sss

mini widgets

“Inorganic + Organic Toxic Compounds” and “Nutrients + Macronutrients”.

“Inorganic + Organic Toxic Compounds” and “Nutrients + Macronutrients”.

Proper analysis and treatability studies are needed to assure that a chronic toxicity does not exist for wastewater treated by anaerobic processes. Athe the same time, the presence of a toxic substance does not mean the process cannot function. Some toxic compounds inhibit anaerobic methanogenic reaction rates, but with a high biomass inventory and low enough loading, the process can be sustained. Toxic and inhibitory inorganic and organic compounds of concern for anaerobic processes are presented in table A-1 and A-2, respectively.

Acclimatization to toxic concentrations has also been shown (Speece, 1996). Pre-treatment steps may be used to remove the toxic constituents, and, in some cases, phase separation can prevent toxicity problems by providing for degradation of the toxic constituents in the acid phase, before exposure of the more sensitive methanogenic bacteria to the toxic constituents (Lettinga and Hulshoff Pol, 1991).

Table A-1 Toxic and inhibitory inorganic compounds of concern for anaerobic processes^a

Substance	Moderately inhibitory concentration	Strongly inhibitory concentration
	mg/l	mg/l
Na+	3500 – 5500	8000
K+	2500 – 4500	12000
Ca2+	2500 – 4500	8000
Mg2+	1000 – 1500	3000
Ammonia-nitrogen NH4+	1500 – 3000	3000
Sulfide, S2-	200	200
Copper, Cu2+		0.5 (soluble) 50 – 70 (total)
Chromium, Cr(VI)		3.0 (soluble) 200 – 250 (total)
Chromium, Cr(III)		2.0 (soluble) 180 – 240 (total)
Nickel, Ni2+		30.0 (total)
Zinc, Zn2+		1.0 (soluble)

^aForm Parkin and Owen (1986).

Toxic and inhibitory organic compounds of concern for anaerobic processa

Compound	Concentration resulting in 50 percent reduction in activity
	mMb
1-chloropropene Nitrobenzene Acrolein 1-chloropropane Formaldehyde Lauric acid Ethyl benzene Acrylonitrile 3-chlorol-1,2-propanediol Crotonaldehyde 2-chrolopropionic acid Vinyl acetate Acetaldehyde Ethyl acetate Acrylic acid Catehol Phenol Aniline Resorcinol Propanol	0.1 0.1 0.2 1.9 2.4 2.6 3.2 4 6 6.5 8 8 10 11 12 24 26 26 29 90

^aFrom Parkin and Owen (1986).
^bmM = millimole.

Nutrients

Though anaerobic process produce less sludge and thus require less nitrogen and phosphorous for biomass growth, many industrial wastewaters may lack sufficient nutrients. Thus, the addition of nitrogen and/or phosphorous may be needed. Depending on the characteristics ofthe substrate and the SRT value, typical nutrient requirements for nitrogen, phosphorous, and sulfur are in the range from 10 to 13, 2 to 2.6, and 1 to 2 mg per 100 mg of biomass, respectively. The values for nitrogen and phosphorous are consistent with the values for these constituents estimated on the basis of the composition of the cell biomass. Further, to maintain maximum methanogenic activity, liquid phase concentration of nitrogen, phosphorous, and sulfur on the order of 50, 10 and 5 mg/l, respectively are desirable (Speece, 1996).

Macronutrients

The importance of trace metals to stimulate methanogenic activity has been noted and discussed by speece (1996). The recommended requirements for iron, cobalt, nickel, and zinc are 0.02,0.004, 0.003, and 0.02 mg/g acetate produced, respectively. Examples of increased anaerobic activity were noted after trace additions of iron, nickel, or cobalt. The exact amounts of trace nutrients needed can vary for different wastewaters, and thus trial approaches are used to assess their benefit for anaerobic process with high VFA concentrations, a recommended dose of trace metals per liter of reactor volume is 1.0 mg FeCl₂, 0.1 mg CoCl₂, 0.1 mg NiCl₂, and 0.2 ZnCl₂.

Volatile and Fixed Solids

Volatile and Fixed Solids

Material that can be volatilized and burned off when ignited at 500 ± 50°C is classified as volatile. In general, volatile solids (VS) are presumed to be organic matter, although some organic matter will not burn and some inorganic solids break down at high temperatures. fixed solids (FS) comprise the residue that remains after a sample has been ignited. thus, TS,TSS and TDS are comprised of both fixed solids and volatile solids. the ratio of the VS to FS is often used to characterize the wastewater with respect to amount of organic matter present.

Estimating Volatile Solids Destruction

The degree of stabilization obtained is often measures by the percent reduction in volatile solids. the reduction in volatile solids can be related either to the srt ot to the detention time based on the untreated sludge feed. the amount of volatile solids destroyed in a high-rate complete-mix digester can be estimated by following empirical equation (liptak, 1974)

V_d = 13.7 ln (SRT_des)+18.9

Where Vd = volatile solids destruction, %

SRT = time of digestion, d (range 15 to 20 d)

Volatile solids destruction estimates can also be made using this table

Estimated volatile solids destruction in high-rate complepe-mix mesophilic anaerobic digestion^a

Degestion time, day	Volatile solids destruction, %
30	65.5
20	60.0
15	56.0

^aThis table was adopted from WEF (1998)

Because the untreated sludge feed can be measured easily, this method is also used commonly. In plant operation, calculation of volatile solids reduction should be made routinely as a matter of record whenever sludge is drawn to processing equipment or drying beds. Alkalinity and volitile acid content should alsobe checked daily as a measure of the stability of the digestion process.

In calculating the bolatile solids reduction, the ash content of the sludge is assumed to be conservative; that is, the number of pounds of ash going into the digester is equal to that being remobed.

Effect of sludge concentration and hydraulic detention time on volatile solids loading factors^a

Sludge concentration	Volatile solid loading factor
	Kg/m3.d
	10 days	12 days	15 days	20 days
2	1.4	1.2	0.95	0.70
3	2.1	1.8	1.4	1.1
4	2.9	2.4	1.9	1.4
5	3.6	3.0	2.4	1.8
6	4.3	3.6	2.9	2.1
7	5.0	4.2	3.3	2.5
8	5.7	4.8	3.8	2.9

^aBased on 70 percent volatile content of sludge, and a sludge specific gravity of 1.02 (concentration effects neglected).
^bHydraulic detention time, d

What is biogas?

Biogas หรือที่คนไทยเรียกกันว่า ก๊าซชีวภาพนั้น เกิดมาจากการย่อยสลายของสารอินทรีย์ ในสภาวะไร้อากาศ (หรืออาจจะไม่ไร้ซะทีเดียว แต่ว่ามีอากาศน้อยมากคือไม่เกิน 0.5 เปอร์เซ็นต์ มากกว่านั้นพวกจุลชีพที่อยู่ในระบบไร้อากาศจะตายหรือไม่ก็อ่อนแอได้) ขึ้นชื่อว่าสารอินทรีย์ ก็แสดงว่ามีอยู่ในธรรมชาติ ไม่ว่าจะเป็นร่างกาย คน สัตว์ สิ่งของที่มาจากธรรมชาติหลายๆอย่างก็มีสารอินทรีย์เป็นองค์ประกอบ เช่นต้นไม้ ผัก หญ้า หรือแม้แต่มูลสัตว์ หรือมูลคน ต่างก็มีสารอินทรีย์เป็นองค์ประกอบด้วยกันทั้งสิ้น จะมากน้อยก็ต่างกรรมต่างวาระ
การจะเกิดสารอินทรีย์ขึ้นได้นั้นไม่ใช่เพียงแค่ต้องมีสภาวะไร้อากาศเท่านั้นแต่จำเป็นต้องมีสภาวะแวดล้อมอื่นๆที่เหมาะสมด้วย ไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิ ปริมาณภาระสารอินทรีย์ สภาความเป็นพิษ ฯลฯ ซึ่งเรื่องพวกนี้จะขอพูดถึงในบทถัดๆไป บทนี้เอาให้เข้าใจกันอย่างง่ายๆก่อนว่า ก๊าซชีวภาพคืออะไร เกิดมาจากอะไร และมันส่งผลยังไงกับสิ่งแวดล้อมบ้าง
- องค์ประกอบของก๊าซชีวภาพ
โดยทั่วไปนั้นก๊าซชีวภาพจะมีส่วนประกอบหลังคือก๊าซมีเธน รองลงมาจะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ และ ก๊าซอื่นๆอีกเล็กน้อย คือพวก ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และ ไนโตรเจน
อัตราส่วนของก๊าซนั้นจะไม่แน่นอนขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดก๊าซ กล่าวคือถ้าเป็นสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ง่าย เช่นมูลสัตว์ หรือใบไม้ใบพืบ ก็อาจมีมีเธนเป็นส่วนประกอบได้มากถึง 75% และอย่างอื่นน้อยลงไป ในขณะที่ก๊าซชีวภาพที่เกิดมาจากการย่อยสลายขยะมูลฝอยต่างๆ อาจมีมีเธนเพียงแค่ไม่เกิน 50% ก๊าซมีเธนนี้เองที่เราสามารถทำไปทำเป็นเชื้อเพลิงต่างๆได้ทั้ง LPG, NGV ต่างก็มีก๊าซมีเธนเป็นส่วนผสม แต่ใช่ว่ามันจะมีแต่ประโยชน์ เพราะในทางกลับกันมันก็มีโทษมหันต์ด้วยเหมือนกัน เนื่องจากความที่ตัวมันเองเป็นก๊าซไวไฟ(มาก) และไม่มีกลิ่น(ก๊าซถังตามบ้านมีกลิ่น เนื่องมาจากเขาใส่ เมอร์แคปเทนเข้าไป) ทำให้มีความเสี่ยงต่อการระเบิด หรือไฟไหม้ได้เมื่อเกิดการรั่วไหล และก๊าซมีเธนนี่แหละที่เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้ดาวโลกเกิดอาการตัวร้อน!!! ...การคงตัวของมีเธนในชั้นบรรยากาศจะเร่งให้เกิด Ozone Depletation มากขึ้น (อ่านได้จากบทความ Photochemical Reaction in Atmosphere ได้ทั่วไปตามอินเตอร์เน็ต)
คาร์บอนไดออกไซด์ นั้นจะมีอยู่ในก๊าซชีวภาพอยู่แล้ว ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ เพราะในขั้นตอนการเกิดก๊าซชีวภาพนั้น จำเป็นต้องมีกระบวนการต่างๆหลายขั้นตอน เช่น ไฮโดนไลซิส แอซิโดเจเนซิส เมธาโนเจเนซิส... ในขั้นตอนแอซิโดเจเนซิสนั้นเป็นขั้นตอนที่สามารถพบปริมาณก๊าซคาร์บอนได้ออกไซด์ได้มาก ส่วนจะเป็นเพราะอะไร ขอยกไปไว้ตอนต่อไปนะครับ
ไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือก๊าซใข่เน่า แค่ชื่อก็ไม่เพราะแล้ว และตัวมันเองยังมีพิษกับผู้ที่สูดดมเข้าไปด้วย คืออย่างแรกมันจะไปทำให้เกิดการระคายเคืองกับทางเดินหายใจ แต่ถ้าได้รับมากๆๆๆๆๆ ก็จะหมดสติ หรืออาจขาดอากาศหายใจตายได้เลยทีเดียว!!!
ไนโตรเจน... ที่ไหนมีบรรยากาศ ที่นั่นมีไนโตรเจน สั้นๆง่ายๆ ส่วนเรื่องการเกิดก๊าซไนโตรเจนนั้น เกิดมาจากปฏิกิริยาไนตริฟิเคชั่น-ดีไนตริฟิเคชั่น ครับ

icon