Testing of the anaerobic biodegradability of organic compounds
Testování anaerobní rozložitelnosti organických látek
Vedoucí/Supervisor
Prof. Ing. Pavel Jeníček, CSc.
Jazyk/Language
Czech
Abstrakt
Tato disertační práce je zaměřena na problematiku testů anaerobní rozložitelnosti organických látek a testů aktivity anaerobní biomasy. Metodická část je věnována porovnání tří různých způsobů monitorování testu – manuálnímu volumetrickému měření produkce plynu, automatickému měření produkce methanu pomocí setu BlueSens a měření produkce methanu plynovou chromatografií (GC) v uzavřeném systému. Z výsledků vyplývá, že systém BlueSens je vhodný pro sledování kinetiky procesu, zejména pro monitorování specifické methanogenní aktivity (SMA). Manuální volumetrické měření a měření methanu v uzavřeném systému pomocí GC poskytují spolehlivé výsledky při testech rozložitelnosti. Hodnoty SMA, naměřené těmito metodami, však mohou být ovlivněny delšími intervaly mezi měřením a neustálým nárůstem tlaku při měření v uzavřeném systému. Další částí této práce, která se váže k metodice testů, jsou interlaboratorní testy CHSK a výtěžnosti methanu. Z výsledků vyplývá, že tyto studie jsou vhodným způsobem, jak si ověřit a případně zlepšit stávající metodiku stanovení. Pozornost je zaměřena i na vliv inokula na průběh a výsledek testů anaerobní rozložitelnosti. V rámci této disertační práce byla proto sledována aktivita inokula, dlouhodobě skladovaného při různých teplotách bez přídavku substrátu. Bylo zjištěno, že skladování inokula při inkubační teplotě vede k významnému poklesu hodnot SMA ve srovnání se skladováním při nižších teplotách. Tento jev lze očekávat i v testech rozložitelnosti obtížně rozložitelných materiálů, které mohou trvat řádově několik měsíců. Rozložitelnost takových materiálů pak bude ovlivněna nejen rychlostí hydrolýzy, ale i sníženou aktivitou inokula. Rovněž byl sledován vliv původu a typu inokula na anaerobní rozložitelnost reálných substrátů a bylo prokázáno, že původ inokula nemá na výsledky významný vliv. Daleko více ovlivní výsledky počáteční parametry testu, zejména počáteční zatížení. Poslední část disertace je věnována testům methanogenní aktivity mikroaerobních systémů. Bylo prokázáno, že mikroaerace vede ke snižování SMA, ovšem při vyšších koncentracích sulfidů v systému jsou naopak vyšší hodnoty SMA zaznamenány v systémech mikroaerobních. Tato část práce rovněž představuje metodiku testování aktivity sulfát-redukujících bakterií. Pomocí přepočtu rychlostí odstraňování síranů v systému na CHSK, lze porovnávat specifické aktivity methanogenů a sulfát-redukujících bakterií a tím hodnotit jejich substrátové vztahy.
Abstract
The thesis is focused on tests of the anaerobic biodegradability of organic compounds and on biomass activity tests. First section of the thesis compares three monitoring methods of anaerobic tests – the manual volumetric measurement of gas production, the automatic volumetric measurement of methane production using system BlueSens and the measurement of methane in the headspace of closed vessels using gas chromatography (GC). The automatic system BlueSens is suitable for monitoring of kinetic parameters, especially for evaluation of the specific methanogenic activity (SMA). The manual measurement of gas production and the measurement of methane in the headspace by GC are precise methods to evaluate the anaerobic biodegradability of various materials. However, longer intervals between measurements and constantly increasing pressure in case of the measurement in closed vessels can influence the results of SMA. The thesis further introduces the interlaboratory testing of COD and the testing of methane potential. Results of these tests confirm the importance of the interlaboratory testing to verify and/or to improve the current methodology. The thesis also focuses on the influence of anaerobic inoculum on anaerobic biodegradability tests. For this purpose, methanogenic activity of anaerobic inoculum was monitored during long-term storage at different temperatures without any substrate addition. The storage at incubation temperature shown significant degrease of SMA compared to the storage at lower temperatures. This phenomenon simulates the situation in anaerobic biodegradability tests of slowly degradable material lasting several months. The degradation of these materials will be limited not only by the rate of hydrolysis but also by the decreasing activity of inoculum. Beside this, the influence of inoculum type and its origin on the results of biodegradability tests were studied. According to the results from several biodegradability tests with inoculum from different sources and real substrates, the type of inoculum does not influence the results of the test significantly. The chosen initial parameters, especially the initial organic loading, show greater influence than the type of inoculum. The last part of the thesis studies SMA in microaerobic system and confirms that microaeration leads to degrease of SMA. Despite this, in the system with higher sulphide concentration the microaerobic biomass had the higher SMA compared to strictly anaerobic biomass. This part also introduces the testing of activity of sulphate-reducing bacteria (SRB). The specific rate of sulphate reduction expressed as COD is used to compare with SMA and the substrate relationships between methanogens and SRB are discussed.