Removal of PAHs from municipal wastewater during the third stage of treatment

• Autorzy: Włodarczyk-Makuła M. , Wiśniowska E.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2018.2.2

Warianty tytułu

PL

Usuwanie WWA ze ścieków komunalnych w trzecim etapie oczyszczania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The investigations were carried out using wastewater received from a municipal wastewater treatment plant. The samples of wastewater were primarily characterized for concentration of selected physicochemical parameters. Next, a standard mixture of PAHs was added to the samples. Chemical oxidation process was performed using two doses of hydrogen peroxide. Changes in concentration of PAHs were determined in the wastewater samples before addition of the chemical reagent and after the oxidation process. A quantitative analysis of PAHs was provided by GC-MS. The extraction of organic matrices from the wastewater samples was performed using a mixture of organic solvents: methanol, cyclohexane and dichloromethane. The extracts were separated from samples, purified on silica gel and concentrated under nitrogen stream. Concentrations of 16 PAHs according to EPA were determined. The detection limit ranged from 0.14 to 0.59 μg/L. Total concentration of 16 PAHs in wastewater sampled from the treatment plant were 1.4 μg/L on average. Total concentration of 16 PAHs in wastewater with the standard mixture was 561 μg/L on average. A decrease in PAHs concentration was observed in the samples after chemical oxidation process. Addition of hydrogen peroxide resulted in a decrease of 16 PAHs concentration in wastewater coming from the wastewater treatment plant to 61÷74%. The efficiency of hydrocarbons removal, grouped according to the number of rings, ranged from 35 to 90%.

PL

Celem badań było określenie efektywności usuwania WWA ze ścieków podczas ich doczyszczania. W pracy przedstawiono wyniki badań zmian ilościowych WWA w poddawanych utlenianiu ściekach komunalnych oczyszczonych odpływających z miejskiej oczyszczalni ścieków. Oczyszczalnia pracuje jako mechaniczno-biologiczna z chemicznym usuwaniem fosforu. Badania prowadzono po wprowadzeniu do ścieków oczyszczanych dodatkowej ilości WWA w postaci standardowej mieszaniny. Następnie prowadzono proces utleniania zanieczyszczeń organicznych ze szczególnym uwzględnieniem zmian w stężeniu WWA, z wykorzystaniem nadtlenku wodoru. Utleniacz stosowano w postaci 30% roztworu w dawkach wynoszących 2,5 i 5 mg/dm³. Efektywność usuwania WWA określano z uwzględnieniem zawartości początkowej badanych związków oraz dodanej w postaci wzorca. Analizowano stężenia 16 WWA zgodnie z listą EPA. Oznaczenia jakościowo-ilościowe prowadzono z wykorzystaniem chromatografu gazowego ze spektrometrem masowym. W procesie utleniania odnotowano znaczny spadek stężenia badanych WWA w ściekach. Ubytek sumarycznej ilości WWA w ściekach wzbogaconych WWA był w zakresie od 61 do 74%, lecz dla poszczególnych węglowodorów efektywność usunięcia wahała się od 35 do 90%.

Słowa kluczowe

EN

PAHs; GC-MS; wastewater; oxidation process; hydrogen peroxide

PL

WWA; GC-MS; ścieki; proces utleniania

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 21, nr 2
• Strony: 143--154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., wykr.

Twórcy

autor

Włodarczyk-Makuła M.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, ul. J.H. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

autor

Wiśniowska E.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, ul. J.H. Dąbrowskiego 73, 42-201 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Kumar A., Sengupta B., Kannaujiya M.Ch., Priyadarshinee R., Singha S., Dasguptamandal D., Mandal T., Treatment of coke oven wastewater using ozone with hydrogen eroxide and activated carbon, Desalin. Water Treat. 2017, 69, 352-365.
• [2] Smol M., Włodarczyk-Makuła M., Włóka D., Adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from aqueous solutions on different sorbents, Civil Environ. Eng. Rep. CEER 2014, 2, 86-97.
• [3] Perez S., Guillamon M., Barcelo D., Quantitative analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in sewage sludge from wastewater treatment plants, J. Chromatogr. A 2001, 938, 57-65.
• [4] Busetti F., Heitz A., Cuorno M., Badoer S., Traverso P., Determination of sixteen polycyclic aromatic hydrocarbons in aqueous and solid samples from an Italian wastewater treatment plant, J. Chromatogr. A 2006, 1102, 04-115.
• [5] Forsgren Wastewater Treatment, Occurrence and Fate of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), ed. J. Amy, CRC Press, 2015.
• [6] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, Dz.U. 2014, poz. 1800.
• [7] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 maja 2016 r. w sprawie wykazu substancji priorytetowych, Dz.U. 2016, poz. 681.
• [8] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 19 lipca 2016 r. w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych, Dz.U. 2016, poz. 1178.
• [9] Meng X., Zhang H., Li Y., Cao H., Sheng Y., Analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their adsorption characteristics on activated sludge during biological treatment of coking wastewater, Desalin. Water Treat. 2016, 57, 23633-23643.
• [10] Lawal A., Polycyclic aromatic hydrocarbons, A review, Cogen Environ. Sci. 2017, 3, 1339841 (1-89).
• [11] Malakahmad A., Hoe Ho L.L., UV/H₂O2 oxidation process optimization by response surface methodology for removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from water, Desalin. Water Treat. 2017, 65, 408-417.
• [12] dos Santos I.F., Ferreira S.L.C., Dominquez C., Bayona J.M., Analytical strategies for determining the sources and ecotoxicological risk of PAHs in river sediment, Microchem. J. 2018, 137, 90-97.
• [13] Torreta V., Katsoyiannis A., Occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons in sludges from different stages of a wastewater treatment plant in Italy, Environ. Technol. 2013, 34, 5-8, 937-943.
• [14] Mezzanotte V., Anzano M., Collina E., Marazzi F.A., Lasagni M, Distribution and removal of polycyclic aromatic hydrocarbons in two italian municipal wastewater treatment plants in 2011-2013, Polycyc. Aromat. Comp. 2016, 36, 3, 213-228.
• [15] Qiao M., Qi W., Liu H., Qu J., Occurrence, behavior and removal of typical substituted and parent polycyclic aromatic hydrocarbons in a biological wastewater treatment plant, Water Res. 2014, 52, 11-19.
• [16] Ozaki N., Takamura Y., Kojima K., Kindaichi T., Loading and removal of PAHs in a wastewater treatment plant in a separated sewer system, Water Res. 2015, 80, 337-345.
• [17] Manoli E., Samara C.,The removal of polycyclic aromatic hydrocarbons in the wastewater treatment process: Experimental calculations and model predictions, Environ. Pollut. 2008, 151, 3, 477-485.
• [18] Hussain H., Lintelmann J., Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in wastewater, sediments, sludge and plants in Karak Province, Jordan, Water, Air, Soil Pollut. 2000, 121, 1-4, 217-228.
• [19] Alawi M.A., Tarawneh I.N., Ghanem Z., Removal efficiency of PAH’s from five wastewater treatment plants in Jordan, Toxin Rev. 2018, 37, 2.
• [20] Traczewska T., Aspekty ekologiczne zanieczyszczenia środowiska wodnego wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
• [21] Haddox D.C., Cutright T.J., Evaluation of two bacterial delivery systems for in-situ remediation of PAH contamined sediments, Soil. Sedim. 2003, 3(1), 41-48.
• [22] Haftka J.J.H., Govers H.A.J., Parsons J.R., Influence of temperature and origin of dissolved organic matter on the partitioning behaviour of polycyclic aromatic hydrocarbons, Environ. Sci. Pollut. Res. 2010, 17, 1070-1079.
• [23] Edokpayi J.N., Odiyo J.O., Popoola O.E., Msagati T.A.M., Determination and distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in rivers, sediments and wastewater effluents in Vhembe District, South Africa Inter. J. Environ. Res. Public Health 2016, 13, 387 (1-12).
• [24] Lepri L., Bubba M.D., Masi F., Udisti R., Cini R., Particle size distribution of organic compounds in aqueous aerosols collected from above sewage aeration tanks, Aerosol Sci. Technol. 2000, 32, 404-420.
• [25] Lin C., Zhang W., Yuan M., Feng C., Ren Y., Wei C., Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in a coking wastewater treatment plant residual by an O3/ultraviolet fluidized bed reactor, Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2014, 21(17), 10329-10338.
• [26] Little C., Hepher M.J., El-Sharif M., The sono-degradation of phenanthrene in an aqueous environment, Ultrasonics 2002, 40, 667-674.
• [27] Włodarczyk-Makuła M., Zmiany ilościowe WWA w ściekach oczyszczonych podczas utleniania, Rocz. Ochr. Środ. 2011, 13, 2, 1093-1104.
• [28] Włodarczyk-Makuła M., Wiśniowska E., Turek A., Obstój A., Removal of PAHs from coking wastewater during photodegradation processs, Desalin. Water Treat. 2016, 57, 1262-1272.
• [29] Rubio-Clemente A., Torres-Palma R.A., Penuela G.A., Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons in aqueous environment by chemical treatments: A review, Sci. Total Environ. 2014, 478, 201-225.
• [30] Hemanowicz W., Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, Warszawa 1999.
• [31] Zgirski A., Gondko R., Obliczenia biochemiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
• [32] Włodarczyk-Makuła M., Preparation of wastewater samples for GC analysis of PAHs, Arch. Environ. Prot. 2008, 34, 3, 259-264.
• [33] Deng Y., Zhao R., Advanced Oxidation Processes (AOPs) in wastewater treatment, Curr. Pollut. Rep. 2015, 1, 167-176.
• [34] Torreta V., PAHs in wastewater: removal efficiency in a conventional wastewater treatment plant and comparison with model predictions, Environ. Technol. 2012, 33, 8, 851-855.

Uwagi

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