Analysis of aerobic and anaerobic sewage sludge disposal concepts

• Autorzy: Bartkowska Izabela , Wawrentowicz Dariusz , Dzienis Lech

Identyfikatory

DOI

10.34659/eis.2022.81.2.451

Warianty tytułu

PL

Analiza koncepcji aerobowego oraz anaerobowego unieszkodliwiania osadów ściekowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article aimed to analyze the concept of modernisation of sludge management prepared for an exemplary sewage sludge treatment plant. Four variants of solutions, based on different processes, aerobic (oxygenic), anaerobic or – aerobic – anaerobic, were discussed. The article presents the characteristics of essential elements of the proposed solutions. The technical and technological parameters of each of the variants are exposed. The expected capital expenditure and basic operating costs are presented. A cost-effectiveness analysis of the options has also been carried out. The analysed technological processes ensure obtaining hygienically and sanitary safe end products. They contribute significantly to minimising the amount of sewage sludge. The most economically efficient, with the lowest average annual costs, is the variant with the application of anaerobic thermophilic-mesophilic sludge stabilisation. The highest average annual costs were obtained for the variant with drying and incineration of sludge.

PL

Celem artykułu była analiza koncepcji modernizacji gospodarki osadowej opracowanych dla przykładowej oczyszczalni ścieków. Omówiono cztery warianty rozwiązań, oparte na różnych procesach, tlenowych, beztlenowych czy tlenowo-beztlenowych. W artykule przedstawiono charakterystykę istotnych elementów proponowanych rozwiązań. Wyeksponowane zostały parametry techniczno-technologiczne każdego z wariantów. Zaprezentowano przewidywane nakłady inwestycyjne i podstawowe koszty eksploatacyjne. Wykonana została również analiza efektywności kosztowej wariantów. Analizowane procesy technologiczne zapewniają otrzymywanie bezpiecznych pod względem higieniczno-sanitarnym produktów końcowych. W znacznym stopniu przyczyniają się do minimalizacji ilości osadów ściekowych. Najbardziej efektywnym pod względem ekonomicznym, charakteryzującym się najniższymi średniorocznymi kosztami, jest wariant z zastosowaniem beztlenowej termofilowo-mezofilowej stabilizacji osadów. Najwyższe średnioroczne koszty uzyskano w przypadku wariantu z suszeniem i spalaniem osadów.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; sewage sludge treatment; sewage sludge management; capital expenditure; operating cost

PL

osad ściekowy; przetwarzanie osadów ściekowych; zagospodarowanie osadów ściekowych; nakład inwestycyjny; koszt eksploatacyjny

• Wydawca: Polskie Stowarzyszenie Ekonomistów Środowiska i Zasobów Naturalnych
• Czasopismo: Ekonomia i Środowisko
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 2
• Strony: 203--221
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., tab.

Twórcy

autor

Bartkowska Izabela

• Bialystok University of Technology, Department of Water Supply and Sewage Systems, Wiejska Street 45A, 15-351 Bialystok, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4043-1123

autor

Wawrentowicz Dariusz

• Bialystok University of Technology, Department of Water Supply and Sewage Systems, Wiejska Street 45A, 15-351 Bialystok, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4845-3474

autor

Dzienis Lech

• Bialystok University of Technology, Department of Water Supply and Sewage Systems, Wiejska Street 45A, 15-351 Bialystok, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0498-1593

Bibliografia

• Bartkowska, I. (2015). Drop in dry mass and organic substance content in autothermal thermophilic aerobic digestion. Process Safety and Environmental Protection, 98, 170–175.
• Bartkowska, I. (2014). Influence of the sewage sludge stabilisation process on its oxidation-reduction potential value. Environmental Technology, 35(17), 2160– 2166.
• Bartkowska, I., Biedka, P., & Tałałaj, I. A. (2019). Analysis of the quality of stabilised municipal sewage sludge. Journal of Ecological Engineering, 20(2), 200–208. https://doi.org/10.12911/22998993/99306
• Bartkowska, I., & Dzienis, L. (2019). Utilization of sewage sludge after the process of autothermal digestion. Journal of Ecological Engineering, 20(8), 44–49. https://doi.org/10.12911/22998993/110840
• Borowski, S., & Szopa, J. S. (2007). Experiences with the dual digestion of municipal sewage sludge. Bioresource Technology, 98, 1199–1207.
• Cheng, J., Liu, Y., & Kong, F. (2016). Effects of cell lysis in gas yield and sludge stabilization by combined process of thermophilic aerobic and anaerobic digestion. Procedia Environmental Sciences, 31, 50–58. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2016.02.007
• Chin, S. C., Ing, D. S., Kusbiantoro, A., Wong, J. K., & Ahmad, S. W. (2016). Characterization of sewage sludge ash (SSA) in cement mortar. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11 (4), 2242–2247.
• Gawdzik, J., & Latosińska, J. (2014). Ocena immobilizacji metali ciężkich z popiołów ze spalania osadów ściekowych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17(3), 415– 421.
• Grübel, K., Kuglarz, M., Mrowiec, B., & Suschka, J. (2014). Zastosowanie wstępnej hybrydowej hydrolizy osadu czynnego dla zwiększenia efektywności dwustopniowej fermentacji metanowej. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17(2), 255–268.
• Hartmann, T. E., Möller, K., Meyer, C., & Müller, T. (2020). Partial replacement of rock phosphate by sewage sludge ash for the production of superphosphate fertilizers. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 183, 233–237. https://doi.org/10.1002/jpln.201900085
• Herzel, H., Krüger, O., Hermann, L., & Adam, C. (2016). Sewage sludge ash – A promising secondary phosphorus source for fertilizer production. Science of The Total Environment, 542 (B), 1136–1143.
• Hudziak, G., Gorazda, K., & Wzorek, Z. (2012). Główne kierunki w zastosowaniu popiołów po termicznej obróbce osadów ściekowych. Czasopismo Techniczne, 16, 41–50.
• Hunter, P. R., Pond, K., Jagals, P., & Cameron, J. (2009). An assessment of the costs and benefits of interventions aimed at improving rural community water supplies in developed countries. Science of Total Environment, 407(12), 3681–3685.
• Jang, H. M., Cho, H. U., Park, S. K., & Ha, J. H. (2014). Influence of thermophilic aerobic digestion as a sludge pre-treatment and solids retention time of mesophilic anaerobic digestion on the methane production, sludge digestion and microbial communities in a sequential digestion process. Water Research, 48, 1–14.
• Jang, H. M., Park, S. K., Ha, J. H., & Park, J. M. (2013). Microbial community structure in a thermophilic aerobic digester used as a sludge pretreatment process for the mesophilic anaerobic digestion and the enhancement of methane production. Bioresource Technology, 145, 80–89.
• Karolinczak, B., & Miłaszewski, R. (2016). Zastosowanie metod oceny ekonomicznej efektywności obiektów wodociągowych i kanalizacyjnych. Rocznik Ochrony Środowiska, 18, 770–782.
• Karolinczak, B., Miłaszewski, R., & Sztuk, A. (2015). Analiza efektywności kosztowej różnych wariantów technologicznych przydomowych oczyszczalni ścieków. Rocznik Ochrony Środowiska, 17, 726–746.
• Kato, S., Fogarty, E., & Bowman, D. (2003). Effect of aerobic and anaerobic digestion on the viability of Cryptosporidium parvum oocyst and Ascaris eggs. International Journal of Environmental Health Research, 13(2), 169–179.
• Miłaszewski, R. (2003). Ekonomika ochrony wód powierzchniowych. Białystok: Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko.
• Molinos-Senante, M., Hernández-Sancho, F., & Sala-Garrido, R. (2010). Economic feasibility study for wastewater treatment: A cost–benefit analysis. Science of The Total Environment, 408(20), 4396–4402.
• Novak, J. T., Banjade, S., & Murthy, S. N. (2011). Combined anaerobic and aerobic digestion for increased solids reduction and nitrogen removal. Water Research, 45, 618–624.
• Pagilla, K. R., Kim, H., & Cheunbarn, T. (2000). Aerobic thermophilic and anaerobic mesophilic treatment of swine waste. Water Research, 34(10), 2747–2753.
• Payá, J., Monzó, J., Borrachero, M. V., & Soriano, L. (2019). Sewage sludge ash. In J. de Brito & F. Agrela (Eds.), New Trends in Eco-efficient and Recycled Concrete (pp. 121–152). Duxford: Woodhead Publishing.
• Rashid, M. M., & Hayes, D. F. (2011). Needs-based sewerage prioritization: event conventional cost-benefit analysis. Journal of Environmental Management, 92(10), 2427–2440.
• Sall, M., Gueye, P. M., Traoré, A., Diouf, S., Sy, M., Bouchez, G., Wade, A. C., Sané, M. L., Dieye, G., & Diop, D. (2020). Assessment of Fine and Coarse Sewage Sludge Ashes for Their Potential Use in Civil Engineering. Journal of Civil, Construction and Environmental Engineering, 5(4), 99–106. https://doi.org/10.11648/j.jccee.20200504.13
• Shin, J., Jang, H. M., Shin, S. G., & Kim, Y. M. (2019). Thermophilic anaerobic digestion: Effect of start-up strategies on performance and microbial community. The Science of the total environment, 687, 87–95. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.428
• Wang, F., Hidaka, T., Uchida, T., & Tsumori, J. (2014). Thermophilic anaerobic digestion of sewage sludge with high solids content. Water Science and Technology, 69 (9), 1949–1955.
• Zawieja, I., Wolny L., & Próba M. (2016). Efektywność generowania lotnych kwasów tłuszczowych podczas mezofilowej i termofilowej fermentacji metanowej osadów nadmiernych. Inżynieria Ekologiczna, 48, 226–232. https://doi.org/10.12912/23920629/63267
• Zupančič, G. D., & Roš, M. (2008). Aerobic and two-stage anaerobic–aerobic sludge digestion with pure oxygen and air aeration. Bioresource Technology, 99, 100–109.

Uwagi

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).