern waste management tends towards greater sustainability in landfilling, with the implementation of strategies such as the pretreatment of solid waste. This work assesses the behaviour of rejects from a refining stage of mechanically-biologically treated municipal solid waste at the landfill. The main results of 18 months' monitoring of an experimental pilot cell with waste from a full-scale plant are presented. This first stages are expected to be the most problematic period for this type of waste. The evolution of the temperature and the composition of leachate and gas at various points within the cell are included. During the first weeks, pollutant concentrations in the leachate exceeded the reference ranges in the literature, coinciding with a rapid onset of methanogenic conditions. However, there was a quick wash, reducing concentrations to below one third of the initial values before the first year. pH values influenced concentrations of some pollutants such as copper. These results indicate that, right from the beginning of disposal, such facilities should be prepared to treat a high pollution load in the leachate and install the gas emissions control elements due to the rapid onset of methanogenesis.This work is funded by the Spanish Ministry of Economics and Competitiveness through the CTM2012-35055 project. The project is financed jointly by the European Regional Development Fund, FEDER (operational period 2007-2013). The authors wish to thank the Government of Cantabria, through the public company MARE, and TirCantabria, the landfill operator company, for their collaboration

Hydrogen production condition from waste by dark fermentation

Aktualnie zauważalny jest dynamiczny wzrost wykorzystywania wodoru na świecie wynoszący około 12% rocznie. Przewiduje się, że do 2025 roku wzrośnie on o około 8-10%. Wykorzystywane obecnie metody produkcji wodoru są bardzo energochłonne. W artykule przedstawiono aktualny stan wiedzy w zakresie efektywności, wyzwań i perspektyw produkcji wodoru z odpadów w warunkach ciemnej fermentacji.Currently, there is a noticeable dynamic increase in the use of hydrogen in the world amounting around 12% per year. It is expected that by 2025 it will increase by about 8-10%. Currently used methods of hydrogen production are very energy intensive. The article presents the current state of knowledge regarding the effectiveness, challenges and perspectives of hydrogen production from waste in conditions of dark fermentation

The influence of aerobic treatment of waste prior its storage on the processes occuring in landfill

Obecnie najpopularniejszą metodą zagospodarowania odpadów jest ich deponowanie na składowiskach. Tradycyjne składowiska charakteryzują się wysokim potencjałem do emisji zanieczyszczeń powodując długotrwałe zagrożenia dla środowiska naturalnego i zdrowia człowieka. Zagrożenia te można ograniczać stosując odpowiednie techniki przetwarzania odpadów przed ich składowaniem. W artykule przedstawiono, wpływ wstępnego tlenowego przetwarzania odpadów przed ich składowaniem na wielkość emisji zanieczyszczeń usuwanych w odciekach i w metanie. Badania wykazały, że całkowity ładunek ChZT, OWO, BZT5 i LKT wymyty w całym okresie badań z odpadów przetworzonych tlenowo był niższy niż z odpadów nieprzetworzonych o: 21, 18, 6, 23%, odpowiednio, a produkcja metanu o 20%.Currently, the most popular method of waste disposal is their deposition in landfills. Traditional landfills are characterized the high potential of pollutant emission causing long term risk to the environment and human health. These risks can be limited using the appropriate techniques of waste treatment prior it is landfilled. These risks can be limited using the appropriate techniques of waste treatment prior it is landfilled. In the article the impact of aerobic degradation of waste before its storage on decreased load of pollutant and biogas production are presented. The studies showed that the total loads of COD, TOC, BOD5 and VFA eluted in the whole study period from waste after aerobic treatment were lower than from untreated waste on: 21, 18, 6, 23%, respectively, and methane production on 20%

Metody intensyfikacji degradacji odpadów

Landfilling is still a popular waste disposal method. However, currently it is insufficient practice for effective waste management. Conventional waste disposal leads to pollutant emissions by a long periods of time and requires applying specific emission control and treatment method. Old landfill might require aftercare for decades or centuries. The consequences of this is long -term risks for environment and human health. Currently, the primary task posed for modern landfill management systems is the use of efficient and economic technology of waste treatment and disposal. The paper presents, according data from subject literature, the impact of leachate recirculation and aerobic degradation of waste and mechanical-biological treatment of wastes before their storage on the reduction of pollution emissions from landfills.Wzrost świadomości procesów przebiegających na składowiskach oraz wzrastająca ilość wytwarzanych odpadów przyczyniły się do szukania nowych dróg rozwiązań dla metod zagospodarowywania odpadów. Tradycyjne składowiska projektowane są jako składowiska "suche" ukierunkowane na minimalizację ilości powstających odcieków. Rozkład odpadów na takich składowiskach przebiega w warunkach beztlenowych z ograniczonym dostępem wilgoci. Procesy w nich zachodzące przebiegają wolno, a emisje zanieczyszczeń usuwanych wraz z odciekami i biogazem powodują długotrwałe zagrożenie dla środowiska i zdrowia człowieka. Składowiska te jeszcze wiele lat po ich zamknięciu wymagają długotrwałego i kosztownego monitoringu kontroli wielkości emisji zanieczyszczeń. Technologie takie jak przetwarzanie odpadów przed ich składowaniem oraz techniki intensyfikacji procesów rozkładu odpadów zdeponowanych na składowiskach, są rozwiązaniami ukierunkowanymi na osiągnięcie celów stawianych współczesnej gospodarce odpadowej. W artykule przedstawiono wpływ recyrkulacji odcieków, tlenowej degradacji odpadów na składowisku oraz mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów przed ich składowaniem, na zmniejszenie wielkości emisji zanieczyszczeń ze składowisk w oparciu o dane literaturowe

The Possibility of Using Organic Substrates in the Fermentation Process

Ocenę podatności odpadów na rozkład biochemiczny można dokonać na podstawie ich właściwości fizyczno-chemicznych. Zalecanym parametrem jest stosunek C/N, oraz dodatkowo BMP (biochemiczny potencjał biogazowy) dla rozkładu beztlenowego oraz AT4 (test respiracyjny) dla procesów tlenowych. Substratem do produkcji biogazu mogą być odpady komunalne jak i pochodzące z przemysłu rolno-spożywczego. Atrakcyjnym substratem do fermentacji metanowej są również odpady z rolnictwa, w tym z chowu zwierząt. Jednak ich wadą jest konieczność wprowadzenia dodatkowych substratów w celu zapewnienia prawidłowego przebiegu procesu fermentacji. Na przykład pomiot kurzy z uwagi na wysoką zawartość substancji organicznych charakteryzuje się wysoką produkcję biogazu, jednak wysoka zawartość azotu amonowego przyczynia się do inhibicji procesu fermentacji. Fermentacja metanowa pomiotu kurzego wymaga więc zbilansowania stosunku C/N przez wprowadzanie odpowiedniej ilości dodatkowych ko-substratów, bogatych w węgiel organiczny. Ko-substratami tymi mogą być: odpady szklarniowe (łęty pomidorów, ogórków), odpady rolnicze (obierki, wysłodki, melasa), biomasa w tym rośliny energetyczne (kiszonki kukurydzy, traw), frakcja organiczna odpadów komunalnych i osady ściekowe. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące oceny możliwości wykorzystania wybranych substratów organicznych w procesie fermentacji. Ocenę dokonano na podstawie właściwości fizyczno-chemicznych, stosunku C/N, BMP (biochemiczny potencjał metanowy oraz AT4 (test respiracji tlenowej). W badaniach stosowano rozdrabniane do wymiarów < 20 mm następujące substraty: kiszonka kukurydzy, podłoże pieczarek, pomiot kurzy, trawa oraz łęty pomidorów. Skład fizyczno-chemiczny oceniano na podstawie następujących parametrów: zawartość suchej masy, suchej masy organicznej (LOI), ChZT, pH, stężenia azotu Kjeldahla, azotu amonowego i fosforu. Podatność tych substratów na biodegradację beztlenową oceniano na podstawie stosunku C/N oraz w teście BMP. W badaniach dodatkowo określano dla substratów podatność na biodegradację tlenową z zastosowaniem testu AT4. Wyznaczony dla substratów stosunek C/N mieścił się w zakresie od 11 do 57. Najwyższą wartość stosunku C/N uzyskano dla kiszonki kukurydzy. Spośród badanych substratów tylko dla podłoża pieczarek wyznaczony stosunek C/N = 31 był zbliżony do optymalnego zakresu dla fermentacji metanowej. Największą produkcję metanu (320 d3/kg s.m.) w teście BMP uzyskano z rozkładu beztlenowego kiszonki kukurydzy, przy wyznaczonej wartości ilorazu C/N na poziomie 57. Wyniki badań wykazują, że największą wartość AT4 na poziomie 200 g O2/kg s.m. uzyskano dla kiszonki kukurydzy, a najniższą 53 g O2/kg s.m. dla podłoża pieczarek. Dla substratów uzyskano niską korelację między BMP i AT4 a ilorazem C/N. Uzyskane wartości R2 wnosiły kolejno: 0,6 i 0,5. Niskie wartości R2 potwierdzają, że iloraz C/N nie jest jednoznacznym parametrem określającym podatność substratów na rozkład biochemiczny, zarówno beztlenowy jak również tlenowy. W przypadku substratów o ilorazie C/N < 20 uzyskiwano wysokie wartości BMP jak i AT4. Przedstawione w pracy wyniki badań potwierdzone przez innych autorów wskazują, że zarówno BMP jak i AT4 są odpowiednimi wskaźnikami do oceny podatności substratów na rozkład. Z praktycznego punktu widzenia AT4 jest bardziej rekomendowany ze względu na krótki czas pomiaru, a zatem powinien być wskaźnikiem wykorzystywanym do oceny podatności substratów również na rozkład beztlenowy.Evaluation of waste susceptibility on the biochemical decomposition can be made on the basis of their physicochemical properties. The preferred parameter is the ratio of C/N. Additional parameters are: BMP (biochemical methane potential) for anaerobic digestion and AT4 (respiratory test) for aerobic processes. The substrate for biogas production can be both municipal waste and from agricultural and foodstuff industry. Particularly attractive substrate for methane fermentation are the waste from animal husbandry and agriculture. They are characterized a high potential for production of biogas and low purchase price. However, these wastes often requires the fermentation of other substrates. For example, chicken manure due to the high content of organic material has a high biogas production, but a high content of ammonium nitrogen contributes to the inhibition of the fermentation process. Methane fermentation of chicken manure therefore requires balancing the ratio C/N by entering cosubstrates, rich in organic carbon. These co-substrates can be: waste Greenhouse (haulm tomatoes, cucumbers), agricultural wastes (peels, pulp, molasses), biomass, at this energy crops (corn silage, grass), the organic fraction of municipal waste, sewage sludge. The article presents the results of research on the assessment of the possibility of the use of selected organic substrates in the process of fermentation. The evaluation was based on physicochemical properties, the ratio C/N, BMP (biochemical methane potential and AT4 (test aerobic respiration). In the studies was used shredded to the size of <20 mm the following substrates: maize silage, ground mushrooms, chicken manure, grass and haulm tomatoes. The physico-chemical composition was evaluated based on the following parameters: dry matter, organic dry matter (LOI), COD, pH, Kjeldahl nitrogen, ammonia nitrogen and phosphorus. The susceptibility of these substrates on anaerobic biodegradability was evaluated based on the ratio C/N and BMP test. The study also determined biodegradability of substrates using aerobic test AT4. The designated for substrates quotient C/N was within the range from 11 to 57. The highest value of the ratio C/N was obtained for corn silage. Among the examined substrates only for ground mushroom designated quotient C/N = 31 was similar to the optimum range for methane fermentation. The highest methane production (320 dm3/kg dm) in the test BMP obtained from the anaerobic digestion of corn silage (ratio C/N value of 57). Studies have shown that the highest value of AT4 of 200 g O2/kg dm obtained for corn silage, and the lowest 53 g O2/kg dm for ground mushrooms. For tested substrates were obtained low correlation between BMP and AT4 and the quotient C/N. R2 values were obtained successively: 0.6 and 0.5. Low values of R2 confirm that the quotient C/N is not a good parameter for determining the susceptibility distribution of biochemical substrates, both anaerobic and aerobic. In the case of substrates with the quotient C/N < 20 obtained high values of BMP and AT4. Presented at work the results confirmed by of other authors indicate that both BMP and AT4 are appropriate indicators to assess the susceptibility of substrate degradation. From a practical point of view, AT4 is more recommended due to the short measurement time, and should therefore be an indicator used to evaluate the susceptibility of substrates also anaerobic digestion

Co-fermentation of Chicken Manure

Obok powszechnie stosowanej fermentacji metanowej osadów ściekowych, coraz większego znaczenia nabierają metody biologicznego, beztlenowego przetworzenia wielu rodzajów odpadów organicznych, zarówno stałych jak i ciekłych. O efektywności procesu oraz o ilości produkowanego biogazu decyduje charakter substratu i jego podatność na rozkład beztlenowy. Podatność substratów organicznych na biodegradację ocenia się na podstawie ilorazu C/N, który powinien dla procesu fermentacji metanowej mieścić się w zakresie od 20 do 30:1. Optymalizację składu substratów, a w szczególności: zawartości suchej masy, suchej masy organicznej, ilorazu C/N czy też stężenia inhibitorów można uzyskać stosując ko-fermentację, czyli wspólną fermentację dwóch lub więcej składników połączonych w jednorodną mieszaninę. Najczęściej spotyka się rozwiązanie, gdy jeden z substratów jest w przeważającej ilości (>50%). W miarę prowadzonych doświadczeń w skali półtechnicznej czy też technicznej zwiększa się spectrum wykorzystywanych ko-substratów. Proces ko-fermentacji wymaga wprowadzenia bilansowania składu substratów i ich wstępnego przygotowania. Jednym z substratów do biogazowni rolniczych może być pomiot kurzy. Wykorzystanie pomiotu stwarza jednak problemy eksploatacyjne. Związane jest to przede wszystkim z wysokimi stężeniami azotu amonowego oraz niekorzystnym ilorazem węgla organicznego do azotu w granicach od 2 do 14:1. Prawidłowo przebiegająca fermentacja metanowa pomiotu kurzego wymaga, więc zbilansowania ilorazu C/N przez wprowadzanie odpowiedniej ilości dodatkowych ko-substratów, bogatych w węgiel organiczny. Ko-substratami tymi mogą być: odpady szklarniowe (łęty pomidorów, ogórków), odpady rolnicze (obierki, wysłodki, melasa), biomasa w tym rośliny energetyczne (kiszonki kukurydzy, traw), frakcja organiczna odpadów komunalnych i osady ściekowe. Konkurencyjnym ko-substratem w przypadku małych biogazowni rolniczych może być podłoże popieczarkowe. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące przebiegu procesu fermentacji pomiotu kurzego wraz z różnymi ko-substratami. Głównym celem badań było ustalenie optymalnych udziałów ko-substratów do procesu fermentacji w celu uzyskania wysokiej produkcji metanu (BMP). Głównym substratem był pomiot kurzy, a jako ko-substraty wykorzystywano: podłoże pieczarek, kiszonkę kukurydzy, słomę, trawę oraz łęty pomidorów. Udział ko-substratów we wsadzie do fermentacji pomiotu kurzego ustalano w oparciu o iloraz C/N. Substraty rozdrabniano do wymiarów 200 d3/kg s.m. uzyskano również dla mieszanin: 60% pomiotu i 40% łęt pomidorów oraz 20% pomiot kurzy i 80% trawa. W przypadku dwóch ostatnich mieszanin wartości ilorazu C/N były 50%. As research on a pilot scale and technical scale increases spectrum used co-substrates. The process of co-fermentation requires a balancing of the composition of the feedstock and pretreatment. One of the substrates for biogas plants can be chicken manure. However, the use of manure causes operational problems. This is due to high levels of ammonia nitrogen and negative quotient of organic carbon to nitrogen in the range from 2 to 14: 1. Properly runs methane fermentation of chicken manure therefore requires balancing the ratio C/N by entering the appropriate number of additional co-substrates, rich in organic carbon. Co-substrates of these may be: greenhouse waste (haulm tomatoes, cucumbers), agricultural wastes (peels, pulp, molasses), biomass including energy crops (corn silage, grass), the organic fraction of municipal waste and sewage sludge. Competitive co-substrate in the case of small agricultural biogas plants can be ground mushrooms. The paper presents results of research on the process of fermentation chicken manure along with various co-substrates. The main aim of the study was to determine the optimal part of co-substrates for the fermentation process to obtain high production of methane gas (BMP). The main substrate was chicken manure, and as co-substrates were used: grant mushrooms, corn silage, straw, grass and haulm tomatoes. The share of the co-substrates in the feed to the poultry manure fermentation was determined based on the quotient of C / N. Substrates was shredded to a size 200 dm(3)/kg DM were also obtained for mixtures of 60% manure and 40% haulms came tomatoes and chicken manure 20% and 80% grass. For the last two mixtures, the ratio of C/N was <20 and were 16 and 15, respectively. The addition of 30 and 40% corn silage caused an increase the biogas production relative to the amount of poultry manure produced successively by 25 and 35%. Comparing the production of methane from these mixtures to produce the same corn silage recorded a decrease of these production. The addition of 30 and 40% corn silage caused an increase the biogas production relative to the amount of poultry manure produced successively by 25 and 35%. Comparing the production of methane from these mixtures to produce the same corn silage recorded a decrease production. With a mixture of manure with haulm tomatoes with the contents of 40 and 60% reported greater manure methane production compared to the production obtained for manure and haulm tomatoes. The addition of from 40 to 80% of the tomato haulm to manure caused an increase of the ratio C/N of the mixture, which did not affect the increase in methane production. The highest methane production achieved in the co-fermentation with a mixture of 60% manure, and 40% tomato haulm at C/N = 16. The test results show that recommended in the literature quotient C/N in the range of 20-30:1 is not a unique parameter for assessing the susceptibility of substrates and mixtures for anaerobic digestion