Treatment of high strength domestic sewage on filters filled with polyurethane foam with addition of effective microorganisms

• Autorzy: Chmielowski Krzysztof , Pawełek Jan , Dacewicz Ewa

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2020.132522

Warianty tytułu

PL

Oczyszczanie stężonych ścieków bytowych na filtrach wypełnionych pianką poliuretanową z dodatkiem efektywnych mikroorganizmów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study discusses an experimental method for treatment of high strength domestic sewage on biofilters filled with polyurethane (PUR) waste in the form of trims of upholstery foam. We determined effectiveness of two biological preparations containing effective microorganisms in elimination of organic and biogenic compounds, indicator bacteria and total suspended solids from the sewage pretreated in a septic tank. After four months of work under a hydraulic loading of 76.4 mm·d^-1 we found the filter with 60 cm foam layer to be the most efficient in the elimination of BOD₅, COD_Cr, NH₄⁺-N and coliform bacteria. An average reduction in these pollutants reached 79.4%, 67.8%, 58.0% and 88.0%, respectively. Vertical filters filled with trims of upholstery foam and supplied with effective microorganisms ensured favorable conditions for development of heterotrophic and nitrifying bacteria without any need for additional aeration.

PL

W artykule poddano analizie możliwość zastosowania odpadów z tworzyw sztucznych w postaci gąbek poliuretanowych do bezpośredniego oczyszczania ścieków bytowych po osadniku wstępnym. Przedstawiono wyniki badań nad oczyszczaniem ścieków bytowych z użyciem efektywnych mikroorganizmów immobilizowanych na gąbkach poliuretanowych. Oceniono sprawność usuwania ze ścieków wstępnie oczyszczonych związków organicznych, związków biogennych, zawiesiny ogólnej oraz bakterii wskaźnikowych przy obciążeniu hydraulicznym 76,4 mm·d^-1 porównując dwa etapy pracy biofiltrów. Jako filtry eksperymentalne badano w skali półtechnicznej modele wycinkowe filtra o przepływie pionowym. Model badawczy składał się z trzech jednakowych kolumn wykonanych z PVC o średnicy 10 cm i wysokości 100 cm. Wypełnienie kolumn stanowiły ścinki gąbek o miąższości 60 cm. Na dnie każdej warstwy filtracyjnej znajdował się ruszt podtrzymujący złoże. Kolumna G1 z wypełnieniem z gąbek bez dodatkowej immobilizacji efektywnych mikroorganizmów okazała się najbardziej efektywna w procesie redukcji BZT₅, ChZT_Cr, N-NH₄⁺ oraz bakterii coli. Średnie zmniejszenie tych zanieczyszczeń w czasie trzymiesięcznego cyklu badań przy obciążeniu hydraulicznym 76,4 mm·d^-1 wyniosło odpowiednio 80,6%, 43,7%, 60,0% oraz 88,0%. Równie efektywna pod względem usuwania ChZT_Cr okazała się kolumna z wypełnieniem, na którym zaimmobilizowano mikroorganizmy wchodzące w skład biopreparatu EM2. Użycie odpadów z pianki poliuretanowej w postaci ścinków gąbek tapicerskich, polegające na ich wykorzystaniu w układzie osadnik gnilny/pośredni – biofiltr o przepływie pionowym, okazało się skutecznym sposobem bezpośredniego oczyszczania ścieków. Ta nieskomplikowana, łatwa do sterowania oraz ekonomiczna ze względu na brak potrzeby dodatkowego napowietrzania technologia w porównaniu do większości istniejących systemów tlenowych wydaje się być interesującym rozwiązaniem biologicznego oczyszczania ścieków bytowych.

Słowa kluczowe

EN

effective microorganisms; filtration; polyurethane foam PUR; waste treatment

PL

mikroorganizmy skuteczne; filtrowanie; pianka poliuretanowa PUR; utylizacja odpadów

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 46, no. 1
• Strony: 21--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chmielowski Krzysztof

• University of Agriculture in Kraków, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying

autor

Pawełek Jan

• University of Agriculture in Kraków, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying

autor

Dacewicz Ewa

• University of Agriculture in Kraków, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying

Bibliografia

• 1. Bever, J., Stein, A. & Teichmann, H. (1997). Advanced methods of wastewater treatment. Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz.
• 2. Bundy, C.A., Wu, D., Jong, M.-C., Edwards, SR., Ahammad, Z.S. & Graham, D.W. (2017). Enhanced denitrification in Downflow Hanging Sponge reactors for decentralised domestic wastewater treatment. Bioresource Technology, 226, pp. 1-8, doi.org/10.1016/j.biortech.2016.11.122.
• 3. Chmielowski, K. & Ślizowski, R. (2008). Effect of grain-size distribution of sand on the filtrate quality in vertical-flow filters. Przemysł Chemiczny, 87(5), pp. 432-434. (in Polish)
• 4. Dacewicz, E. & Chmielowski, K. (2018). The importance of media in wastewater treatment. In: Ivana Zhu (Ed.), Sewage, IntechOpen, Rijeka, Croatia. doi.org/10.5772/intechopen.75625.
• 5. Ehsas, A.F. (2013). Development of low cost community based domestic wastewater for Kandahar city, Afganistan. (Master thesis, Asian Institute of Technology, Thailand: School of Environment, Resources and Development).
• 6. Henze, M. & Comeau, Y. (2008). Biological wastewater treatment - Principles modelling and design, IWA Publishing 2008.
• 7. Higa, T. (1998). Effective Microorganisms, concept and recent advances in technology. Proceedings of the Conference on Effective Microorganisms for a sustainable agriculture and environment. 4thInternational Conference on Kyusei Nature Farming, Bellingham-Washington USA, pp. 247-248.
• 8. Jin, M., Wang, X. W., Gong, T.S., Gu, C.Q., Zhang, B., Shen, Z.Q., & Li, J. W. (2005). A novel membrane bioreactor enhanced by effective microorganisms for the treatment of domestic wastewater. Applied Microbiology and Biotechnology, 69, 2, pp. 229-235. doi.org/10.1007/s00253-005-0108-5.
• 9. Jucherski, A. & Nastawny, M. (2012). Effectiveness of removing nitrogen compounds from domestic sewage in trickling leca beds of different hydraulic and organic substrate loads. Problemy Inżynierii Rolniczej, 20, 4, pp. 171-181. (in Polish)
• 10. Jóźwiakowski, K. (2012). Studies on the efficiency of sewage treatment in choosen constructed wetland systems. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, PAN, Krakow 2012. (in Polish)
• 11. Jóźwiakowski, K. (2017). Efficiency of biogenic compounds removal in a sand filters with horizontal flow. Woda - Środowisko - Obszary Wiejskie, 17, 4, pp. 37-48. (in Polish)
• 12. Maalim, M.K, Mgana, S.M, Mbuligwe, S.E, Kassenga, G.R. & Mohamed, S.M. (2013). Treatment of tropical domestic wastewater by UASB reactor inoculated with effective microorganisms consortium - COD and suspended solids removal. Proceedings of the 13th International Conference of Environmental Science and Technology Athens, Greece, 57 September 2013.
• 13. Machdar, I., Sekiguchi, Y., Sumino, H., Ohashi, A. & Harada, H. (2000). Combination of a UASB reactor and a curtain type DHS (Down flow Hanging Sponge) reactor as a cost effective sewage treatment system for developing countries. Water Sciences Technology, 42(3-4), pp. 83-88.
• 14. Mazur, R., Bedla, D., Chmielowski, K., Nowak, A. & Mazurkiewicz, J. (2016). The effect of oxygen condition on effectiveness of sewage treatment in submersible technology of nonwoven filters. Przemysł Chemiczny, 96, 8, pp. 1513-1517. DOI: 10.15199/62.2016.8.18. (in Polish)
• 15. Marzec, M. & Jóźwiakowski, K. (2011). Effectiveness of pollution removal in the TRYBIO hybrid sewage treatment plant - preliminary tests. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, pp. 376-377. (in Polish)
• 16. Miksch, K. & Sikora, J. (2010), Wastewater biotechnology. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
• 17. Miyaoka, Y., Yoochatchaval, W., Sumino, H., Banjongproo, P., Yamaguchi, T., Onodera, T., Okadera, T. & Syutsubo, K. (2017). Evaluation of the process performance of a down-flow hanging sponge reactor for direct treatment of domestic wastewater in Bangkok, Thailand, Journal of Environmental Science and Health, Part A. 52:10, pp. 956-970, DOI: 10.1080/10934529.2017.1324708.
• 18. Onodera, T., Tandukar, M., Sugiyana, D., Uemura, S., Ohashi, A. & Harada, H. (2014a). Development of a sixth-generation downflow hanging sponge (DHS) reactor using rigid sponge media for post-treatment of UASB treating municipal sewage. Bioresource Technology, 152, pp. 93-100.
• 19. Onodera, T., Yoochatchaval, W., Sumino, H., Mizuochi, M., Okadera, T., Fujita, T., Banjongproo, P. & Syutsubo, K. (2014b). Pilot-scale experiment of down-flow hanging sponge for direct treatment of low-strength municipal wastewater in Bangkok, Thailand. Bioprocess and Biosystems Engineering, 37, 11, pp. 2281-2287. doi.org/10.1016/j.biortech.2013.10.106.
• 20. Pawełek, J. & Bugajski, P. (2017). The development of household wastewater treatment plants in Poland - advantages and disadvantages. Acta Scientiarum Polonorum Formatio Circumiectus, 16, 2, pp. 3-14. doi.org/10.15576/ASP.FC/2017.16.2.3. (in Polish)
• 21. Rashed, E.M., & Massoud, M. (2015). The effect of effective microorganisms (EM) on EBPR in modified contact stabilization system. HBRC Journal, 11, 3, pp. 384-392. doi.org/10.1016/j.hbrcj.2014.06.011.
• 22. Rosik-Dulewska Cz. (2015). Basics of waste management, Wyd. VI, PWN, Warszawa, pp. 400. (in Polish)
• 23. Safwat, S.M. & Rozaik, E. (2018). Growth Inhibition of Various Pathogenic Microorganisms Using Effective Microorganisms (EM). International Journal of Research and Engineering, 4, 12, pp. 283-286. doi.org/10.21276/ijre.2017.4.12.2.
• 24. Tandukar, M., Ohashi, A. & Harada, H. (2007). Performance comparison of a pilot scale UASB and DHS system and activated sludge process for the treatment of municipal wastewater. Water Research, 41, pp. 2697-2705. doi.org/10.1016/j.watres.2007.02.027.
• 25. Tandukar, M., Uemura, S., Machdar, I., Ohashi, A. & Harada H. (2005). A low-cost municipal sewage treatment system with a combination of UASB and the ‘‘fourth-generation’’ down-flow hanging sponge reactors. Water Sciences and Technology, 52, 1-2, pp. 323-329. doi.org/10.2166/wst.2005.0534.
• 26. Tandukar, M., Uemura, S., Ohashi, A. & Harada, H. (2006). Combining UASB and the “fourth generation” down-flow hanging sponge reactor for municipal wastewater treatment, Water Science and Technology, 53, 3, pp. 209-218. doi.org/10.2166/wst.2006.095.
• 27. Tawfik, A. & Klapwijk, A. (2010). Polyurethane rotating disc system for post-treatment of anaerobically pretreated sewage. Journal of Environmental Management, 91, pp. 1183-1192. doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.01.010.
• 28. Tawfik, A., El-Gohary, F., Ohashi, A. & Harada, H. (2010). Effect of sponge volume on the performance of down-flow hanging sponge (DHS) system treating UASB reactor effluent. Bioprocess and Biosystems Engineering Journal, 33, pp. 779-785. doi.org/10.1007/s00449-009-0399-5.
• 29. Tawfik, A., Ohashi, A. & Harada, H. (2006). Sewage treatment in a combined up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) - down flow hanging sponge (DHS) system. Biochemical Engineering Journal, 29, 3, pp. 210-219. doi.org/10.1016/j.bej.2005.11.018.
• 30. Tawfik, A., Wahab, RA. & Al-Asmer, A. (2011). Effect of hydraulic retention time on the performance of down-flow hanging sponge system treating grey wastewater. Bioprocess and Biosystems Engineering Journal, 34, pp. 767-776. doi.org/10.1007/s00449-011-0528-9.
• 31. Uemura, S., Okubo, T., Maeno, K., Takahashi, M., Kubota, K. & Harada, H. (2016). Evaluation of Water Distribution and Oxygen Mass Transfer in Sponge Support Media for a Down-flow Hanging Sponge Reactor, International Journal of Environmental Research, 10, 2, pp. 265-272. DOI: 10.22059/ijer.2016.57721.
• 32. Wąsik, E. & Chmielowski, K. (2014). Effect of activated carbon layer at sand-carbon filters vertical flow in domestic wastewater treatment . Nauka Przyroda Technologie, vol. 8, nr 4/48, pp. 1-11. (in Polish)
• 33. Wąsik, E. & Chmielowski, K. (2017). Ammonia and indicator bacteria removal from domestic sewage in a vertical flow filter filled with plastic material. Ecological Engineering, 106, pp. 378-384. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2017.05.015.
• 34. Wasik, E. & Chmielowski, K. (2019). Effectiveness of indicator bacteria removal in vertical flow filters filled with natural materials. Environment Protection Engineering, 45, 2, pp. 83-93, DOI: 10.5277/epe190206.
• 35. Wroński, G., Szejniuk, B. & Affelska, M. (2010). Effect of EM application on the survival of indicator bacteria Salmonella Senftenberg W775 in bovine slurry. Woda - Środowisko - Obszary Wiejskie, 10(2 [30]), pp. 223-231. (in Polish)
• 36. Warężak, T., Myszograj, S., & Dera, M. (2014). Efficiency of removal organic and biogenic compounds in hydrophyte bioreactor using biopreparation. Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, 61, 3/I, pp. 387-399. DOI:10.7862/rb.2014.67. (in Polish)
• 37. Yoochatchaval, W., Onodera, T., Sumino, H., Yamaguchi, T., Mizuochi, M., Okadera, T., & Syutsubo, K. (2014). Development of a down-flow hanging sponge reactor for the treatment of low strength sewage. Water Science and Technology, 70, 4, pp. 656-663. doi.org/10.2166/wst.2014.270.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).