Application of ultrasonic disintegration of post-coagulation sludge

• Autorzy: Płonka Izabela , Adamkowska Monika

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2024.2.6

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie dezintegracji ultradźwiękowej dla osadu pokoagulacyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Disintegration of sludge is a process consisting of the destruction of sludge flake structure, followed by rupture of the cell membrane and lysis of the microbial cells. Disintegration processes constitute a rapidly growing technology that is gaining more and more interest. The disintegration process results, inter alia, in the breaking of strong chemical bonds, therefore, it can be effective in the case of post-coagulation sludge. For this type of sludge, the expected effect is to improve its filtration properties. The integrated action between microorganisms and the cells alone, results in the release of the organic matter and biological water from inside of the cell. The process of sludge disintegration can be carried out using the following techniques: mechanical, thermal, chemical, or biological. The choice of a disintegration method is not simple because its effects are dependent on many parameters. One of those methods is ultrasonic application. Ultrasonic can negatively affect living organisms. It directly affects walls and membranes’ cells, leading to their deformation, perforation, or cell death. During the studies the following sludge parameters were determined: capillary suction time (CST), total solids (TS), volatile solids (VS), hydration and COD of supernatant liquid. After the disintegration process, it was observed that the value of TS increased from 0.04% to 0.06% in the case of the longest exposure time of the sludge to the ultrasonic waves. It was also observed that the longer the process time and higher amplitude, the higher the COD value of the liquid. However, the capillary suction time decreased from 53 s for the non-disintegrated sludge to 25 s for the sludge subjected to ultrasonication - 50% amplitude and 10 minutes. This demonstrates the improvement of the filtration properties of sludge after disintegration.

PL

Dezintegracja osadu jest procesem polegającym na zniszczeniu struktury kłaczków osadu, a następnie rozerwaniu błony komórkowej i lizie komórek drobnoustrojów. Procesy dezintegracji to obecnie dynamicznie rozwijające się technologie, które cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Zastosowanie procesu dezintegracji skutkuje między innymi zerwaniem silnych wiązań chemicznych, dlatego może być skuteczny w przypadku osadów pokoagulacyjnych. Dla tego typu osadów oczekiwanym efektem jest poprawa ich właściwości filtracyjnych. Zintegrowane działanie mikroorganizmów i samych komórek powoduje uwolnienie materii organicznej i wody biologicznej z wnętrza komórki. Procesy dezintegracji osadów można przeprowadzić przy pomocy technik: mechanicznej, termicznej, chemicznej lub biologicznej. Wybór danej metody nie jest prosty, gdyż efekty zależą od wielu parametrów. Jedną z metod dezintegracji są ultradźwięki. Ultradźwięki mogą negatywnie wpływać na organizmy żywe. Oddziałując bezpośrednio na komórki ścian i błon, prowadzą do ich deformacji, perforacji lub śmierci komórek. W badanym osadzie pokoagulacyjnym przed i po procesie dezintegracji wykonano oznaczenia: czas ssania kapilarnego (CSK), zawartość suchej masy (SM), zawartość suchej masy organicznej (SMorg), uwodnienie, oraz ChZT cieczy nadosadowej. Po procesie dezintegracji zaobserwowano, że wartość SM wzrosła od 0,04% do 0,06% w przypadku najdłuższego czasu ekspozycji osadu na działanie ultradźwięków. Zaobserwowano również, że im dłuższy czas naświetlania, tym wyższa wartość ChZT cieczy. Natomiast czas ssania kapilarnego uległ skróceniu z 53 s dla osadu niedezintegrowanego do 25 s dla osadu poddanego nadźwiękawianiu - amplituda 50%, czas10 min. Świadczy to o poprawie właściwości filtracyjnych osadu po procesie dezintegracji.

Słowa kluczowe

EN

ultrasonic disintegration; post-coagulation sludge; sludge from water treatment plant

PL

dezintegracja ultradźwiękowa; osady pokoagulacyjne; osady z produkcji wody

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 2
• Strony: 49--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Płonka Izabela

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Water and Wastewater Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2113-406X

autor

Adamkowska Monika

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Gliwice, Poland (student)

Bibliografia

• [1] Szerzyna S. Możliwość wykorzystania osadów powstających podczas oczyszczania wody. Interdyscyplnarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska. Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej. Wrocław; 2013; 609-617.
• [2] Knycl M, Cihalova S, Jurkova M, Langarova S. Disposal and Reuse of the Water Processing Sludge. Journal of the Polish Mineral Engineering Society. 2012; 11-20.
• [3] Łukasiewicz E. Post-coagulation sludge management for water and wastewater treatmentwith focus on limiting its impact on the enviroment. Economic and Environmental Studies. 2016; 16,(4): 831-841.
• [4] Ahmad T, Ahmad K, Alam M. Characterization of water treatment Plant’s sludge and its safe disposal options. Procedia Environ Sci. 2016; 35: 950-955. DOI: 10.1016/j.proenv.2016.07.088
• [5] Rozporządzenie Ministra Klimatu z dnia 2 stycznia 2020 r. w sprawie katalogu odpadów, Dz.U. 2020 poz. 10
• [6] M. Rząsa i E. Podgórni, „Metoda pomiaru gęstości osadu pokoagulacyjnego z zastosowaniem tomografii rentgenowskiej,” Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, nr 47, 2015.
• [7] Lou H, Kuo WT, Lind DF. The aplication of Waterworks sludge ash to stabilization the volume of cement paste. Water Sci Technol. 2008; 57(2): 243-50. doi: 10.2166/wst.2008.015
• [8] Kowal Al., Świderska M. Oczyszczanie Wody. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa-Wrocław; 2000.
• [9] Kowal Al. Odnowa Wody. Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej. Wrocław;1996.
• [10] Bień J, Szparkowska J. Alkaliczne i ultradźwiękowe kondycjonowanie osadu nadmiernego przed procesem stabilizacji beztlenowej. Gaz Woda Tech. Sanit. 2004; 9: 316-320.
• [11] Wang F, Lu S, Ji M. Components of released liquid from ultrasonic waste activated sludge disintegration. Ultrason. Sonochem. 2006; 13: 334-338. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2005.04.008.
• [12] Antoniadis A, Poulios I, Nikolakaki E., Mantzavinos D. Sonochemical disinfection of municipal wastewater. J. Hazard. Mater. 2007; 146: 492-495. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.04.065.
• [13] Zhang G, Zhang P, Yang J, Chena Y. Ultrasonic Reduction Of Excess Sludge From The Activated Sludge System: Energy Efficiency Improvement Via Operation Optimization. Ultrason. Sonochem. 2011; 18: 99-103. Doi: 10.1016/J.Ultsonch.2010.03.006.
• [14] Fukas-Płonka Ł, Janik M. Homogenizacja osadu nadmiernego. Forum Eksploatatora. 2006; 3:14-16.
• [15] Grübel K, Machnicka A. Oddziaływanie promieniowania mikrofalowego na osad czynny. Nauka Przyroda Technologie. 2011; 5 (4): 1-9. ISSN 1897-7820. http://www.npt.up-poznan.net.
• [16] Grübel K, Machnicka A. Impact of microwave disintegration on activated sludge. Ecological chemistry and engineering S. 2011; 18(1): 75-82. ISSN 1898-6196. http://tchie.uni.opole.pl/SECE/index.php/ecological-chemistry-and-engineering-s/articles-in-ece-s/ece-s-2011.
• [17] Radosz M. Badania nad możliwością zastosowania mikrofal do higienizacji osadów ściekowych. Gaz Woda Tech. Sanit. 2005; 2: 24-26.
• [18] Kennedy KJ, Thibault G, Droste RI. Microwave enhanced digestion of aerobic SBR sludge. Water SA (Pretoria). 2007; 33: 261-270. http://dx.doi.org/10.4314/wsa.v33i2.49085.
• [19] Krzemieniewski M., Dębowski M., Zieliński M. Zastosowanie elektromagnetycznego promieniowania mikrofalowego i stałego pola magnetycznego w procesach oczyszczania ścieków oraz przeróbki osadów ściekowych. Wyd. Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie; 2012. ISBN 978-83-7299-779-1.
• [20] Wilson ChA, Novak JT. Hydrolysis of macromolecular components of primary and secondary wastewater sludge by thermal hydrolytic pretreatment. Water Res. 2009, 43: 4489-4498. DOI:10.1016/j.watres.2009.07.022.
• [21] Campos JL, Otero L, Franco A, Mosquera-Corral A, Roca E. Ozonation strategies to reduce sludge production of a seafood industry WWTP. Bioresour. Technol. 2009; 100: 1069-1073. DOI: 10.1016/j.biortech.2008.07.056.
• [22] E. Zielewicz, Dezintegracja ultradźwiękowa osadu nadmiernego w pozyskiwaniu lotnych kwasów tłuszczowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2007.
• [23] E. Zielewicz-Madej i P. Sorys, „Dezintegracja ultradźwiękowa osadu nadmiernego,” Forum Eksploratora, nr 2, 2007.
• [24] PN-EN 12880:2004 (EN 12880: 2000). Characterisation of sludges - Determination of dry residue and water content. http://sklep.pkn.pl/pn-en-12880-2004p.html.
• [25] PN-EN 12879:2004 (EN 12879: 2002). Characterisation of sludges - Determination of the loss on ignition of dry mass. http://sklep.pkn.pl/pn-en-12879-2004p.html.
• [26] PN-EN 14701:2007 (EN 14701-1:2006). Characterisation of sludges - Filtration properties - Part 1: Capillary suction time (CST). http://sklep.pkn.pl/pn-en-14701-1-2007p.html.
• [27] Merck. ChZT test kuwetowy. Nr kat. 1145410001.
• [28] Dewil, R., Baeyens, J., Goutvrind, R.: Ultrasonic treatment of waste activated sludge. Environmental Progress 25 (2), 2006, p. 121-128

Uwagi

This work was supported by Ministry of Science and Higher Education Republic of Poland within statutory funds.