Characteristics of sand recovered from the municipal wastewater treatment plant

• Autorzy: Górka Justyna , Poproch Dominika , Cimochowicz-Rybicka Małgorzata , Łuszczek Bartosz

Identyfikatory

DOI

10.24425/gsm.2023.145881

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka surowców odzyskiwanych z miejskiej oczyszczalni ścieków – piasek z piaskowników

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article investigates the possibilities of the recovery of raw materials at the Kraków-Płaszów municipal wastewater treatment plant (WWTP). The materials include sand coming with raw sewage and delivered by septic tankers, after cleaning sewage systems. Following the Regulation of the Minister of Climate (January 2020), sand from grit chambers is classified in the waste catalog as waste, with the code of 19 08 02. (Journal of Laws of 2020, item 10). The purchase of very efficient units has optimized the grit chamber operation and minimized the amount of waste generated as well as being an odor nuisance. The paper presents a mass balance for sand collected at the WWTP. Due to the use of new sand separators, the amount of this waste has been reduced by 28%. The paper presents the sieve curves of sand collected at the wastewater treatment plant and during the cleaning of sewage wells, as well as for sand mixtures. The sand mixture was prepared to allow some variations in the grain size characteristics of the sand. The graining differentiation indexes and curvature indexes were calculated. In addition, in laboratory tests, the leachability of heavy metals and the content of dry matter (DM) and dry mineral matter (DMM) were determined. The laboratory tests confirmed the reduction of organic solids to a level below 3% of dry weight; the content of heavy metals remained below the level of detection. The experiments confirmed that sand from the WWTP can be used as fine-grained aggregate in the production of concrete.

PL

W artykule przedstawiono możliwości odzysku surowców z miejskiej oczyszczalni ścieków Kraków-Płaszów. Do surowców tych zalicza się: piasek ze ścieków dopływających miejską siecią kanalizacyjną oraz piasek z czyszczenia sieci kanalizacyjnej dowożony samochodami asenizacyjnymi. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Klimatu ze stycznia 2020 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. z 2020 r., poz. 10) piasek z piaskowników klasyfikowany jest jako odpad o kodzie 19 08 02. Zastosowanie wysokosprawnych urządzeń pozwoliło zoptymalizować pracę piaskowników, zminimalizować ilość wytwarzanych odpadów, a także zmniejszyć ich uciążliwość zapachową. W pracy przedstawiono bilans ilościowy piasku pochodzącego z oczyszczalni ścieków. Dzięki zainstalowaniu nowych separatorów zmniejszeniu uległa ilość generowanego piasku o 36%. Przedstawiono krzywe sitowe piasku pochodzącego z oczyszczalni ścieków i z procesu czyszczenia studzienek kanalizacyjnych oraz ich mieszaniny w ustalonych proporcjach. Mieszanie miało na celu zmianę charakterystyki uziarnienia piasku. Obliczono wskaźniki różnoziarnistości oraz wskaźniki krzywizny uziarnienia. Ponadto wykonano analizy laboratoryjne piasku, tj. badania wymywalności metali ciężkich oraz zawartości suchej masy i suchej masy organicznej. Badania laboratoryjne potwierdziły skuteczność redukcji związków organicznych do poziomu poniżej 3% suchej masy oraz wartości metali ciężkich znajdowały się poza zakresem oznaczalności. Na podstawie oceny składu ziarnowego oraz analiz laboratoryjnych udowodniono, że piasek z oczyszczalni ścieków może być wykorzystany jako kruszywo drobnoziarniste w produkcji betonu.

Słowa kluczowe

EN

circular economy; grit chamber; sand separator; mineral resources

PL

gospodarka o obiegu zamkniętym; oczyszczalnia ścieków; piasek z piaskowników

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 39, z. 2
• Strony: 109--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Górka Justyna

• Faculty of Environmental Engineering and Energy, Cracow University of Technology, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9322-6206

autor

Poproch Dominika

• Doctoral School, Cracow University of Technology, Kraków, Poland
• Krakow Water, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0524-6072

autor

Cimochowicz-Rybicka Małgorzata

• Faculty of Environmental Engineering and Energy, Cracow University of Technology, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0216-9403

autor

Łuszczek Bartosz

• Kraków Water, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6466-0978

Bibliografia

• [1] Bieniowski et al. 2020 – Bieniowski, M., Bauman-Kaszubska, H. and Kozakiewicz, P. 2020. Considerations on the management of sand produced in sewage treatment plants (Rozważania na temat zagospodarowania piasku powstających w oczyszczalniach ścieków). Forum Eksploatatora 108(3), pp. 52-55 (in Polish).
• [2] Borges et al. 2015 – Borges, N.B., Campos, J.R. and Pablos, J.M. 2015. Characterization of residual sand removed from the grit chambers of a wastewater treatment plant and its use as fine aggregate in the preparation of nonstructural concrete. Water Practice and Technology 10(1), pp. 164-171, DOI: 10.2166/wpt.2015.018.
• [3] Chen et al. 2016 – Chen, Y.P., Guo, J.S., Wang, J., Yan, P., Ji, F.Y., Fang, F. and Dong, Y. 2016. A grit separation module for inorganic matter removal from activated sludge: investigation on characteristics of split sludge from the module. Environmental Technology 37(24), pp. 3168-3176, DOI: 10.1080/09593330.2016.1181108.
• [4] Cieślik et al. 2015 – Cieślik, B.M., Namieśnik, J. and Konieczka, P. 2015. Review of sewage sludge management: standards, regulations and analytical methods. Journal of Cleaner Production 90, pp. 1-15, DOI: 10.1016/j. Jclepro.2014.11.031.
• [5] Górka et al. 2022 – Górka, J., Cimochowicz-Rybicka, M. and Poproch, D. 2022. Sludge management at the Kraków-Płaszów WWTP – case study. Sustainability 14(13), pp. 1-11, DOI: 10.3390/su14137982.
• [6] Heshmati, A. 2015. A Review of Circular Economy and its Implementation, pp. 1-63. No. 9611. IZA, Bonn, Germany.
• [7] Imhoff, K. 1996. City sewerage and sewage treatment. Guide (Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków. Poradnik). Bydgoszcz, pp. 264-265 (in Polish).
• [8] Intowgc [Online:] http://www.intowgc.pl/index.php [Accessed: 2020].
• [9] Józefów. Portal of the City Hall. [Online] https://www.jozefow.pl/oczyszczalnia-sciekow-147 [Accessed: 2021-07-06].
• [10] Judd et al. 2017 – Judd, S.J., Khraisheh, M., Al-Jaml, K.L., Jarman, D.M. and Jahfer, T. 2017. Influence of composite particle formation on the performance and economics of grit removal. Water Resource 108, pp. 444-450, DOI: 10.1016/j.watres.2016.11.025.
• [11] Kielce waterworks. [Online:] https://wod-kiel.com.pl [Accessed: 2020-02-06] (in Polish).
• [12] Kolosovska, T. and Bauer, S.K. 2022. Evaluation of grit properties at a medium-capacity wastewater treatment plant: A case study. Resources, Conservation & recycling Advances 14, pp. 1-9, DOI: 10.1016/j.rcradv.2022.200080.
• [13] Kościan waterworks. [Online:] https://platformazakupowa.pl/transakcja/341856 [Accessed: 2020-05-05] (in Polish).
• [14] Malej, J. 2004. Waste and sewage sludge, characteristics, disposal and management (Odpady i osady ściekowe, charakterystyka, unieszkodliwianie zagospodarowanie). Koszalin (in Polish).
• [15] Marshal of the Podkarpackie Voivodeship. [Online:] https://bip.podkarpackie.pl [Accessed: 2021-07-06] (in Polish).
• [16] Oleskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji sp. z o.o. w Oleśnie (OPWiK). [Online:] http://oleskiewodociagi.pl/217/postep-robot-dla-zadania-rozbudowa-i-modernizacja-oczyszczalni-sciekow-w-olesnie.html [Accessed: 2021-07-06] (in Polish).
• [17] Ordinance MC 2020. Ordinance of the Minister of the Climate of 2 January 2020 on the waste catalog (Rozporządzenie Ministra Klimatu z dnia 2 stycznia 2020 w sprawie katalogu odpadów) (Dz.U. 2020 poz.10) (in Polish).
• [18] Pietrzyk-Sokulska, E. 2016. Recycling as a potential source for mineral raw materials with selected groups of waste (Recykling jako potencjalne źródło pozyskiwania surowców mineralnych z wybranych grup odpadów). Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN 92, pp. 141-162 (in Polish).
• [19] Plana et al. 2020 – Plana, Q., Pauleat, A., Gadbois, A., Lessard, P. and Vanrolleghem, V.A. 2020. Characterizing the settleability of grit particles. Water Environment Research 92(5), pp. 731-739, DOI: 10.1002/wer.1268.
• [20] Płock waterowrks. [Online:] https://wodociagi.pl/dzialalnosc/ekologia/scieki/ [Accessed: 2021] (in Polish).
• [21] PKN-CEN ISO/TS 17892-4:2009 Geotechnical tests – Soil laboratory tests – Part 4: Determination of the particle size distribution.
• [22] PN-EN 12620:2004 Aggregates for concrete.
• [23] PN-EN 15934:2013-02 Sewage sludge, treated bio-waste, soil and waste – Determination of dry matter by determination of the dry residue content or the water content.
• [24] PN-EN 15935:2022-01 Soil, waste, treated bio-waste and sewage sludge – Determination of losses on ignition.
• [25] Renfrew et al. 2022 – Renfrew, D., Vasilaki, V., McLeod, A., Lake, A., Danishvar, S. and Katsou, E. 2022. Where is the greatest potential for resource recovery in wastewater treatment plants? Water Research 222, pp. 1-13, DOI: 10.1016/j.watres.2022.118673.
• [26] Schanmugam et al. 2022 – Schanmugam, K., Gadhamshetty,V., Tysklind, M., Bhattachatyya, D. and Upadhyayula, V.K.K. 2022. A sustainable performance framework for circular management of municipal wastewater treatment plants. Journal of Cleaner Production 339, pp. 1-17, DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130657.
• [27] Słomniki. [Online:] file:///C:/Users/pldph/Downloads/P-13-168-LKR-06-01.pdf [Accessed: 2020].
• [28] Szulc, P. 2018. Wastewater grit problem – case study, potencial possibilities of disposal and reusage based on Poznań WWTP example (Piasek z oczyszczalni ścieków – analiza problemu, możliwości odzysku i wykorzystania na przykładzie oczyszczalni ścieków w Poznaniu). Gaz, woda, technika sanitarna 5, pp. 190-193, DOI: 10.15199/17.2018.5.9 (in Polish).
• [29] Tchobanoglous et al. 2014 – Tchobanoglous, G., Stensel, H.D., Tsuchihashi, R., Burton, F.L., Abu-Orf, M., Bowden, G. and Pfrang, W. 2014. Wastewater engineering: treatment and resource recovery. Metcalf and Eddy, 5th ed. McGraw-Hill Education, New York, USA.
• [30] Warta SA Częstochowa. [Online:] https://www.wartasa.eu/12,Parametry-sciekow [Accessed: 2018] (in Polish).
• [31] Warta SA Częstochowa. [Online:] https://www.wartasa.eu/n31,Zagospodarowanie-odpadow-w-postaci-piasku-i-skratek-na-potrzeby-budownictwa-komunikacyjnego [Accessed: 2011] (in Polish).
• [32] Wiśniowska, E. Waste management in a sewage treatment plant. Vol. II – screenings (Gospodarka odpadami w oczyszczalni ścieków. Cz. II – skratki). [Online] https://sozosfera.pl/odpady/gospodarka-odpadami-w -oczyszczalni-sciekow-cz-ii-skratki/ [Accessed: 2016] (in Polish).
• [33] Yan et al. 2014 – Yan, P., Ji, F., Fan, J. and Zong, S. 2014. Grit Separation Module Performance and Influencing Factors for Grit Removal Efficiency from Activated Sludge. Separation Science and Technology 49(1), pp. 121-129, DOI: 10.1080/01496395.2013.828311.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)