Examinations of the effect of ashes from coal and biomass co-combustion on the effectiveness of sewage sludge dewatering

• Autorzy: Wójcik M.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2018.3.6

Warianty tytułu

PL

Badania wpływu popiołów ze współspalania węgla i biomasy na efektywność procesu odwadniania osadów ściekowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

High water content and the associated large volume of waste represent a challenge to final disposal of sewage sludge. For this reason, dewatering is one of the most important stages in sewage sludge treatment. However, sewage sludge dewatering is also the most expensive and least explored process. The specific physical and chemical properties of raw sewage sludge make it impossible to obtain satisfactory dewatering effects without primary processing. Water removal efficiency can be improved with sludge conditioning by means of various technologies. Chemical conditioning, which consists in dosing organic flocculants, has been commonly used in wastewater treatment plants. Application of polyelectrolytes to sludge in order to improve its dewaterability generates high operating costs in sewage treatment plants, amounting even to several thousand PLN a month. The economic aspects have driven the development of the research on intensification of sewage sludge dewatering using various materials, including waste. Conditioning of sewage sludge with fuel combustion by-products represents an alternative to commonly used technologies. The paper presents the effect of by-products of co-combustion of hard coal and plant biomass on the efficiency of sewage sludge dewatering. The effect of ash on capillary suction time (CST), water content and specific resistance to filtration was discussed. Physical conditioning of sewage sludge led to the decrease in CST, specific resistance to filtration (SRF) and water content. An increase in filtrate volume after pressure filtration was also observed. The results obtained in the study showed that addition of waste can represent an alternative method of sewage sludge conditioning.

PL

Mankamentem osadów ściekowych pod kątem ich ostatecznej utylizacji jest wysoki stopień uwodnienia i związana z tym duża objętość odpadu. Z tego względu jednym z najważniejszych, ale zarazem jednym z najdroższych i najmniej poznanych etapów przeróbki osadów ściekowych jest proces odwadniania. Specyficzne właściwości fizykochemiczne surowego osadu ściekowego uniemożliwiają uzyskanie zadowalających efektów odwadniania bez wstępnej obróbki osadów ściekowych. Poprawę efektywności usuwania wody z osadów można uzyskać poprzez kondycjonowanie z użyciem różnych dostępnych technik. Powszechnie w oczyszczalniach ścieków stosuje się kondycjonowanie chemiczne, polegające na dozowaniu organicznych flokulantów. Aplikacja polielektrolitów do osadów w aspekcie poprawy ich odwadnialności generuje wysokie koszty eksploatacyjne w oczyszczalniach ścieków, wynoszące nawet kilka tysięcy złotych miesięcznie. Aspekty ekonomiczne doprowadziły do rozwoju badań nad intensyfikacją odwadniania osadów ściekowych z zastosowaniem różnych materiałów, w tym również produktów odpadowych. Kondycjonowanie osadów ściekowych z użyciem ubocznych produktów spalania paliw stanowi alternatywę dla powszechnie stosowanych metod wspomagania odwadnialności osadów. W pracy przedstawiono wpływ popiołu ze współspalania węgla kamiennego i biomasy roślinnej na efektywność procesu odwadniania osadów ściekowych. Omówiono wpływ aplikacji popiołu na wartość CSK, uwodnienie oraz opór właściwy filtracji. Analizie poddano również ilość uzyskanego filtratu po procesie odwadniania. Fizyczne kondycjonowanie osadów ściekowych z użyciem popiołu ze współspalania węgla i biomasy skutkowało obniżeniem CSK oraz uwodnienia osadów. Uzyskane rezultaty potwierdziły spadek wartości ww. parametrów po procesie kondycjonowania osadów popiołami. Odnotowano również zwiększenie ilości filtratu uzyskanego po procesie odwadniania. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że aplikacja popiołów do osadów może stanowić niekonwencjonalną metodę kondycjonowania osadów ściekowych.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; ashes; conditioning; dewatering; sewage sludge management; recycling

PL

osady ściekowe; popioły; odwadnianie; kondycjonowanie; recykling; gospodarka osadami ściekowymi

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 21, nr 3
• Strony: 273--288
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., fot., wykr.

Twórcy

autor

Wójcik M.

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Department of Materials Forming and Processing, al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach, Dz.U. 2013, poz. 21.
• [2] Raport Głównego Urzędu Statystycznego Ochrona Środowiska 2017.
• [3] Bank Danych Lokalnych. www.bdl.stat.gov.pl
• [4] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych, Dz.U. 2015, poz. 257.
• [5] Wang J., Wang J., Application of radiation technology to sewage sludge processing: A review, Journal of Hazardous Materials 2007, 143, 2-7.
• [6] Wójtowicz A., Modelowe rozwiązania w gospodarce osadowej. Izba Gospodarcza „Wodociągi Polskie”, Bydgoski Dom Wydawniczy, Bydgoszcz 2013.
• [7] Wójtowicz A., Kierunki rozwoju gospodarki osadowej. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2014, 4, 148-153.
• [8] Bień J., Górski M., Gromiec M., Kacprzak M., Kamizela T., Kowalczyk M., Neczaj E., Pająk T., Wystalska K., Ekspertyza, która będzie stanowić materiał bazowy do opracowania strategii postępowania z komunalnymi osadami ściekowymi na lata 2014-2020, Częstochowa 2014.
• [9] Bruus J.H., Nielsen P.H., Keiding K., On the stability of activated sludge flocs with implications to dewatering, Water Resources 1992, 26, 1597-1604.
• [10] Cyplik-Piotrowska A., Czarnecki Z., Pomiar czasu ssania kapilarnego (CSK) jako metoda wyznaczania optymalnej dawki flokulantów do wspomagania procesu odwadniania komunalnego osadu ściekowego, Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering 2005, 50(1), 21-23.
• [11] Mowla D., Tran N.H., Allen D.G., A review of properties of biosludge and its revelance to enhanced dewatering processes, Biomass and Bioenergy 2013, 58, 365-378.
• [12] Li X.Y., Yang S.F., Influence of loosely bound extracellular polymeric substances (EPS) on the flocculation, sedimentation and dewaterability of activated sludge, Water Research 2007, 41(5), 1022-1030.
• [13] Zhang H., Lu X., Song L., Zhang L., Effects of loosely bound EPS release and floc reconstruction on sludge dewaterability, Water, Air & Soil Pollution 2018, 2229, 27. http://doi.org/10.10 07/s11270-017-3683-z.
• [14] Wang W., Lud Y., Qiao W., Possible solution for sludge dewatering in China, Frontiers of Environmental Science & Engineering in China 2010, 4(1), 102-107.
• [15] Chu P.C., Lee D.J., Moisture distribution in sludge: effects of polymer conditioning, Journal of Environmental Engineering 1999, 125(14), 340-345.
• [16] Skinner S.J., Studer L.J., Dixon D.R., Hillis P., Rees C., Wall R.C., Cavalida R.G., Usher S.P., Stickland A.D., Scales P.J., Quantification of wastewater sludge dewatering, Water Research 2015, 82(1), 2-13.
• [17] Tuán P.A., Sewage sludge electro-dewatering, Acta Universitatis Lappeenrantaensis - Diss. Lappeenranta University of Technology, Lappeenranta 2011.
• [18] Stachowicz F., Wójcik M., Trzepieciński T., The cost-effectiveness analysis of biomass ashes application in sewage sludge management, International Multidisciplinary Conference, 12th edition, Bessenyei Publishing House, Nyiregyhaza 2017, 87-92.
• [19] Albertson O.E., Kopper M., Fine-coal-aided centrifugal dewatering of waste activated sludge, Journal of Water Pollution Control Federation 1983, 55, 145-156.
• [20] Chen C., Zhang P., Zeng G., Deng J., Zhou Y., Lu H., Sewage sludge conditioning with coal fly ash modified by sulfuric acid, Chemical Engineering Journal 2010, 158, 616-622.
• [21] Kuglarz M., Bohdziewicz J., Przywara L., The influence of dual conditioning methods on sludge dewatering properties, Architecture Civil Engineering Environment 2008, 1 (3), 103-106.
• [22] Lee D.Y., Jing S.R., Lin Y.F., Using seafood waste as sludge conditioners, Water Science Technology 2001, 44, 301-307.
• [23] Lee D.Y., Lin Y.F., Jing S.R., Xu Z.J., Effects of agricultural waste on the sludge conditioning, Journal of the Chinese Institute of Engineers 2001, 11, 209-214.
• [24] Wójcik M., Stachowicz F., Masłoń A., The application of biomass ashes for improvement of sewage sludge dewatering, E3S Web of Conferences 2017, 17, 1-8.
• [25] Wójcik M., Stachowicz F., Masłoń A., The possibility of sewage sludge conditioning with the use of biomass ashes, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2017, 20(2), 153-164.
• [26] Vassilev S.V., Baxter D., Andersen L.K., Vassileva C.G., An overview of the composition and application of biomass ash. Part 1. Phase-mineral and chemical composition and classification, Fuel 2013, 105, 40-76.
• [27] Vassilev S.V., Baxter D., Andersen L.K., Vassileva C.G., An overview of the composition and application of biomass ash. Part 2. Potential utilization, technological and ecological advantages and challenges, Fuel 2013, 105, 19-39.
• [28] Wójcik M., Stachowicz F., Masłoń A., Możliwość wykorzystania popiołów lotnych w celu poprawy odwadniania osadów ściekowych, Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury JCEEA 2017, 64(1), 377-393.
• [29] Wang S., Virraraghavan T., Wastewater sludge conditioning by fly ash, Waste Management 1997, 17(7), 443-450.
• [30] Uliasz-Bocheńczyk A., Pawluk A., Pyzalski M., Charakterystyka popiołów ze spalania biomasy w kotłach fluidalnych, Gospodarka Surowcami Mineralnymi 2016, 32, 149-162.
• [31] ISO 29581-2:2010 Cement - Test methods - Part 2: Chemical analysis by X-ray fluorescence.
• [32] ISO 12677:2011 Chemical analysis of refractory products by X-ray fluorescence (XRF) - Fused cast-bead method.
• [33] PN-EN 14701-1:2007 Charakterystyka osadów ściekowych - Właściwości filtracyjne - Część 1: Czas ssania kapilarnego (CST).
• [34] PN-EN 15933:2013-02 Osady ściekowe, uzdatnione bioodpady oraz gleba - Oznaczanie pH.
• [35] PN-EN 15934:2013-02 Osady ściekowe, uzdatnione bioodpady, gleba oraz odpady - Oznaczanie suchej masy poprzez oznaczanie zawartości suchej pozostałości lub zawartości wody.
• [36] PN-EN 14701-2:2013-07 Charakterystyka osadów ściekowych - Właściwości filtracyjne - Część 2: Oznaczanie oporu właściwego filtracji.
• [37] Zall J., Galil N., Rebhun M., Skeleton builders for conditioning oily sludge, Journal of the Water Pollution Control Federation 1987, 59, 699-706.
• [38] Benitez J., Rodriguez A., Suarez A., Optimisation technique for sewage sludge conditioning with polymer and skeleton builders, Water Research 1994, 28(10), 2067-2073.
• [39] Grąz K., Gronba A., Białopiotrowicz T., Nowak J., Zawół K., Zastosowanie popiołów lotnych ze spalania węgla kamiennego w budownictwie, Innowacyjne rozwiązania i technologie w gospodarce komunalnej, Stalowa Wola 2015, 159-177.
• [40] Wu Y., Zhang P., Zeng G., Liu J., Ye J., Zhang H., Fang W., Liu Y., Fang Y., Combined sludge conditioning of micro-disintegration, floc reconstruction and skeleton building (KMnO4/FeCl3/ biochar) for enhancement of waste activated sludge dewaterability, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineering 2017, 74, 121-128.
• [41] Kowalczyk M., Kamizela T., Zmiana ściśliwości osadów ściekowych a wzrost efektywności ich odwadniania w procesie filtracji, Materiały Konferencji Naukowo-Technicznej, Częstochowa 2017.
• [42] Lin Y.F., Jing S.R., Lee D.Y., Recycling of wood chips and wheat dregs for sludge processing, Bioresource Technology 2001, 76, 161-163.
• [43] Shi Y., Yang J., Yu W., Zhang S., Liang S., Song J., Xu Q., Ye N., He S., Yang S., Hu J., Synergic conditioning of sewage sludge via Fe2+/persulfate and skeleton builder: Effect on sludge characteristics and dewaterability, Chemical Engineering Journal 2015, 270, 572-581.

Uwagi

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