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Título: Describing the effects of ozonation on the different fractions of biosolids to support mathematical model development: a lab-scale study
Autores: Feng, Min
Fecha: 2014
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Civil
Descripción: Waste biosolids disposal is an important environmental and economic burden to wastewater treatment plants, and the commercialization of new technologies to reduce biosolids production has been rising over the last decade. Ozonation of activated sludge (AS) biosolids is one of the main technologies commercialized; however, inadequate knowledge of the ozonation process restrains our capacity to predict the performance of future installations and refrains commercialization of the technology in North America. This research aimed at describing the ozone effects on the inactivation of the biomass fraction of the biosolids and the transformation of non-degradable fractions to support the development of a mechanistically-based mathematical model to predict process performances. First, inactivation of biomass was studied with five pure culture stains to remove the effects of tightly bound non-degradable solids found in the biosolids matrix. Inactivation constants (the first order rate of the heterotrophic oxygen uptake rate or cellular ATP against the ozone dose) of pure cultures were higher when compared with the inactivation constants of biosolids. Moreover, sonication of the biosiolids samples did not reveal significant changes in inactivation constants due to the changes in particle sizes. Second, COD solubilization yields upon ozonation were compared between pure cultures and biosolids. The ozone doses necessary to inactivate 50% of the pure culture biomass resulted in a much lower COD solubilization (8% of the inactivated biomass was solubilized) than that solubilized for biosolids (an equivalent of 89% of the inactivated biomass was solubilized). Finally, the COD solubilized by ozonation of pure cultures was nearly 100% degradable, whereas it was only 32% degradable by ozonation of AS biosolids. Similarly, particulate COD after ozonation tended to be more degradable for pure cultures than for biosolids despite the high variability observed. These data suggested that the level of COD solubilization upon ozonation of AS biosolids was mainly related to the transformation of non-degradable particulate rather than the inactivation of biomass. The level of COD solubilization due to biomass inactivation could be considered insignificant but constant at around 8%, and most of that is biodegradable. By showing the differences between the biomass inactivation and the non-degradable particulate transformation, these results greatly simplify the protocol to calibrate the mathematical model for performance prediction.
La disposition des boues en excès constitue un fardeau environnemental et économique important pour les usines de traitement des eaux usées, et la commercialisation de nouvelles technologies pour réduire la production de ces déchets a augmenté au cours de la dernière décennie. L'ozonation des boues activées (AS) est l'une des principales technologies commercialisées; cependant, un manque de connaissance sur le procédé d'ozonation restreint notre capacité à prédire la performance des installations futures et empêche la commercialisation de la technologie en Amérique du Nord. Cette recherche vise à décrire les effets de l'ozone sur l'inactivation de la fraction de la biomasse des biosolides et la transformation des fractions non-biodégradables afin de soutenir le développement d'un modèle mathématique mécaniste capable de prédire les performances du procédé. . Premièrement, l'inactivation de la biomasse a été étudiée en utilisant cinq souches de culture pure afin d'éliminer les effets liés à la présence dans la matrice des biosolides non-biodégradables. Les constantes d'inactivation (vitesse de premier ordre du taux d'absorption d'oxygène hétérotrophique ou de l'ATP cellulaire contre la dose d'ozone) des cultures pures étaient plus élevées en comparaison avec les constantes d'inactivation des biosolides. En outre, la sonication des échantillons de biosolides n'a révélé aucun changement majeur dans les taux d'inactivation liés au changement de tailles des particules. Deuxièmement, les rendements de solubilisation de la DCO suite à l'ozonation ont été comparés entre les cultures pures et les biosolides. Les doses d'ozone nécessaires pour inactiver 50% de la biomasse de la culture pure a entraîné une solubilisation de la DCO beaucoup plus faible (8% de la biomasse inactivés fut solubilisée) que ce qui a été observé pour les biosolides (un équivalent de 89% de la biomasse inactivée fut solubilisé). Finalement, la DCO solubilisée par ozonation de cultures pures était presque 100% dégradable, alors qu'elle n'était que 32% dégradable pour les biosolides. De même, la DCO en particule après ozonation avait tendance à être plus dégradable pour les cultures pures en comparaison aux biosolides en dépit de la forte variabilité observée. Ces données suggèrent que le niveau de solubilisation de la DCO suite à l'ozonation des biosolides était principalement lié à la transformation des particules non-biodégradables et non à l'inactivation de la biomasse. Le niveau de solubilisation de la DCO dû à l'inactivation de la biomasse pourrait être considéré insignifiant mais constant autour de 8%, dont la majorité est biodégradable. En montrant les différences entre l'inactivation de la biomasse et la transformation non-biodégradable, ces résultats simplifient considérablement le protocole de calibration du modèle mathématique pour la prédiction de la performance.
Idioma: en