Zastosowanie opoki i pochodnych do usuwania fosforu ze ścieków - przegląd literatury

• Autorzy: Zawadzka Beata , Siwiec Tadeusz , Marzec Michał

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2023.7-8.8

Warianty tytułu

EN

Application of opoka and derivatives for removal of phosphorus from wastewater - review

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W publikacji dokonano charakterystyki metod usuwania związków fosforu ze ścieków komunalnych opracowanych w wybranych ośrodkach badawczych. W części analitycznej pracy opisano metody sorpcji fosforu z zastosowaniem skały węglanowo-krzemionkowej (opoki) i jej pochodnych oraz materiału Rockfos®. Materiał ten został poddany analizie w kilku laboratoriach oraz w kilku oczyszczalniach ścieków, jako złoże służące do eliminacji związków fosforu ze ścieków oczyszczonych odpływających z hybrydowych oczyszczalni hydrofitowych. Jak wynika z przeprowadzonej analizy materiał Rockfos® wykazuje się dużą skutecznością w zatrzymywaniu związków fosforu ze ścieków, przez co powinien znaleźć zastosowanie praktyczne w małych i przydomowych oczyszczalniach ścieków.

EN

The publication characterizes the methods of removing phosphorus compounds from municipal wastewater developed in selected research centers. The analytical part of the paper describes the methods of phosphorus sorption using carbonate-silica rock (opoka) and its derivatives and the Rockfos® material. This material was analyzed in several laboratories and in several wastewater treatment plants as a bed used to eliminate phosphorus compounds from treated wastewater flowing from hybrid constructed wetlands. According to the analysis, the Rockfos® material is highly effective in retaining phosphorus compounds from wastewater, which should make it practical in small and household wastewater treatment plants.

Słowa kluczowe

PL

oczyszczanie ścieków; usuwanie fosforu; skała węglanowo-krzemionkowa; opoka; Rockfos

EN

wastewater treatment; phosphorus removal; silica-carbonate rock; Rockfos

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 7/8
• Strony: 51--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 71 poz., tab.

Twórcy

autor

Zawadzka Beata

• Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie; Lublin
• "Mirosław Zalewski MONT-SAN", Międzyrzec Podlaski

• https://orcid.org/0000-0001-5822-7732

autor

Siwiec Tadeusz

• Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie; Lublin

• https://orcid.org/0000-0002-4671-4602

autor

Marzec Michał

• Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie; Lublin

• https://orcid.org/0000-0002-8338-0672

Bibliografia

• 1] Wzorek Z.: Odzysk związków fosforu z termicznie przetworzonych odpadów i ich zastosowanie jako substytutu naturalnych surowców fosforowych. Seria Inżynieria i Technologia Chemiczna, Monografia 356, 2008, Politechnika Krakowska
• [2] Kasprzyk M, Gajewska M.: Phosphorus removal by application of natural and semi-natural materials for possible recovery according to assumptions of circular economy and closed circuit of P. Science of the Total Environment; 2019, 650:249-56. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.034
• [3] Kasprzyk M, Czerwionka K, Gajewska M.: Waste materials assessment for phosphorus adsorption toward sustainable application in circular economy. Resources, Conservation and Recycling. 2021;168:105335. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105335
• [4] Kasprzyk M., Gajewska M, Molendowska S.: Możliwości odzysku fosforu z odcieków, osadów ściekowych i popiołów po termicznym przekształcaniu osadów ściekowych, Inżynieria Ekologiczna 2017A, 18, 4, Aug., 65-78 DOI: 10.12912/2392062974978
• [5] Czajkowska J., Siwiec T.: Krystalizacja struwitu w zmiennych warunkach odczynu i stężeń analizowanych składników. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, PAN, Oddział w Krakowie 2011, Nr 7, s. 145-154
• [6] Czajkowska J.: Warunki wytrącania osadów z zawartością struwitu. Rozprawa doktorska. Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Uniwersytet Zielonogórski 2014
• [7] Zhang C., Guisasola A., Baeza J.A.: A review on the integration of mainstream P-recovery strategies with enhanced biological phosphorus removal. Water Research Volume 212, 1 April 2022, 118102, https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118102
• [8] Leng Y., Soares A.: The mechanisms of struvite biomineralization in municipal wastewater. Science of The Total Environment Volume 799, 10 December 2021A, 149261, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149261
• [9] Leng Y., Soares A.: Understanding the mechanisms of biological struvite biomineralisation, Chemosphere, Volume 281, October 2021B, 130986, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130986
• [10] Leng Y., Soares A.: Microbial phosphorus removal and recovery by struvite biomineralisation in comparison to chemical struvite precipitation in municipal wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering 2023, 11, 109208, https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.109208
• [11] Pinelli D., Bovina S., Rubertelli G., Martinelli A., Guida S., Soares A., Frascari D.: Regeneration and modelling of a phosphorous removal and recovery hybrid ion exchange resin after long term operation with municipal wastewater, 2022, 286, 1, January, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131581
• [12] Klimiuk E., Łebkowska M.: Biotechnologia w ochronie środowiska. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003
• [13] Styka W.: Ocena udziału defosfatacji denitryfikacyjnej w usuwaniu fosforu w reaktorach SRB. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2004, 12, s. 436-441
• [14] Kończak B., Zawadzki P., Pieczonka M.: Modelowanie pracy oczyszczalni ścieków w zmiennych warunkach. Instal, 2020, 5, 56-62, DOI 10.36119/15.2020.4.7
• [15] Łomotowski J., Szpindor A.: Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków. Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1999
• [16] Wiejak A.: Oznaczanie fosforu w ściekach. Prace Instytutu Techniki Budowlanej - kwartalnik, 2012, 2 (162)
• [17] Piechurski F.G.: Ocena poprawy jakości wody przeznaczonej do spożycia z wykorzystaniem fosforanów na przykładzie PWiK. Instal, 2020, 7, 24-28, DOI 10.36119/15.2020.7.4
• [18] Rozporządzenie Ministra Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej z dnia 12 lipca 2019 r. w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego oraz warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu do wód lub do ziemi ścieków, a także przy odprowadzaniu wód opadowych lub roztopowych do wód lub do urządzeń wodnych [Dz. U. z 2019 r. poz. 1311].
• [19] Jagusiewicz A, Dygas-Ciołkowska L. Przyczyny eutrofizacji Morza Bałtyckiego na podstawie danych Państwowego Monitoringu Środowiska. GIOŚ, Warszawa. 2014.
• [20] De Gisi S, Lofrano G, Grassi M, Notarnicola M. Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbents for wastewater treatment: A review. Sustainable Materials and Technologies. 2016; 9:10-40.
• [21] Gubernat S, Masłoń A, Czarnota J, Koszelnik P. Reactive materials in the removal of phosphorus compounds from wastewater - A review. Materials. 2020; 13(15): 3377.
• [22] Xie J, Lin Y, Li C, Wu D, Kong H. Removal and recovery of phosphate from water by activated aluminum oxide and lanthanum oxide. Powder Technology. 2015; 269: 351-7.
• [23] Zhou M, Li Y. Phosphorus‐sorption characteristics of calcareous soils and limestone from the southern Everglades and adjacent farmlands. Soil Science Society of America Journal. 2001; 65(5): 1404-12.
• [24] Brogowski Z, Renman G. Characterization of opoka as a basis for its use in wastewater treatment. Polish Journal of Environmental Studies. 2004; 13(1): 15-20.
• [25] Cucarella V, Zaleski T, Mazurek R. Phosphorus sorption capacity of different types of opoka. Annals of Warsaw University of Life Sciences-SGGW Land Reclamation. 2007 (38): 11-8.
• [26] Cucarella V, Renman G. Phosphorus sorption capacity of filter materials used for on site wastewater treatment determined in batch experiments - a comparative study. Journal of environmental quality. 2009; 38(2): 381-92. https://doi.org/10.2134/jeq2008.0192
• [27] Vohla C, Kõiv M, Bavor HJ, Chazarenc F, Mander Ü. Filter materials for phosphorus removal from wastewater in treatment wetlands - A review. Ecological engineering. 2011; 37(1): 70-89. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2009.08.003
• [28] Bus A, Karczmarczyk A. Charakterystyka skały wapienno-krzemionkowej opoki w aspekcie jej wykorzystania jako materiału reaktywnego do usuwania fosforu z wód i ścieków. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. 2014 (II/1).
• [29] Jucherski A, Nastawny M, Walczowski A, Jóźwiakowski K, Gajewska M. Badania przydatności alkalicznych materiałów filtracyjnych do usuwania fosforanów z biologicznie oczyszczonych ścieków bytowych. Ochrona Środowiska. 2017; 39(1).
• [30] Pytka-Woszczyło A, Różańska-Boczula M, Gizińska-Górna M, Marzec M, Listosz A, Jóźwiakowski K. Efficiency of filters filled with rockfos for phosphorus removal from domestic sewage. Advances in Science and Technology Research Journal. 2022; 16(4): 176-88.
• [31] De Feo G, De Gisi S. Using MCDA and GIS for hazardous waste landfill siting considering land scarcity for waste disposal, Waste Manag. 2014; 34(11): 2225-2238.
• [32] Cieślik B, Konieczka P. A review of phosphorus recovery methods at various steps of wastewater treatment and sewage sludge management. The concept of “no solid waste generation” and analytical methods. Journal of Cleaner Production. 2017; 142:1728-40.
• [33] Westholm LJ. Substrates for phosphorus removal - Potential benefits for on-site wastewater treatment? Water research. 2006; 40(1): 23-36 https://doi.org/10.1016/j.watres.2005.11.006
• [34] Loganathan P, Vigneswaran S, Kandasamy J, Bolan NS. Removal and recovery of phosphate from water using sorption. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2014; 44(8): 847-907.
• [35] Paderewski M.L.: Procesy adsorpcyjne w inżynierii chemicznej. WNT Warszawa 1999
• [36] Kowal A.L, Świderska-Bróż M.: Oczyszczanie wody. Podstawy teoretyczne i technologiczne, procesy i urządzenia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
• [37] Nawrocki J. (red.),: Uzdatnianie wody. Procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne. Wydawnictwo Naukowe UAM, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
• [38] Tran H,N., You S-J., Hosseini-Bandegharaei A., Chao H.P.: Mistakes and iconsistencies regarding adsorption of contaminants aqueous solutions: a critical review. Water Research, 2017, 120, 88-116, https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.04.014
• [39] Reczek L., Michel M.M., Siwiec T.: Procesy technologiczne oczyszczania wody i ścieków. Laboratorium, Wyd. SGGW Warszawa 2022, https://doi.org/10.1016/j.jcle-pro.2016.11.116
• [40] Wu D Y, Zhang B H, Li C J, Zhang Z J, Kong H N. Simultaneous removal of ammonium and phosphate by zeolite synthesized from fly ash as influenced by salt treatment. J. Colloid Interface Sci. 2006; 304: 300-306.
• [41] Hossain N, Bhuiyan MA, Pramanik BK, Nizamuddin S, Griffin G. Waste materials for wastewater treatment and waste adsorbents for biofuel and cement supplement applications: a critical review. Journal of Cleaner Production. 2020;255:120261, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120261
• [42] Izidoro JdC, Kim MC, Bellelli VF, Pane MC, Botelho Junior AB, Espinosa DCR, et al. Synthesis of zeolite A using the waste of iron mine tailings dam and its application for industrial effluent treatment. Journal of Sustainable Mining. 2019; 18(4): 277-86, https://doi.org/10.1016/j.jsm.2019.11.001
• [43] Zhu T, Jenssen P, Maehlum T, Krogstad T. Phosphorus sorption and chemical characteristics of lightweight aggregates (LWA)-potential filter media in treatment wetlands. Water Science and Technology. 1997; 35(5): 103-8, https://doi.org/10.2166/wst.1997.0175
• [44] Heistad A, Paruch AM, Vråle L, Adam K, Jenssen PD. A high-performance compact filter system treating domestic wastewater. Ecological engineering. 2006; 28(4): 374-9, https://doi.org/10.1016/j.eco-leng.2006.06.011
• [45] Öövel M, Tooming A, Mauring T, Mander Ü. Schoolhouse wastewater purification in a LWA-filled hybrid constructed wetland in Estonia. Ecological Engineering. 2007, 29 (1): 17-26, https://doi.org/10.1016/j.eco-leng.2006.07.010
• [46] Koiv M, Vohla C, Motlep R, Liira M, Kirsimäe K, Mander Ü. The performance of peat-filled subsurface flow filters treating landfill leachate and municipal wastewater. Ecological Engineering. 2009; 35(2): 204-12 https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2008.04. 006
• [47] Nastawny M, Jucherski A, Walczowski A, Jóźwiakowski K, Pytka A, Gizińska-Górna M, et al. Wstępna ocena przydatności wybranych adsorbentów mineralnych do usuwania fosforu ze ścieków bytowych. Przemysł Chemiczny. 2015; 94(10): 1762-6.
• [48] Wang Z, Zhao P, Li X, Sun Q, She D. 2022: Magnesium chloride-modified potassium humate-based carbon material for efficient removal of phosphate from water. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 140:104540.
• [49] Wu D, Zhang B, Li C, Zhang Z, Kong H. Simultaneous removal of ammonium and phosphate by zeolite synthesized from fly ash as influenced by salt treatment. Journal of Colloid and Interface Science. 2006; 304(2): 300-6. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2006.09.011
• [50] Gerritse R. Mobility of phosphate from waste water in calcareous sands of Rottnest Island (WA). Soil Research. 1993; 31(3): 235-44. https://doi.org/10.1071/SR9930235
• [51] Kasprzyk M, Gajewska M. 2017: Preliminary results from application phoslock® to remove phosphorus compounds from wastewater, Journal of Ecological Engineering Volume 18, Issue 4, July 2017, pages 82-89 DOI: 10.12911/22998993/74275
• [52] Kasprzyk M, Obarska-Pępkowiak H., Masi F., Gajewska M. 2018A: Possibilities of Phoslock® application to remove phosphorus compounds from wastewater treated in hybrid wetlands, Ecological Engineering, 15 Oct. 84-90, https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2018.07.020
• [53] Kasprzyk M, Wojciechowska E., Obarska-Pępkowiak H., Thomas M. 2017B: Preliminary Results from the Removal of Phosphorus Compounds with Selected Sorption Material, “Environmental Engineering” 10th International Conference eISSN 2029-7092/eISBN 978-609-476-044-0 Vilnius Gediminas Technical University Lithuania, 27-28 April, DOI: https://doi.org/10.3846/enviro.2017.080
• [54] Kasprzyk M. 2019: Treatment Wetland effluent quality improvement by usage sorbents of various origin, E3S W eb of Conferences 86, 00035, Ecological and Environmental Engineering 2018, https://doi.org/10.1051/e3sconf/20198600035
• [55] Pytka-Woszczyło A. 2019. Efektywność usuwania fosforu ogólnego ze ścieków bytowych w filtrach ze skały węglanowo-krzemionkowej. Rozprawa doktorska, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Lublin.
• [56] Jucherski A, Walczowski A, Bugajski P, Jóźwiakowski K, Rodziewicz J, Janczukowicz W, et al. 2022: Long-term operating conditions for different sorption materials to capture phosphate from domestic wastewater. Sustainable Materials and Technologies. 31:e00385, https://doi.org/10.1016/j.susmat.2021.e00385
• [57] Jóźwiakowski K., Gajewska M., Pytka A., Marzec M. Gizinska-Górna M., Jucherski A., Walczowski A., Nastawny M., Kaminska A., Baran S. : Influence of the particle size of carbonate-siliceous rock on the efficiency of phosphorous removal from domestic wastewater. Ecological Engineering 2017, 98, 290-296, http://dx.doi.org/10.1016/j.eco-leng.2016.11.006
• [58] Kasprzyk M, Węgler J, Gajewska M., Analysis of efficiency of phosphates sorption by different granulation of selected reactive material. E3S Web of Conferences; 2018B: EDP Sciences.
• [59] Bus A, Karczmarczyk A, Baryła A.: Wybór materiału reaktywnego do usuwania fosforu z wód i ścieków na przykładzie kruszywa popiołoporytowego Pollytag®. Inżynieria Ekologiczna, 2014, (39), 33-41.
• [60] Drizo A, Frost C, Grace J, Smith K. Physico-chemical screening of phosphate-removing substrates for use in constructed wetland systems. Water Research. 1999; 33(17): 3595-602, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(99)00082-2
• [61] Richardson C, Craft C. Effective phosphorus retention in wetlands: fact or fiction. Constructed wetlands for water quality improvement. 1993: 271-82, DOI:10.1201/9781003069997-33
• [62] Mann R. Phosphorus adsorption and desorption characteristics of constructed wetland gravels and steelworks by-products. Soil Research. 1997; 35(2): 375-84, https://doi.org/10.1071/S96041
• [63] Xie W, Wang Q, Ma H, Ohsumi Y, Ogawa HI. Study on phosphorus removal using a coagulation system. Process Biochemistry. 2005; 40(8): 2623-7. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2004.06.056
• [64] Arias C, Del Bubba M, Brix H. 2003: Phosphorus adsorption maximum of sands for use as media in subsurface flow constructed reed beds as measured by the Langmuir isotherm. Water Res. Aug; 37(14): 3390-400. doi: 10.1016/S0043-1354(03)00231-8
• [65] Karczmarczyk A, Renman G. Phosphorus accumulation pattern in a subsurface constructed wetland treating residential wastewater. Water. 2011; 3(1): 146-56, https://doi.org/10.3390/w3010146
• [66] http://www.ceramika-kufel.pl/rockfos/
• [67] Nilsson C, Renman G, Westholm LJ, Renman A, Drizo A. Effect of organic load on phosphorus and bacteria removal from wastewater using alkaline filter materials. Water research. 2013; 47(16): 6289-97 https://doi.org/10.1016/j.watres.2013.08.001
• [68] Johansson L, Gustafsson JP. Phosphate removal using blast furnace slags and opoka-mechanisms. Water research. 2000; 34(1): 259-65 https://doi.org/10.1016/S0043-1354(99)00135-9
• [69] Wajima T, Rakovan JF. Removal behavior of phosphate from aqueous solution by calcined paper sludge. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2013; 435: 132-8
• [70] Appelo CAJ, Postma D. Geochemistry, groundwater and pollution: CRC press; 2004
• [71] Cornel P. Phosphorus recovery from wastewater: needs, technologies and costs. Water Science and Technology. 2009; 59(6): 1069-76, https://doi.org/10.2166/wst.2009.045

Uwagi

Artykuł powstał w ramach pracy doktorskiej przygotowanej przez mgr inż. Beatę Zawadzką w ramach projektu nr DWD/5/0332/2021, pt. „Opracowanie wytycznych do projektowania i eksploatacji oraz wdrożenie chemisorpcyjnego modułowego systemu usuwania fosforu w wybranej oczyszczalni ścieków” finansowanego przez Ministerstwo Edukacji i Nauki.