Anaerobic-aerobic treatment of toxic pulping black liquor with upfront effluent recirculation

Primer Autor
Kortekaas, S
Co-autores
Vidal, G
He, YL
Lettinga, G
Field, JA
Título
Anaerobic-aerobic treatment of toxic pulping black liquor with upfront effluent recirculation
Editorial
SOC BIOSCIENCE BIOENGINEERING JAPAN
Revista
JOURNAL OF FERMENTATION AND BIOENGINEERING
Lenguaje
en
Resumen
Alkaline pulping liquors are problematic for anaerobic treatment due to their toxicity to methanogens and their relatively large fraction of inert lignin. In previous research, toxicity due to wood extractives was shown to be highly eliminated during aerobic wastewater treatment, but not during anaerobic treatment. These observations have led to the proposal of a detoxification strategy denominated upfront dilution, based on the sequenced anaerobic-aerobic treatment of the pulping liquor, recirculating the aerobic effluent to dilute the incoming influent to sub-toxic concentrations. In this study, the treatment of highly toxic hemp stem wood black liquor (HSWBL) in lab-scale UASB reactors with upfront dilution was compared with direct anaerobic treatment and with direct aerobic treatment. Direct anaerobic treatment of 12 g COD/l HSWBL led to almost complete inhibition of the methanogenic activity within 14 d. However, recirculation of 75% of the aerobic post-treatment effluent for upfront dilution of the toxic HSWBL, enabled anaerobic treatment at loading rates up to 21.5 g COD/l(UASB) . d without significant inhibition of the methanogenic activity. Extensive detoxification was confirmed during anaerobic-aerobic treatment of 20 g COD/l HSWBL recirculating 86% of the aerobic effluent. COD and BOD removal was 72% and 97%, respectively, after anaerobic-aerobic treatment at an overall loading rate of 3.6 g COD/l d, while 30-35% of the incoming COD was recovered as methane. Batch-assays demonstrated significant detoxification after anaerobic-aerobic treatment of HSWBL. Treatment efficiencies and detoxification during anaerobic-aerobic and aerobic treatment were similar. However, the anaerobic-aerobic treatment system provided 50% lower surplus sludge production, production of 0.16 m(3) methane/kg CODremoved as an energy source, less nutrient dosage and substantial reductions in aeration costs. During anaerobic-aerobic treatment as well as aerobic treatment significant lignin removal was obtained, ranging from 28-58%. Lignin removal could be attributed to biodegradation of low molecular weight lignin (MW < 2.2 kD). The lignin which survived biological treatment was extensively polymerized to MW of > 34 kD.#Los licores de pulpa alcalinos son problemáticos para el tratamiento anaeróbico debido a su toxicidad para los metanógenos y su fracción relativamente grande de lignina inerte. En investigaciones previas, se demostró que la toxicidad debida a los extractivos de la madera se eliminaba en gran medida durante el tratamiento aeróbico de aguas residuales, pero no durante el tratamiento anaeróbico. Estas observaciones han llevado a la propuesta de una estrategia de desintoxicación denominada dilución inicial, basada en el tratamiento anaeróbico-aeróbico secuenciado del licor de pulpa, recirculando el efluente aeróbico para diluir el afluente entrante a concentraciones subtóxicas. En este estudio, el tratamiento del licor negro de madera de tallo de cáñamo (HSWBL) altamente tóxico en reactores UASB a escala de laboratorio con dilución inicial se comparó con el tratamiento anaeróbico directo y con el tratamiento aeróbico directo. El tratamiento anaeróbico directo de 12 g DQO/l de HSWBL condujo a una inhibición casi completa de la actividad metanogénica en 14 días. Sin embargo, la recirculación del 75% del efluente del postratamiento aeróbico para la dilución inicial del HSWBL tóxico, permitió el tratamiento anaeróbico a tasas de carga de hasta 21,5 g DQO/l (UASB) . d sin inhibición significativa de la actividad metanogénica. Se confirmó una desintoxicación extensa durante el tratamiento anaeróbico-aeróbico de 20 g DQO/l HSWBL recirculando el 86% del efluente aeróbico. La eliminación de DQO y DBO fue del 72% y 97%, respectivamente, después del tratamiento anaeróbico-aeróbico a una tasa de carga global de 3,6 g DQO/l d, mientras que el 30-35% de la DQO entrante se recuperó como metano. Los ensayos por lotes demostraron una desintoxicación significativa después del tratamiento anaeróbico-aeróbico de HSWBL. Las eficiencias de tratamiento y la desintoxicación durante el tratamiento anaeróbico-aeróbico y aeróbico fueron similares. Sin embargo, el sistema de tratamiento anaeróbico-aeróbico proporcionó una producción de lodos excedentes un 50 % menor, una producción de 0,16 m³ de metano/kg DQO eliminada como fuente de energía, una menor dosificación de nutrientes y reducciones sustanciales en los costos de aireación. Tanto durante el tratamiento anaeróbico-aeróbico como durante el aeróbico se obtuvo una eliminación significativa de lignina, que osciló entre el 28 % y el 58 %. La eliminación de lignina se atribuyó a la biodegradación de lignina de bajo peso molecular (PM < 2,2 kD). La lignina que sobrevivió al tratamiento biológico se polimerizó extensamente hasta alcanzar un PM > 34 kD.
Tipo de Recurso
artículo original
doi
10.1016/S0922-338X(98)80041-X
Palabras Claves
methanogenic inhibition
detoxification
wood extractives
anaerobic-aerobic treatment
lignin
polymerization
inhibición metanogénica
desintoxicación
extractivos de madera
tratamiento anaeróbico-aeróbico
lignina
polimerización
Ubicación del archivo
http://dx.doi.org/10.1016/S0922-338X(98)80041-X
Materias
methanogenic inhibition
detoxification
wood extractives
anaerobic-aerobic treatment
lignin
polymerization
inhibición metanogénica
desintoxicación
extractivos de madera
tratamiento anaeróbico-aeróbico
lignina
polimerización
METHOXYLATED AROMATIC-ACIDS
SEQUENCING BATCH REACTOR
METHANOGENIC TOXICITY
RESIN ACIDS
WASTE-WATER
PAPER-MILL
DEHYDROABIETIC ACID
DEGRADING BACTERIA
GRANULAR SLUDGE
RUMEN BACTERIA
ÁCIDOS AROMÁTICOS METOXILADOS
REACTOR DE LOTES SECUENCIALES
TOXICIDAD METANOGÉNICA
ÁCIDOS RESÍNICOS
AGUAS RESIDUALES
FÁBRICA DE PAPEL
ÁCIDO DESHIDROABÍTICO
BACTERIAS DEGRADANTES
LODOS GRANULARES
BACTERIAS DEL RUMEN
Disciplinas de la OCDE
Biorremediación
Biotecnología Ambiental
Versión del recurso (Recomendado-único)
Version publicada
Título de la cita (Recomendado-único)
Anaerobic-aerobic treatment of toxic pulping black liquor with upfront effluent recirculation
Revista/Libro
JOURNAL OF FERMENTATION AND BIOENGINEERING
Tipo de ruta
suscripción
Access Rights
metadata
Derechos de acceso
metadata
Idioma
en
Identificador del recurso (Mandatado-único)
artículo original
Editorial
SOC BIOSCIENCE BIOENGINEERING JAPAN
ISSN
0922-338X
Página de inicio (Recomendado-único)
97
Página final (Recomendado-único)
110
Categoría WOS
Biotechnology & Applied Microbiology
Food Science & Technology
Id de Web of Science
WOS:000075734500016
Colecciones
Colección Publicaciones Científicas
Estadísticas del documento
0 visitas
Métricas externas
Altmetric
Dimensions