The changes of dewaterability of digested sludge conditioned via the dual chemical method

• Autorzy: Hrut K. , Kamizela T. , Kowalczyk M.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2017.3.4

Warianty tytułu

PL

Zmiany podatności na odwadnianie przefermentowanych osadów ściekowych kondycjonowanych z zastosowaniem dualnej metody chemicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The dual chemical conditioning is a method based on the sequential preparation of sewage sludge using a coagulant followed by the use of a polyelectrolyte prior to its dewatering. This method is usually used ad hoc at sewage treatment plants, especially in the case of operational problems occurring during dehydration of municipal sludge. In this method the coagulant acts as a particle surface charge neutralizer, whereas the polyelectrolyte is a crosslinking agent enabling the formation of agglomerates. This method can result in noticeable enhancements of sewage sludge dewatering and quality of the separated liquids. But it is not free of disadvantages and the main problem concerns the variable efficiency. The susceptibility to dewatering of digested sewage sludge conditioned via the dual method using the PIX 113 iron coagulant and polyelectrolyte Superfloc C-494 was investigated. The research was divided into two stages, depending on the applied volume dose of the coagulant: 2 cm³/dm³ (stage I) and 4 cm³/dm³ of sludge (stage II). Two doses of polyelectrolyte were also used. The optimal and reduced dose was 4.8 g/kg dry matter of sludge and 3.7 g/kg d.m. A reduction in the optimal dose by 25% was related to the determination of the possibility of replacing a portion of the polyelectrolyte dose with a coagulant dose. The research was conducted for four combinations: combination A - unprepared sludge; combination B - the sludge conditioned only with the use of the polymer; combination C and D - the sludge prepared using the dual chemical method. In the combination D the used the solution of the coagulant was diluted tenfold. The results showed that the sludge conditioned using the dual method (in combination C and D) have a much greater susceptibility to dehydration compared to the sludge treated using the conventional polymer method. It was observed that the use of a higher dose of the coagulant (stage 2) determines the increased susceptibility to dewatering. The best susceptibility to dewatering was found for sludge conditioned with an undiluted solution of the PIX 113 coagulant at a dose of 0.16 kg/kg d.m., corresponding to 1.9 g Fe²⁺/kg d.m., in combination with 2.7 g/kg d.m. of the Superfloc C-494 polymer (combination C, stage 2). This allowed for an 85% decrease in the CST value as well as a 96% reduction of the filtration resistivity in comparison to sludge conditioned with the use of the polyelectrolyte only. It was also found that the use of the hybrid methods (combinations C and D) allows for obtaining leachates, characterized by the lowest BOD5 and COD values. In general, it was found that the key to the dewatering of the tested sludge was the use of a dual chemical method, the dual conditioning method was a secondary factor.

PL

Dualne kondycjonowanie osadów ściekowych jest metodą opartą na sekwencyjnym preparowaniu osadów ściekowych koagulantem, a następnie polielektrolitem przed ich dalszym odwadnianiem. Sposób ten jest zazwyczaj stosowany doraźnie na oczyszczalniach ścieków, zwłaszcza w przypadku problemów eksploatacyjnych występujących podczas odwadniania osadów komunalnych. Przyjmuje się, że koagulant pełni funkcję neutralizatora ładunku powierzchniowego cząstek, natomiast polielektrolit traktowany jest jako czynnik sieciujący, umożliwiający łączenie aglomeratów. Metoda ta może przynosić wymierne efekty w zakresie odwodnienia osadów ściekowych oraz jakości odcieków. Nie jest jednak pozbawiona wad, a główny problem dotyczy zmiennej efektywności. W pracy badano podatność na odwadnianie przefermentowanych osadów komunalnych, dualnie kondycjonowanych z zastosowaniem koagulantu żelazowego PIX 113 oraz polielektrolitu Superfloc C-494. Badania podzielono na dwa etapy, zależnie od stosowanej dawki objętościowej koagulantu: 2 cm³/dm³ osadów (etap I) oraz 4 cm³/dm³ osadów (etap II). Zastosowano również dwie dawki polielektrolitu. Dawki optymalna i obniżona wynosiły odpowiednio 4,8 g/kg suchej masy osadów oraz 3,7 g/kg s.m. Zmniejszenie dawki optymalnej o 25% wiązało się z określeniem możliwości zastąpienia części dawki polielektrolitu dawką koagulantu. Eksperyment podzielono na 4 kombinacje badawcze: kombinacja A - osady niepreparowane; kombinacja B - osady kondycjonowane konwencjonalną metodą polimeryczną; kombinacje C i D - osady preparowane z zastosowaniem chemicznej dualnej metody kondycjonowania. W kombinacji D dawkowano 10-krotnie rozcieńczony roztwór koagulantu. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdziły, że osady kondycjonowane hybrydowo (kombinacje C i D) wykazują większą podatność na odwadnianie w porównaniu z zastosowaniem konwencjonalnej metody polimerycznej. Zauważono także, że użycie większej dawki koagulantu (etap 2) determinuje zwiększenie podatności na odwadnianie. Najlepsze efekty odnotowano, preparując osady nierozcieńczonym roztworem koagulantu w dawce 0,16 kg/kg s.m., a następnie polimerem w ilości 2,7 g/kg s.m. (kombinacja C, etap 2). Zastosowanie powyższej kombinacji spowodowało spadek czasu ssania kapilarnego o 85% oraz obniżenie oporu właściwego filtracji o 96% w porównaniu z osadami kondycjonowanymi wyłącznie polielektrolitem. Z uwagi na jakość cieczy osadowych osady kondycjonowane hybrydowo (kombinacje C i D) również generowały odcieki o najniższych wartościach BZT5 i ChZT. Ogólnie stwierdzono, że kluczowe dla odwadniania badanych osadów było zastosowanie dualnej metody chemicznej, sposób dualnego kondycjonowania był czynnikiem drugorzędnym.

Słowa kluczowe

EN

municipal sewage sludge; dewatering; dual chemical conditioning; ferric coagulants; polyelectrolyte

PL

komunalne osady ściekowe; odwadnianie osadów ściekowych; kondycjonowanie dualną metodą chemiczną; polielektrolit; koagulant żelazowy

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 20, nr 3
• Strony: 317--329
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., wykr.

Twórcy

autor

Hrut K.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60A, 42-200 Częstochowa

autor

Kamizela T.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60A, 42-200 Częstochowa

autor

Kowalczyk M.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60A, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Mowla D., Tran H.N., Allen D.G., A review of the properties of biosludge and its relevance to enhanced dewatering processes, Biomass and Bioenergy 2013, 58, 365-378.
• [2] Mayur B. Kurade, Kumarasamy M., Ammaiyappan S., Shuk-Man Yu, Wong J.W.C., Ferric biogenic flocculant produced by Acidithiobacillus ferrooxidans enable rapid dewaterability of municipal sewage sludge: A comparison with commercial cationic polimer, International Biodeterioration & Biodegradation 2014, 96, 105-111.
• [3] Guohong Feng, Wei Tan, Ni Zhong, Liyan Liu, Effects of thermal treatment on physical and expression dewatering characteristics of municipal sludge, Chemical Engineering Journal 2014, 247, 223-230.
• [4] Kumarasamy Murugesan, Balasubramani Ravindran, Ammaiyappan Selvam, Mayur B. Kurade, Shuk-Man Yu, Wong J.W.C., Enhanced dewaterability of an aerobically digested sewage sludge using Acidithiobacillus ferrooxidans culture as sludge conditioner, Bioresource Technology 2014, 169, 374-379.
• [5] Vega E., Monclús H., Gonzalez-Olmos R., Maria J. Martin, Optimizing chemical conditioning for odour removal of undigested sewage sludge in drying processes, Journal of Environmental Management 2015, 150, 111-119.
• [6] Zhai L.F., Sun M., Song W., Wang G., An integrated approach to optimize the conditioning chemicals for enhanced sludge conditioning in a pilot-scale sludge dewatering process, Bioresource Technology 2012, 121, 161-168.
• [7] Long-Fei, Wanga B., Dong Qin Hea, Zhong-Hua Tonga, Wen-Wei Li, Han-Qing Yua, Characterization of dewatering process of activated sludge assisted by cationic surfactans, Biochemical Engineering Journal 2014, 91, 174-178.
• [8] Yulei Liu, Lu Wang, Jun Maa, Xiaodan Zhao, Zhuangsong Huang, Gurumurthy Dummi Mahadevan, Jingyao Qi, Improvement of settleability and dewaterability of sludge by newly prepared alkaline ferrate solution, Chemical Engineering Journal 2016, 287, 11-18.
• [9] Jun Lia, Liu Liub, Jun Liua, Ting Mab, Ailan Yana, Yongjiong Ni, Effect of adding alum sludge from water treatment plant on sewage sludge dewatering, Journal of Environmental Chemical Engineering 2016, 4, 746-752.
• [10] Ying Qi, Khagendra B. Thapa, Hoadley R.F.A., Application of filtration aids for improving sludge dewatering properties - A review, Chemical Engineering Journal 2011, 171, 373-384.
• [11] Ying Qi, Khagendra B. Thapa, Hoadley R.F.A., Benefit of lignite as a filter aid for dewatering of digested sewage sludge demonstrated in pilot scale trials, Chemical Engineering Journal 2011, 166, 504-510.
• [12] Neyens E., Baeyens J., A review of thermal sludge pre-treatment processes to improve dewaterability, Journal of Hazardous Materials 2003, 98, 1-3, 17, 51-67.
• [13] Ormeci B., Freeze-thaw conditioning of activated sludge: effect of monovalent, divalent and trivalent cations, J. Residuals Sci. Technol. 2004, 1(3), 143-150.
• [14] Bień J., Kamizela T., Kowalczyk M., Mrowiec M., Possibilities of gravitational and mechanical separation of sonicated activated sludge suspensions, Environment Protection Engineering 2009, 35, 67-72.
• [15] Wojciechowska E., Application of microwaves for sewage sludge conditioning, Water Research 2005, 39, 19, 4749-4754.
• [16] Ruiz-Hernando M., Martinez-Elorza G., Labanda J., Llorens J., Dewaterability of sewage sludge by ultrasonic, thermal and chemical treatments, Chemical Engineering Journal 2013, 230, 102-110.
• [17] Murugesan K., Ravindran B., Selvam A., Kurade M.B., Yu S-M, Wong J.W.C., Fate of extracellular polymeric substances of an aerobically digested sewage sludge during pre-dewatering conditioning with Acidithiobacillus ferrooxidans culture, Bioresource Technology 2016, 217, 173-178.
• [18] Yan Wu, Panyue Zhang, Haibo Zhang, Guangming Zeng, Jianbo Liu, Jie Ye, Wei Fang, Xiying Gou, Possibility of sludge conditioning and dewatering with rice husk biochar modified by ferric chloride, Bioresource Technology 2016, 205, 258-263.
• [19] Qintie Lin, Huanlong Peng, Songxiong Zhong, Jiangxin Xiang, Synthesis characterization, and secondary sludge dewatering performance of a novel combined silicon-aluminum-iron-starch flocculant, Journal of Hazardous Materials 2015, 285, 199-206.
• [20] Ciborowski M., Hrut K., Kamizela T., Kowalczyk M., Potiomkin K., Dualne kondycjonowanie osadów ściekowych koagulantem i polielektrolitem, Forum Eksploatatora 2014, 3(72), 34-36.
• [21] Hrut K., Kamizela T., Wpływ warunków flokulacji na podatność na odwadnianie osadów kondycjonowanych dualną metodą chemiczną, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego, Inżynieria Środowiska 2015, 37, 157, 61-69.
• [22] http://www.wartasa.eu/14,Technologia
• [23] Stanisz A., Przystępny kurs statystyki z zastosowaniem STATISTICA PL na przykładach z medycyny, T. 2. Modele liniowe i nieliniowe, StatSoft Polska, Kraków 2006.
• [24] Stanisz A., Przystępny kurs statystyki z zastosowaniem STATISTICA PL na przykładach z medycyny, T. 3. Analizy wielowymiarowe, StatSoft Polska, Kraków 2006.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).