Study of the aerobic biological treatment of baker's yeast beet-molasses wastewater coming from the anaerobic effluent

Abstract

The yeast production wastewater contains a relatively considerable amount of concentrated organic substances with processed sugar as a main constituent of the pollutants. Colored compounds contained in molasses are predominantly melanoidins. These are brown recalcitrant compounds hardly to be biodegraded. They lead to the eutrophication of water courses due to their high pollution load. Here, they are examined the factors that enhance the microorganisms ability to biodegrade these high strength agro-industrial wastewater. The treatment methods which were tested were: a) poplar wood chips series: 1. Sterilized wood chips and sterilized wastewater, 2. Both sterilized with the presence of activated sludge (AS), 3. None of the both is sterilized with the presence of AS, b) ultrasounds (≈0.2W/ml, 10min) and c) plastic carriers (K3 Anoxkaldnes, 50% occupied of the filled volume of the reactor). The best results were obtained from woodchips series 1. It was noticed a gradual stable decrease (57.4%) from the first week in the COD values, comparing to those of the influent COD, which are very close to those of the control. Series 2 resulted in 9.6% higher COD values, then, after 3 months approximately, an increase was watched indicating that the woodchips started to become saturated. This means that only the woodchips degrade the molasses wastewater through sorption mechanisms. In fact AS hinders the wastewater sorption from the woodchips leading to their saturation and no biodegradation due to the activated sludge microorganisms is observed. On the contrary, it can be said that AS creates a system that promotes the wastewater sorption from the woodchips since the beginning of the experiment. In series 3 the COD variation is similar to that of series 2 with the exception of observing two differences: an initial gradual COD decrease due to the microorganisms adaptation and a fluctuation in the COD values (494 – 807ppm) which can be attributed to the competition between the microorganisms living on the woodchips and the molasses wastewater, that can tolerate the high pH values. Non sterilized woodchips work as a microbiological support. So it can be deduced that there is an effect of sterilization wastewater molasses, which act as contaminating microorganisms. Ultrasound implementation failed for different reasons: 1. Due to the presence of bicarbonate ions which are strong inhibitors of reactions between hydroxyl radicals and the organic content, 2. The AS used, was probably out of the optimal range of solids content. 3. The ultrasound intensity was probably insufficient to enhance the biological activity, 4. The irradiation period might not be appropriate, 5. Low biological activity because of the alkaline pH. Plastic carrier implementation also failed for different reasons: 1. Τhe alkaline pH values had as a consequence a decreased retention of bacteria onto the carriers and a decreased microorganisms activity, 2. Decreased retention of bacteria due to the low temperature (25oC), 3. The selected carrier might not be the appropriate one. Due to the low biological activity in the last two methods and the increased pH, accordingly, a repolymerization of the coloured compounds took place leading to a COD increase

Τα απόβλητα ζύµης αρτοποιίας περιέχουν µια σχετικά σηµαντική ποσότητα συµπυκνωµένων οργανικών ουσιών µε την επεξεργασµένη ζάχαρη ως κύριο συστατικό των ρυπαντών. Οι έγχρωµες ενώσεις που περιέχονται στη µελάσσα είναι κυρίως µελανοϊδίνες. Αυτές είναι καφέ ανθεκτικές ενώσεις δύσκολα βιοδιασπόµενες. Οδηγούν στον ευτροφισµό των υδάτων λόγω του υψηλού ρυπαντικού φορτίου τους. Εδώ, εξετάζονται οι παράγοντες που ενισχύουν την ικανότητα των µικροοργανισµών να βιοδιασπούν αυτά τα υψηλής αντοχής αγρο-βιοµηχανικά απόβλητα. Οι µέθοδοι επεξεργασίας που εξετάστηκαν ήταν: α) πριονίδι λεύκης σειρά: 1. Αποστειρωµένο πριονίδι και αποστειρωµένα απόβλητα, 2. Και τα δύο αποστειρωµένα παρουσία ενεργού ιλύος (Ε.Ι.), 3. Κανένα από τα δύο αποστειρωµένα παροουσία Ε.Ι., β) υπερήχοι (≈ 0.2W/ml, 10min) και γ) πλαστικό πληρωτικό υλικό (Κ3 Anoxkaldnes, καταλαµβάνεται το 50% του πληρωµένου όγκου του αντιδραστήρα). Τα καλύτερα αποτελέσµατα ελήφθησαν από το πριονίδι σειρά 1. Παρατηρήθηκε µια µεγάλη βαθµιαία σταθερή µείωση (57.4%) από την πρώτη εβδοµάδα στις τιµές COD, σε σύγκριση µε εκείνες του COD εισόδου, που είναι πολύ κοντά σε εκείνες του µάρτυρα. Η σειρά 2 οδήγησε σε 9.6% υψηλότερες τιµές COD, και στη συνέχεια µετά από 3 µήνες περίπου, παρατηρήθηκε µία αύξηση υποδεικνύοντας ότι το πριονίδι άρχιζε να φτάνει σε κορεσµό. Αυτό σηµαίνει ότι µόνο το πριονίδι αποικοδοµεί τα απόβλητα µελάσας διαµέσου µηχανισµών ρόφησης. Στην πραγµατικότητα η Ε.Ι. παρεµποδίζει τη ρόφηση των αποβλήτων από το πριονίδι οδηγώντας σε κορεσµό τους και δεν παρατηρείται βιοαποικοδόµηση λόγω των µικροοργανισµών της Ε.Ι.. Αντιθέτως, µπορεί να λεχθεί ότι η Ε.Ι. δηµιουργεί ένα σύστηµα που προάγει την ρόφηση των αποβλήτων από το πριονίδι από την έναρξη του πειράµατος. Στην σειρά 3 η µεταβολή του COD είναι παρόµοια µε εκείνη της σειράς 2 µε εξαίρεση ότι παρατηρούνται δύο διαφορές: µια αρχική σταδιακή µείωση του COD λόγω της προσαρµογής των µικροοργανισµών και µια διακύµανση στις τιµές COD (494 - 807ppm) αποδιδόµενη στον ανταγωνισµό µεταξύ των µικροοργανισµών που ζουν στο πριονίδι και στα απόβλητα µελάσσας, οι οποίοι µπορούν να ανεχθούν τις υψηλές τιµές pH. Το µη αποστειρωµένο πριονίδι λειτουργεί ως µικροβιολογική υποστήριξη. Έτσι µπορεί να εξαχθεί το συµπέρασµα ότι υπάρχει µια επίδραση της αποστείρωσης των αποβλήτων µελάσας, τα οποία δρουν ως µικροοργανισµοί επιµόλυνσης. Η εφαρµογή των υπερήχων απέτυχε για διάφορους λόγους: 1. Λόγω της παρουσίας των διττανθρακικών ιόντων τα οποία είναι ισχυροί αναστολείς των αντιδράσεων µεταξύ των ριζών υδροξυλίου και του οργανικού περιεχοµένου, 2. Η χρησιµοποιηθείσα ενεργός ιλύς, πιθανώς ήταν εκτός του βέλτιστου εύρους περιεκτικότητας σε στερεά. 3. Η ένταση υπερήχων ήταν πιθανώς ανεπαρκής ώστε να ενισχυθεί η βιολογική δραστηριότητα, 4. Ο χρόνος ακτινοβόλησης µπορεί να µην ήταν ο κατάλληλος, 5. Xαµηλή βιολογική δραστηριότητα λόγω αλκαλικού pH. Η εφαρµογή του πλαστικού πληρωτικού υλικού απέτυχε επίσης για διάφορους λόγους: 1. Το αλκαλικό pH είχε ως συνέπεια την µειωµένη κατακράτηση των βακτηρίων επί των µεταφορέων και την µειωµένη δραστηριότητα των µικροοργανισµών, 2. Μειωµένη κατακράτηση των βακτηρίων λόγω της χαµηλής θερµοκρασίας (25oC), 3. Ο τύπος του πληρωτικού υλικού ίσως να µην ήταν ο κατάλληλος. Λόγω της χαµηλής δραστηριότητας των µικροοργανισµών στις δύο τελευταίες µεθόδους και του αυξηµένου pH, ευνοήθηκε ο επαναπολυµερισµός των έγχρωµων ενώσεων οδηγώντας σε αύξηση του COD.