The Application of Integrated System in Dairy Wastewater Treatment

• Autorzy: Kwarciak-Kozłowska A. , Gałwa-Widera M. , Bień J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie zintegrowanego system w oczyszczaniu ścieków mleczarskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presented the results of the examinations obtained during treatment of dairy wastewater in a membrane photoreactor where photocatalysis was sequentially combined with low-pressure membrane process. The aim of the study was to determine the effectiveness of degradation of the contaminants contained in such wastewater during photocatalysis and in the arrangement that combined photocatalysis with ultrafiltration. Several experiments were performed in order to determine the most beneficial conditions of the photocatalysis process, e.g. the dose of the photocatalysts used (TiO₂ and ZnO), duration of the process and pH of wastewater subjected to oxidation. The dose of titanium dioxide was changed from 1 to 40 g/dm³, whereas the content of zinc oxide ranged from 1 to 6 g/dm³. The results obtained in the study showed that the extension of the irradiation time to over 30 minutes (TiO₂) and over 45 minutes (ZnO) during photocatalysis does not lead to increased removal of contaminants from the dairy wastewater. It was also demonstrated that the increase in the doses of both photocatalysts does not lead to the increase in the efficiency of their treatment. In the case of treatment of dairy wastwater with TiO₂, the photocatalysis occurred most effectively for its dose of 10 g/dm³. Removal rates for COD, TOC and total nitrogen were 58% (1670 mg/dm³), 62% (450 mg/dm³) and 56% (128 mg/dm³), respectively. Replacing titanium dioxide with zinc oxide (ZnO – 2 g/dm³) in the photocatalysis process allowed for obtaining higher degrees of removal of contaminants determined as COD, TOC and total nitrogen to the level of 77.8% (870 mg/dm³), 62% (445 mg/dm³) and 52% (139 mg/dm³), respectively. Since both photocatalysts were supplied to the photoreactor in the form of a suspension, the membrane in the next reactor represented an efficient barrier for their particles. It was observed that higher volumetric stream of the permeate was obtained during the process of low-pressure membrane filtration of sewage initially treated in the process of photocatalysis with titanium dioxide (4.6·10^-5 m³/m²·s – TiO₂ and 4.1·10^-5m³/m²·s – ZnO). It was found that the ultrafiltration process in the case of the feed material with TiO₂ led to the reduction in COD, TOC and total nitrogen by 78% (370 mg/dm³), 72% (126 mg/dm³) and 40% (80 mg/dm³). Slightly better quality of permeate was obtained when the feed material contained ZnO powder. Degree of retention of the contaminants COD, TOC and total nitrogen were 68% (280 mg/dm³), 66% (143 mg/dm³) and 42% (76 mg/dm³), respectively.

PL

W pracy zaprezentowano wyniki badań jakie otrzymano podczas oczyszczania ścieków mleczarskich w fotoreaktorze membranowy w którym sekwencyjnie skojarzono procesy fotokatalizę z niskociśnieniowym procesem membranowymi. Celem badań było określenie skuteczności degradacji zanieczyszczeń znajdujących się w tego rodzaju wodach odpadowych w samodzielnie prowadzonym procesie fotokatalizy jak również w układzie kojarzącym go z procesem ultrafiltracji. Przeprowadzono szereg eksperymentów w celu ustalenia najkorzystniejszych warunków prowadzenia procesu fotokatalizy tj. dawka zastosowanych fotokatalizatorów (TiO₂ i ZnO), czas prowadzenia procesu oraz wartość pH ścieków poddawanych utlenianiu. Dawkę ditlenku tytanu zmieniano w zakresie od 1 do 40 g/dm³ a tlenku cynku od 1 do 6 g/dm³. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, że wydłużanie czasu naświetlania powyżej 30 minut (TiO₂) oraz powyżej 45 min (ZnO) w procesie fotokatalizy nie wpływa na zwiększanie usunięcia zanieczyszczeń z oczyszczanych ścieków mleczarskich. Wykazano również, że zwiększanie stosowanych dawek obu fotokatalizatorów nie skutkuje wzrostu efektywności ich oczyszczania. W przypadku oczyszczania ścieków mleczarskich z TiO₂ proces fotokatalizy przebiegał najkorzystniej jego dawce wynoszącej 10 g/dm³. Stopień usunięcia ChZT, OWO i azotu ogólnego wynosił odpowiednio 58% (1670 mg/dm³), 62% (450 mg/dm³) i 56% (128 mg/dm³). Zastąpienie ditlenku tytanu tlenkiem cynku (ZnO – 2g/dm³) w procesie fotokatalizy pozwoliło na uzyskanie wyższych stopni usunięcia zanieczyszczeń oznaczanych jako ChZT, OWO i azotu ogólnego odpowiednio do poziomu 77.8% (870 mg/dm³), 62% (445 mg/dm³) i 52% (139 mg/dm³). Z uwagi na fakt, że oba dawkowano do fotoreaktora w formie zawiesiny to znajdująca się w kolejnym reaktorze membrana była skuteczną barierę dla ich cząstek. Zaobserwowano, że wyższy objętościowy strumień permeatu uzyskano w trakcie prowadzenia procesu niskociśnieniowej filtracji membranowej ścieków wstępnie podczyszczonych w procesie fotokatalizy z ditlenkiem tytanu (4,6·10^-5 m³/m²·s – TiO₂ i 4,1·10^-5 m³/m²·s – ZnO). Stwierdzono że wykorzystany proces ultrafiltracji w przypadku nadawy z TiO₂ przyczynił się do obniżenia wartości wskaźników ChZT, OWO i azotu ogólnego odpowiednio o 78% (370 mg/dm³), 72 % (126 mg/dm³) i 40% (80 mg/dm³). Nieznacznie lepszej jakości permeat otrzymano, gdy nadawa zawierała proszek ZnO. Stopień retencji zanieczyszczeń ChZT, OWO i azotu ogólnego wynosił odpowiednio 68% (280 mg/dm³), 66 % (143 mg/dm³) i 42% (76 mg/dm³).

Słowa kluczowe

EN

dairy wastewater; photocatalysis; TiO2; ZnO; advanced oxidation process; ultrafiltration

PL

ścieki mleczarskie; fotokataliza; TiO2; ZnO; zaawansowane metody utleniania; ultrafiltracja

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 1
• Strony: 602--615
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kwarciak-Kozłowska A.

• Czestochowa University of Technology

autor

Gałwa-Widera M.

• Czestochowa University of Technology

autor

Bień J.

• Czestochowa University of Technology

Bibliografia

• 1. Abreu P., Pereira E.L, Campos C.M.M., Naves F.L. (2012), Photocatalytic Oxidation Process (UV/H2O2/ZnO) in the treatment and sterilization of dairy wastewater, Acta Scientiarum. Technology, 35, 1, 75-81.
• 2. Ashish T, Omprakash S. (2014). Study of Characteristics and Treatments of Dairy Industry Waste Water, Journal of Applied & Environmental Microbiology, 2(1), 16-22.
• 3. Banu R.J., Sambandam A., Kaliappan S., Yeom I-T. (2008). Treatment of dairy wastewater using anaerobic and solarphotocatalytic methods, Solar Energy, 82, 812–819.
• 4. Bodzek M., Bohdziewicz J., Konieczny K. (1997). Techniki membranowe w ochronie środowiska, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• 5. Chantes P., Jarusutthirak Ch., Danwittayakul S. (2015), A Comparison Study of Photocatalytic Activity of TiO2 and ZnO on the Degradation of Real Batik Wastewater, International Conference on Biological, Environment and Food Engineering (BEFE-2015) May 15-16, Singapore.
• 6. Inamdar I, Singh S.K. (2008). Photocatalytic Detoxification Method for Zero Effluent Discharge in Dairy Industry Effect of Operational Parameters, World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Civil and Environmental Engineering, 2(1), 10-14.
• 7. Kępa U. (2012). Kinetyka utleniania cyjanków za pomocą ozonowania, Inżynieria i Ochrona Środowiska, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 15(3), 265-275.
• 8. Klimonda A., Kowalska I. (2018), Separation of cationic biocide by means of ultrafiltration process, E3S Web of Conferences, 44, 00068.
• 9. Mondal K., Sharma IITK A.,(2014). Photocatalytic Oxidation of Pollutant Dyes in Wastewater by TiO2 and ZnO nano-materials–A Mini-review, Nanoscience & Technology for Mankind, Chapter 5.
• 10. Mozia S. (2010), Photocatalytic Membrane Reactors (PMRs) in Water and Wastewater Treatment, A Review, Separation and Purification Technology, 73, 71-91.
• 11. Mozia S., Tomaszewska M., Morawski A.W., (2005) A New Photocatalytic Membrane Reactor (PME) for removal of Azo-Dye Acid Red 18 from Water, Applied Catalysis B., Environmental, 59, 131-137.
• 12. Rodrigo F. S. Salazar R. F.S., Oliveira M.F., Alcântara M., Hélcio J. Izário Filho (2013), Evaluation of a System for Dairy Wastewater Treatment Composed by Photochemical (TiO2 fixed / UVsolar) and Biological (Aeration Pond) Reactors, International Review of Chemical Engineering (I.RE.CH.E.), 5(4), 294-300.
• 13. Samanamud G.R.L, Filho H.J., Loures C.A., Oliveira I.S., Souza A.L., de Freitas A.P, Pei R. (2013), The Application of a Surface Response Methodology in the Solar/UV-Induced Degradation of Dairy Wastewater Using Immobilized ZnO as a Semiconductor, Hindawi Publishing Corporation International Journal of Chemical Engineering, Article ID 393467.
• 14. Zmudziński W. (2012), Studia nad zastosowaniem wybranych procesów fotokatalicznych do poprawy jakości wód zużytych z zakładów mleczarskich, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu.
• 15. Wang L., Hung Y-T., Lo H., Yapijakis C. (2006). Waste Treatment in the Food Processing Industry, CRC Press, Taylor & Francis Group.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).