Mobilność metali ciężkich w osadach ściekowych z oczyszczalni MBR i analiza ryzyka przyrodniczego ich wykorzystania

• Autorzy: Kowalik Robert , Janaszek Agata

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2023.12.5

Warianty tytułu

EN

Mobility of Heavy Metals in Sewage Sludge from MBR Wastewater Treatment Plants and the Ecological Risk Analysis of Their Environmental Utilization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Technologia membranowa w oczyszczaniu ścieków jest uważana za najlepszą dostępną metodę. Jednak wysoka wydajność oczyszczania ścieków powoduje wzrost zanieczyszczeń w osadach ściekowych, będących produktem ubocznym procesów oczyszczania ścieków. Osady ściekowe mają właściwości glebotwórcze i nawozowe. Najlepszą metodą zagospodarowania osadów ściekowych jest wykorzystanie ich jako nawozu. Jednak głównym kryterium możliwości ich wykorzystania jako nawozów jest zawartość metali ciężkich i jaj pasożytów. W niniejszym badaniu porównano zawartość metali ciężkich w osadach ściekowych z trzech różnych oczyszczalni ścieków przed i po modernizacji do technologii MBR. Przeprowadzono analizę specjacyjną metali i obliczono wskaźniki ryzyka, w celu oszacowania rzeczywistego ryzyka zanieczyszczenia, związanego z wykorzystaniem osadów ściekowych jako nawozów. Głównym problemem badawczym artykułu jest odpowiedź na pytanie: czy podwyższona zawartość metali ciężkich w osadach ściekowych z oczyszczalni MBR może rzeczywiście powodować ryzyko skażenia środowiska?

EN

Membrane technology in wastewater treatment is considered the best method available. However, the high efficiency of wastewater treatment results in increased contaminants in sewage sludge, a byproduct of wastewater treatment processes. Sewage sludge with have soil-forming and fertilizing properties. The best method of managing sludge is to use it as fertilizer. However, the main criterion for the possibility of using them as fertilizers is determined by the content of heavy metals and parasite eggs. This study compared the heavy metal content of sludge from three different wastewater treatment plants before and after upgrading to MBR technology. A speciation analysis of the metals was performed, and risk indicators were calculated to estimate the actual risk of contamination from the use of sewage sludge as fertilizers. The main research problem of the paper is to answer the question: whether the elevated heavy metal content of sludge from MBR treatment plants can indeed cause a risk of environmental contamination.

Słowa kluczowe

PL

membrana; osad ściekowy; MBR; technologia membranowa; oczyszczanie ścieków; nawozy

EN

membrane; sludge; MBR; membrane technology; wastewater treatment; fertilizers

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 12
• Strony: 35--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalik Robert

• Kielce University of Technology, Faculty of Environmental, Geomatic and Energy Engineering, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

autor

Janaszek Agata

• Kielce University of Technology, Faculty of Environmental, Geomatic and Energy Engineering, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

Bibliografia

• [1] Al-Khafaji S., Al-Rekabi W., Mawat M. 2022. ”Apply Membrane Biological Reactor (MBR) in Industrial Wastewater Treatment” A Mini Review. Eurasian J. Eng. Technol. (7): 98-106.
• [2] Deng L. Guo W., Ngo H., Zhang J., Liang S., Xia S., Zhang Z., Li J. 2014. ”A comparison study on membrane fouling in a sponge-submerged membrane bioreactor and a conventional membrane bioreactor”. Bioresour. Technol. (165): 69-74.
• [3] Di Bella G., Di Trapani D. 2019”A Brief Review on the Resistance-in-Series Model in Membrane Bioreactors (MBRs)”. Membranes (9) 24.
• [4] Du X., Shi Y., Jegatheesan V., Ul Haq I. 2020. ”A Review on the Mechanism, Impacts and Control Methods of Membrane Fouling in MBR System”. Membranes (10) 24.
• [5] Gawdzik J. 2012. ”Mobility of heavy metals in sewage sludge on the example of a selected sewage treatment plan”. Eng. Environ. Prot.(15): 5-15.
• [6] Hakanson L. 1980.”An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach”. Water Res.(14): 975-1101.
• [7] http://www.gios.gov.pl/pl/stan-srodowiska/monitoring-jakosci-gleby-i-ziemi (dostęp czerwiec 2023).
• [8] Hu Y., Cheng H., Ji J., Li Y. 2020.”A Review of Anaerobic Membrane Bioreactors for Municipal Wastewater Treatment with a Focus on Multicomponent Biogas and Membrane Fouling Control. Environ”. Sci. Water Res. Technol. (6): 2641-2663.
• [9] Jalilnejad E., Sadeghpour P., Ghasemzadeh K. 2020. ”Advances in Membrane Bioreactor Technology”. Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes. Ceramic Membrane Bioreactors; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands: 1-29.
• [10] Judd S., Judd C. 2011. “The MBR Book. Principles and Applications of Membrane Bioreactors for Water and Wastewater Treatment”. Second Edition, Elsevier.
• [11] Judd S. 2017. ”Membrane Technology Costs and Me”. Water Res. (122): 1-9.
• [12] Karwowska B., Dąbrowska L. 2017. ”Bioavailability of heavy metals in the municipal sewage sludge”. Ecological Chemistry And Engineering A (24): 75-86.
• [13] Konieczny K., Ćwikła J., Szołtysek M. 2014. ”Zastosowanie reaktora membranowego w procesach separacji w oczyszczalni ścieków”. Monografia PAN: Membrany i procesy membranowe w ochronie środowiska. Warszawa-Gliwice (119): 79-92.
• [14] Kowalik R., Latosińska, J., Metryka-Telka M., Porowski R., Gawdzik J. 2021. ”Comparison of the Possibilities of Environmental Usage of Sewage Sludge from Treatment Plants Operating with MBR and SBR Technology”. Membranes (11) 722.
• [15] Krzeminski P., Leverette L., Malamis S., Katsou E. 2017. ”Membrane Bioreactors-A Review on Recent Developments in Energy Reduction, Fouling Control, Novel Configurations, LCA and Market Prospects”. J. Membr. Sci. (527): 207-227.
• [16] Ladewig B., Al-Shaeli M. 2017. ”Fundamentals of Membrane Bioreactors.” Springer Nature Singapore Pte Ltd.: Singapore.
• [17] Latosińska J., Kowalik R., Gawdzik J. 2021. ”Risk assessment of soil contamination with heavy metals from municipal sewage sludge.” Applied Sciences (11): 548-561.
• [18] Environment Federation. 2012. ”Membrane Bioreactors: WEF Manual of Practice No. 36. 1st ed.” New York: McGraw-Hilll Education.
• [19] Metcalf and Eddy. 1991. “Wastewater Engineering Treatment: Treatment, Disposal and Reuse, 3rd ed.” McGraw-Hill: Singapore.
• [20] Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu. Dz.U. 2008 nr 119 poz. 765.
• [21] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie stosowania komunalnych osadów ściekowych. Dz.U. 2015 poz. 257.
• [22] Mizerna K., Król A. 2018. ”Sequential extraction of heavy metals in mineral-organic composite.” Ecol Eng Environ Technol. (19): 23-29.
• [23] Muller G. 1969. ”Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River.” Geol Journal (2): 109-118
• [24] Perin G., Craboledda L., Lucchese M., Cirillo R., Dotta L., Zanetta M., Oro A. 1985. ”Heavy metal speciation in the sediments of northern Adriatic Sea. A new approach for environmental toxicity determination.” In Heavy Metals in the Environment; Lakkas, T.D., Ed.; CEP Consultants: Edinburgh, Scotland (2): 454-456.
• [25] Pervez, M., Balakrishnan M., Hasan, S., Choo, K., Zhao Y., Cai Y., Zarra T., Belgiorno V., Naddeo V. 2020. ”A Critical Review on Nanomaterials Membrane Bioreactor (NMs-MBR) for Wastewater Treatment. ” npj Clean Water (3) 43.
• [26] Rahman T., Roy H., Islam M., Tahmid M., Fariha A., Mazumder A., Tasnim N., Pervez M., Cai Y. Naddeo V. 2023. ”The Advancement in Membrane Bioreactor (MBR) Technology toward Sustainable Industrial Wastewater Management. ” Membranes (13) 181.
• [27] Robles A., Ruano M., Ribes J., Seco A., Ferrer J. 2013. ”A filtration model applied to submerged anaerobic MBRs (SAnMBRs).” J. Memb. Sci. (444): 139-147
• [28] Shin C., Bae J. 2018. ”Current status of the pilot-scale anaerobic membrane bioreactor treatments of domestic wastewaters: A critical review.” Bioresour. Technol. (247): 1038-1046.
• [29] Tytła M., Widziewicz-Rzońca K., Kernert J., Bernaś Z., Słaby K. 2023. "First Comprehensive Analysis of Potential Ecological Risk and Factors Influencing Heavy Metals Binding in Sewage Sludge from WWTPs Using the Ultrasonic Disintegration Process" Water (15) 666.
• [30] Vaccari M., Abbà A., Bertanza G., Collivignarelli C. 2022. ”An Evidence-Based Survey on Full-Scale Membrane Biological Reactors: Main Technical Features and Operational Aspects.” Appl. Sci.(12) 6559.
• [31] Xiao K., Liang S., Wang X., Chen C., Huang X. 2019. ”Current State and Challenges of Full-Scale Membrane Bioreactor Applications: A Critical Review.” Bioresour. Technol.(271): 473-481.
• [32] Zhang J., Tian Y., Zhang J., Li N., Kong L., Yu M., Zuo W. 2017. ”Distribution and risk assessment of heavy metals in sewage sludge after ozonation.” Environ. Sci. Pollut. Res.(24): 5118-5125.
• [33] Zhu H., Yuan X., Zeng G., Jiang M., Chen Y., Liang Z., Zeng G., Jiang H. 2012. ”Ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Xiawan Port based on modified potential ecological risk index.” Transactions of Nonferrous Metals Society of China (22): 1470-1477.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).