Toxicity assessment of treated meat industry wastewater in the anaerobic process

• Autorzy: Kwarciak-Kozłowska A.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2017.4.6

Warianty tytułu

PL

Ocena toksyczności ścieków z przemysłu mięsnego oczyszczonych w procesie beztlenowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Major pollutant components of meat processing wastewater are biodegradable organic compounds, fats and proteins in both particulate and dissolved forms. Because of the possible pollution of water sources, the efficient disposal of effluent from meat plants is important. The treatment of industrial wastewater is a highly complex process that generally involves factors associated with load fluctuations and high concentrations of organic matter. Toxic effects on aquatic organisms and plants may be caused by numerous nitrogen compounds, as well as detergents and antibiotics, in the meat industry wastewater. The aim of the research was to determine the toxicity of anaerobic treated meat industry wastewaters. The level of toxicity was determined with algae growth inhibition test and Lepidium test. The values of E_rC₅₀ (0÷96) and E_bC₅₀ of indicators were 18.4 and 8.6% respectively. TU value for E_rC₅₀ was 5.51 which meant acute toxicity of wastewater. The value of TU for E_bC₅₀ was 11.62 (high toxicity of wastewater). The values of indicators RSG (relative seed germination), RRG (relative root growth) and GI (germination index) were 92, 19.5 and 17.62% respectively. Treatment efficiency meat industry wastewater during fermentation process was very high. The COD and BOD removal efficiency were on 82.3 and 80% respectively. Effluent from ASBR reactor had following parameters: COD - 206 mg O₂/dm³ and BOD - 130 mg/dm³. TOC value after anaerobic process was 75 mg C/dm³ (78.1%). The concentration of ether extract and proteins were 188 and 74 mg/dm³respectively. Generated biogas in the methane fermentation process of wastewater from meat industry plants was characterized by a high methane content (77.5% vol.). Carbon dioxide and the ballast in the analyzed biogas were 20 and 2.5% respectively. In order to enrich biomass with methane by removal of CO₂ from its content, the gas generated in the anaerobic process was subjected to the processes of chemisorption and adsorption on the granulated active carbons and molecular sieve. Purification the raw biogas by a molecular sieve has contributed to the increase of methane in enriched from 77.5 to 92.6% and the removal of CO₂ from 20 to 5.7%. Due to poor quality and its high toxicity, effluent from ASBR reactor can not to be discharged into natural water. In the future it is suggested to incorporate RO or UF into the technological system in order to posttreatment the wastewater.

PL

Głównymi zanieczyszczeniami obecnymi w ściekach powstających na terenie zakładu mięsnego są biodegradowalne związki organiczne, tłuszcze i białka, występujące w nich zarówno w formie cząstek stałych, jak i rozpuszczonych. Ze względu na możliwość zanieczyszczenia nimi naturalnych odbiorników ważne jest skuteczne oczyszczanie tego rodzaju ścieków poprodukcyjnych. Oczyszczanie ścieków przemysłowych jest bardzo złożonym procesem, na który wpływa wiele czynników, m.in. wysokie stężenie materii organicznej w ściekach, jak również duże ich wahania. Działanie toksyczne na organizmy wodne i rośliny może być spowodowane przez występujące w ściekach z przemysłu mięsnego związki azotu, a także detergenty i antybiotyki. Celem badań było określenie toksyczności beztlenowo oczyszczonych ścieków z przemysłu mięsnego. Poziom ich toksyczności określono za pomocą testu zahamowania wzrostu glonów oraz testu Lepidium. Wartości wskaźników E_rC₅₀ (0-96) i E_bC₅₀ wynosiły odpowiednio 18,4 i 8,6%. Wartość TU dla E_rC₅₀ wynosiła 5,51, co oznaczało ostrą toksyczność ścieków. Wartość TU dla E_bC₅₀ wynosiła 11,62 (wysoka toksyczność ścieków). Wartości wskaźników RSG (względne kiełkowanie nasion), RRG (względny wzrost korzeni) oraz GI (wskaźnik kiełkowania) wynosiły odpowiednio 92, 19,5 i 17,62%. Efektywność oczyszczania ścieków z przemysłu mięsnego w procesie fermentacji metanowej była bardzo wysoka. Stopień usunięcia ChZT i BZT₅ był na poziomie odpowiednio 82,3 i 80%. Odpływ z reaktora ASBR charakteryzował się następującymi wartościami: ChZT - 206 mg/dm³ i BZT₅ - 130 mg/dm³. Wartość OWO po procesie beztlenowym obniżyła się do poziomu 75 mg C/dm³ (78,1%). Stężenie ekstraktu eterowego i białek w ściekach oczyszczonych wynosiło odpowiednio 188 i 74 mg/dm³. Wytworzony w procesie fermentacji metanowej ścieków z zakładu mięsnego biogaz charakteryzował się wysoką zawartością metanu (77,5% obj.). Zawartość ditlenku węgla i balastu w analizowanym biogazie wynosiła odpowiednio 20 i 2,5%. W celu wzbogacenia biogazu w metan poprzez usunięcie z jego zawartości CO₂ wytworzony w procesie beztlenowym gaz poddano procesom chemisorpcji i adsorpcji na granulowanych węglach aktywnych oraz na sicie molekularnym. Oczyszczanie surowego biogazu za pomocą sita molekularnego przyczyniło się do wzrostu zawartości metanu z 77,5 do 92,6% przy jednoczesnym usunięciu CO₂ z 20 do 5,7%. Z powodu jednak złej jakości odpływu z reaktora ASBR oraz jego wysokiej toksyczności ścieki tak oczyszczone nie mogą być odprowadzane do odbiornika naturalnego. W przyszłości w celu ich doczyszczania sugeruje się włączenie procesu RO lub UF do układu technologicznego.

Słowa kluczowe

EN

meat industry wastewater; toxicity; Lepidium test; ASBR reactor; biogas purification

PL

ścieki z zakładu mięsnego; toksyczność; test Lepidium; reaktor ASBR; oczyszczanie biogazu

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 20, nr 4
• Strony: 509--523
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., 1 wykr.

Twórcy

autor

Kwarciak-Kozłowska A.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 62a, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Bartkiewicz B., Oczyszczanie ścieków przemysłowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
• [2] Konieczny P., Szymański M., Ścieki przemysłu spożywczego-charakterystyka, zagrożenia, korzyści, Przegląd Komunalny 2007, 02, 88-100.
• [3] Malińska K., Problemy ochrony środowiska w przedsiębiorstwach przemysłu spożywczego, VII Ogólnopolska Sesja Popularnonaukowa „Środowisko a Zdrowie - 2005”, Częstochowa 2005, 135-145.
• [4] Gudelis-Matys K., Oczyszczanie ścieków w zakładach mięsnych, Gospodarka Mięsna 2004, 09, 50-52.
• [5] Konieczny P., Uchman W., Zakład mięsny a środowisko naturalne, Wydaw. Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego, Poznań 1997.
• [6] Kwarciak-Kozłowska A., Bohdziewicz J., Mielczarek K., Krzywicka A., The application of UASB reactor in meat industry wastewater treatment, Civil and Environmental Engineering Reports, 2011, 119-128.
• [7] Kwarciak-Kozłowska A., Krzywicka A., Sławik-Dembiczak L., Integrating the anaerobic proces with ultrafiltration in meat industry wastewater treatment, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 2014, 25, 4, 55-58.
• [8] Chávez P.C., Castillo L.R., Dendooven L., Poultry slaughter wastewater treatment with an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, Bioresource Technology 2005, 96, 5, 1730-1736.
• [9] Malińska K., Unieszkodliwianie odpadów z uboju i przetwórstwa mięsa na drodze fermentacji metanowej, Poradnik, Informator Masarski 2008, 10, 60-64.
• [10] Tritt W.P., Schuchardt F., Materials flow and possibilities of treating liquid and solid wastes from slaughterhouses in Germany, A review, Bioresource Technology 1992, 41, 235-245.
• [11] Kwarciak-Kozłowska A., Bohdziewicz J., Mielczarek K., Krzywicka A., Treatment of meat industry wastewater using coagulation and Fenton's reagent, Civil and Environmental Engineering Reports, 2011, 45-58.
• [12] Massé D.I., Massé L., Treatment of slaughterhouse wastewater in anaerobic sequencing batch reactors, Canadian Agricultural Engineering 2000, 42, 3, 131-137.
• [13] Bień J., Worwąg M., Neczaj E., Kacprzak M., Milczarek M. Gałwa-Widera M., Kofermentacja odpadów tłuszczowych i osadów ściekowych, Inżynieria Ochrony Środowiska 2008, 11(1), 73-82.
• [14] Sayed S.K.I., van Campen L., Lettinga G., Anaerobic treatment of slaughterhouse waste using a granulat sludge UASB reactor, Biol. Waste 1987, 23,117-142.
• [15] de Sena R.F., Tambosi J.L., Genena A.K., de Moreira R.F.P.M., Schröder H.F., José H.J., Treatment of meat industry wastewater using dissolved air flotation and advanced oxidation processes monitored by GC-MS and LC-MS, Chemical Engineering Journal 2009, 152, 151-157.
• [16] Bohdziewicz J., Sroka E., Korus I., Application of ultrafiltration and reverse osmosis to the treatment of the wastewater produced by the meat industry, Polish Journal of Environmental Studies 2003, 12, 3, 269-274.
• [17] Yordanov D., Preliminary study of the efficiency of ultrafiltration treatment of poultry slaughterhouse wastewater, Bulgarian Journal of Agricultural Science 2010, 16, 6, 700-704.
• [18] Jonhs M.R., Developments in wastewater treatment in the meat processing industry: a review, Bioresource Technology 1995, 54, 203-216.
• [19] Amin M.M., Rafiei N., Taheri E., Treatment of slaughterhouse wastewater in an upflow anaerobic sludge blanket reactor: Sludge characteristics, Int. J. Env. Health Eng. 2016, 5-22.
• [20] Botiş M., Purification of the wastewater from meat industry, Journal on Processing and Energy in Agriculture 2015, 19, 1, 21-23.
• [21] Rodríguez-Loaiza D.C., Ramírez-Henao O., Peñuela-Mesa G.A., Assessment of toxicity in industrial wastewater treated by biological processes using luminescent bacteria, Actual. Biol. 2016, 38, 105, 211-216.
• [22] Kwarciak-Kozłowska A., Krzywicka A., Toxicity of coke wastewater treated with advanced oxidation by Fenton process supported by ultrasonic field, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 2016, 27, 42-47.
• [23] APHA, Standard Methods for Water and Wastewater Examination, 17th ed., Amer. Public Health Assoc., Washington, DC 1992.
• [24] Hermanowicz W., Fizyczno-chemiczne badania wody i ścieków, Arkady, Warszawa 1998.
• [25] Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J., Protein measurement with the Folin phenol reagent, J. Biol. Chem. 1951, 193-265.
• [26] OECD 201 Guideline for testing of chemicals,1984, Alga, Growth Inhibition Test.
• [27] Regulation of the Minister of Health dated July 28th, 1003 on the methods of conducting studies of physico-chemical properties, toxicity and eco-toxicity of substances and chemical preparations.
• [28] Walter I., Martínez R., Cala V., Heavy metal speciation and phytotoxic effect of three sewage sludges for agricultular uses, Enviromental Pollution 2006, 139, 507-514.
• [29] Regulation of the Ministry of Environmental Protection, Natural Resources an Forestry, dated 18 November 2014, on the classification of water and conditions the sewage discharged to waters and soil should satisfy, J. Law No. 0, item 1800.
• [30] Persoone G., Marsalek B., Blinova I., Törökne A., Zarina D., Manusadzianas L., Nalecz-Jawecki G., Tofan L, Stepanova N, Tothova L, Kolar B., A practical and user-friendly toxicity classification system with microbiotests for natural waters and wastewaters, Environ. Toxicol. 2003, 18, 6, 395-402.
• [31] Rodríguez-Loaiza D.C., Ramírez-Henao O., Peñuela-Mesa G.A., Assessment of toxicity in industrial wastewater treated by biological processes using luminescent bacteria, Actual. Biol. 2016, 38(105), 211-216.
• [32] Bame I.B., Hughes J.C., Titshall L.W., Buckley C.A., The effect of irrigationwith anaerobic baffled reactor effluent on nutrient availability, soil properties and maize growth, Agric. Water Manag. 2014, 134, 50-59.
• [33] Barbagallo S., Cirelli G.L., Consoli F.L., Marzo A., Toscanos A., Analysis of treated wastewater reuse potential, Water Sci. Technol. 2012, 65, 2024-2033.
• [34] Gerber M., Lucia T. Jr., Correa L., Pereira Neto J.E., Correa E.K., Phytotoxicity of effluents from swine slaughterhouses using lettuce and cucumber seeds as bioindicators, Science of the Total Environment 2017, 592, 86-90.

Uwagi

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