Application of Eco-innovative Technologies of Nutrients Removal in Wastewater – Case Study BARITECH Project

• Autorzy: Kasprzyk M. , Pierzgalski K. , Wojciechowska E. , Obarska-Pempkowiak H. , Gajewska M.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie innowacyjnych technologii do usuwania związków biogennych ze ścieków – studium przypadku (BARITECH)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Eco-innovative technologies in wastewater treatment should provide not only stringent standards for the quality of treated wastewater but also ensure maximum recovery of energy and raw materials from wastewater. One of the ways to improve the removal efficiency of nitrogen and phosphorus compounds in existing conventional wastewater treatment plants is pretreatment of reject water generated during the mechanical dewatering of the digested sewage sludge. The aim of this research was to select the technological parameters of processes to ensure effective removal of nutrient elements (N, P) from RW treated in a SBR reactor in the nitritation/anammox process. The study was divided into two stages. The first stage was carried out to optimize nitrogen compounds removal in the effluent from ANAMMOX process used to treat reject water after centrifugation. The installation consists of single vertical subsurface flow (VSSF) beds located in stainless steel containers working parallel marked as BED control “0”, “I”, “II”. Samples have been taken for analysis to determine the changes of NH_4-N, NO_3-N and NO_2-N in the effluent of each filter. In bed “0” the removal of nitrogen compounds was caused only by sorption at last until its capacity was reached. In bed “I” and “II” the NH_4-N concentration in effluent and production of NO_2-N with simultaneous changes of NO_3-N indicated that nitrification was occurring. The investigation has shown different pattern of processes responsible for nitrogen compounds transformation and removal efficiency, depending on the bed substrate and vegetation. In the second stage the optimization of phosphates removal was carried out. The investigation was conducted in steady conditions in laboratory model with four batch reactors. Each batch reactor of synthetic wastewater with given concentration of phosphates (15 mg/dm³) was subjected to mixing. Samples for analyzing were taken from each beaker after assumed time of sedimentation. Studies were conducted to determine the optimal dose of Phoslock® with known concentration of phosphate anions PO₄^3- in model solution, time of mixing and time of sedimentation. Samples were analyzed with following parameters: pH, total suspended solids, conductivity, turbidity, color and phosphate concentration. The carried out investigations confirmed high efficiency of phosphate anions PO4₄^3- removal (over 95%). Also study showed no relationship between the mixing time and the degree of reduction of phosphorus compounds.

PL

Innowacyjne technologie stosowane podczas oczyszczania ścieków powinny spełniać nie tylko wysokie wymagania dotyczące jakości oczyszczonych ścieków, ale także zapewnić maksymalny potencjał odzysku energii i surowców z ścieków. Jednym ze sposobów poprawy skuteczności usuwania związków azotu i fosforu w istniejących konwencjonalnych oczyszczalniach ścieków, jest wstępne oczyszczanie odcieków powstających podczas mechanicznego odwadniania osadu ściekowego po biologicznym oczyszczaniu ścieków. Celem badań było określenie charakterystycznych parametrów procesów technologicznych, dla zapewnienia skutecznego usuwania związków biogennych (N, P) ze ścieków po oczyszczaniu w procesie nitryfikacji/anammox zachodzącym w reaktorze typu SBR. Badanie zostało podzielone na dwa etapy. Pierwszy etap przeprowadzono w celu optymalizacji procesu usuwania związków azotu (NH_4-N, NO_3-N i NO_2-N) z odcieków powstających z mechanicznego odwadniania przefermentowanych osadów ściekowych. Odcieki oczyszczane były w reaktorze SBR w procesie ANAMMOX. Instalacja pilotowa składała się z pojedynczych złóż o przepływie pionowym umieszczonych w zbiornikach ze stali nierdzewnej, pracujących równolegle oznaczonych odpowiednio jako złoże "0", "I", "II". Próbki do analizy pobierano w celu określenia zmian NH_4-N, NO_3-N i NO_2-N w ściekach w każdym ze złóż. W złożu "0" (nie zasiedlonym trzciną) usuwanie związków azotu spowodowane było jedynie przed sorpcję, aż do wyczerpania jego pojemności sorpcyjnej. Natomiast zmiany stężenia NH_4-N i wytwarzanie NO_2-N przy jednoczesnych zmianach stężenia NO_3-N wskazywały na zachodzący proces nitryfikacji w złożach "I" i "II" (oba zasiedlone trzciną). Doświadczenia wykazały różne mechanizmy procesów odpowiedzialnych za przemiany związków azotu i skuteczność ich usuwania, w zależności od podłoża i wegetacji. W drugim etapie badań przeprowadzono optymalizację procesu usuwania fosforanów. Natomiast doświadczenia związane z usuwaniem fosforu zostało przeprowadzone w laboratorium w warunkach nieprzepływowych przy zastosowaniu modelu z czterema reaktorami. Każdy reaktor zawierający ścieki syntetyczne o stężeniu fosforanów 15 mg/dm³ poddano mieszaniu. Próbki do analizy zostały pobierane z każdej zlewki po założonym czasie sedymentacji. Badania przeprowadzono w celu określenia optymalnej dawki preparatu Phoslock® przy znanym stężeniu anionów fosforanowych PO₄^3- w roztworze modelowym, oraz znalezienia optymalnego czasu mieszania i sedymentacji. Próbki poddano analizie i określono następujące parametry: pH, zawiesinę, przewodnictwo, mętność, barwę i stężenie fosforanów. Przeprowadzone badania potwierdziły wysoką skuteczność usuwania PO₄^3- (ponad 95%). Badanie nie wykazało zależności między czasem mieszania a stopniem redukcji związków fosforu.

Słowa kluczowe

EN

nitrogen removal; phosphorus removal; reject water; constructed wetlands

PL

usuwanie azotu; usuwanie fosforu; odcieki; oczyszczalnia hydrofitowa

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: Tom 19
• Strony: 143--160
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kasprzyk M.

• Gdansk University of Technology

autor

Pierzgalski K.

• Gdansk University of Technology

autor

Wojciechowska E.

• Gdansk University of Technology

autor

Obarska-Pempkowiak H.

• Gdansk University of Technology

autor

Gajewska M.

• Gdansk University of Technology

Bibliografia

• 1. Fux, Ch., Lange, K., Faesseler, A., Huber, P., Grueniger, B., Siegrist, H. (2003). Nitrogen removal from digester supernatant via nitrite-SBR or SHARON? Water Science and Technology, 48(8), 9-18.
• 2. Fux, Ch.,Valten, S., Carozzi, V., Solley, D., Keller, J., (2006). Efficient and stable nitrification and denitrification of ammonium-rich sludge dewatering liquor using SBR with continuous loading. Water Research, 40(14), 2765-2775.
• 3. Gajewska M., Obarska-Pempkowiak H. (2008). Wpływ zawracania odcieków z odwadniania osadów ściekowych na pracę oczyszczalni ścieków. Przemysł Chemiczny, 87(5), 448-452
• 4. Gajewska M., Obarska-Pempkowiak, H. (2011b). Efficiency of pollutant removal by five multistage constructed wetlands in a temperate climate. Environment Protection Engineering, 37(3), 27-36.
• 5. Gajewska, M., Obarska-Pempkowiak, H. (2011a). The role of SSVF and SSHF beds in concentrated wastewater treatment, design recommendation. Water Science and Technology, 64(2), 431-439.
• 6. Haghseresht, F., Wang, S., Do D.D., (2009). A novel lanthanum-modified bentonite, Phoslock, for phosphate removal from wastewaters. Applied Clay Science, 46, 369-375.
• 7. Kadlec, R. H., Wallace, S. D. (2009). Treatment Wetlands, Second Edition. CRC Press Taylor & Francis Group.
• 8. Nastawny, M., Jucherski, A., Walczowski, A., Jóźwiakowski, K., Pytka, A., Gizińska-Górna, M., Marzec, M., Gajewska, M., Marczuk, A., Zarajczyk, J. (2015). Preliminary evaluation of selected mineral adsorbents used to remove phosphorus from domestic wastewater (in Polish). Przemysł Chemiczny, 94(10), 1001-1004.
• 9. Pempkowiak, J., Obarska-Pempkowiak, H. (2002). Long-term changes in sewage sludge stored in a reed bed. Science of The Total Environment, 297(1-3), 59-65.
• 10. Phoslock General Brochure: http://www.phoslock.com.au/irm/content/scientificreport/ genbrochureSara.pdf [cited 18 March 2017]
• 11. PWS (Phoslock Water Solutions Limited) Report Number: IR 019/12, (2012): http://www.phoslock.com.au/irm/content/scientificreport/AlumvsPhoslock- March2012.pdf [cited 18 March 2017]
• 12. Ross, G., Haghseresht, F., Cloete, T.E., (2008). The effect of pH and anoxia on the performance of Phoslock, a phosphorus binding clay. Harmful Algae, 7, 545-550.
• 13. Saeed, T., Sun, G. (2012). A review on nitrogen and organics removal mechanisms in subsurface flow constructed wetlands: dependency on environmental parameters, operating conditions and supporting media. Journal of Environmental Management, 112, 429-448.
• 14. Van Hulle, S., Yandeweyer, B. D., Meesschaert, P. A., Vanrolleghem, R., Dumoulin,(2010). Engineering aspects and practical application of autotrophic nitrogen removal from nitrogen rich streams. Journal of Chemical Engineering, 162, 1-20.
• 15. Van Kempen, R., Mulder, J. W., Uijterlinde, C.A., van Loosdrecht, M.C.M. (2001). Overview: full scale experience of the SHARON process for treatment of rejection water of digested sludge dewatering. Water Science and Technology, 44, 145-152.
• 16. Van Loosdrecht, M. C. M., Salem, S. (2005). Biological treatment of sludge digester liquids. IWA Specialized Conference ,,Nutrient Management In Wastewater Treatment Processes and Recycle Streams”, 13-22.
• 17. Van Oosterhout, F., Lürling, M., (2013). The effect of phosforus binding clay (Phoslock®) in mitigating cyanobacterial nuisance: a laboratory study on the effects on water quality variables and plankton. Hydrobiologia, 710, 265-277.
• 18. Ward, B.B. (2013). Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. Elsevier Inc.
• 19. Wett, B., Alex, J. (2003). Impact of separate reject water treatment on the overall plant performance. Water Science and Technology, 48(4), 139-14.
• 20. Wojciechowska, E., Gajewska, M., Ostojski, A. (2017). Reliability of nitrogen removal processes in multistage treatment wetlands receiving high-strength wastewater. Ecological Engineering, 98, 365-371.
• 21. Zamparas, M., Gavriil, G., Coutelieris, F.A., Zacharias, I. (2015). A theoretical and experimental study on the P-adsorption capacity of PhoslockTM. Applied Clay Science, 335, 147-152.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).