Development of the energy efficient technology for treatment of the landfill leachates

• Autorzy: Gladchenko M. , Kalyuzhnyi S.

Warianty tytułu

PL

Energetycznie efektywna technologia unieszkodliwiania odcieków składowiskowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Since landfill leachates frequently have a high COD (> 10 g/l) and nitrogen (> 1 g total N/l) content, an application of conventional aerobic treatment is accompanied by high energy expenses. This paper presents a substantially more energy efficient alternative based on sequenced anaerobic-aerobic treatment of landfill leachates. As a first step, the UASB reactor for the elimination of the major part of biodegradable COD and heavy metals (HM) was applied. In a subsequent step, the biofilter operating in alternative aerobic-anoxic regime was used for the removal of remaining BOD and nitrogen. Both steps were investigated at submesophilic (20 ± 2C) and psychrophilic (10 ± 2C) regimes. The laboratory testing of this concept with the real leachates from Khmet'yevo landfill (Moscow region, total COD - 10.7 ÷ 20.8 g/l, N-NH4 - 562 ÷ 822 mg/l) showed that both (submesophilic and psychrophilic) anaerobic regimes were quite efficient for COD (50 ÷ 70%) and HM (> 90%) removals. However, the subsequent submesophilic aerobic-anoxic treatment of submesophilic anaerobic effluents led to only 75% of total N removal due to COD deficiency for denitrification created by too efficient anaerobic step. On the contrary, psychrophilic anaerobic effluents (richer in COD compared to the submesophilic ones) were more suitable for subsequent aerobic-anoxic treatment giving the total N removal of 95 and 92% at 20 and 10°C, respectively. The resting BOD was negligible in both cases. Finally, iron coagulation was applied for inert COD and phosphate precipitation. The calculations based on the results obtained showed that an application of sequenced anaerobic-aerobic treatment of landfill leachate led to energy economy of 1.25 kWh per each kg of COD removed on anaerobic stage due to elimination of energy expenses for aeration. Moreover, each kg of COD removed in this way generates 0.5 m³ of biogas (70% CH4, or 11.5 kJ, or 0.5 kWh under standard efficiency of biogas conversion into electricity). Additional energy savings are expected from performing treatment at low temperature (without heating of leachates) and from substantially reduced volume of activated sludge generated.

PL

Odcieki ze składowisk odpadów często charakteryzują się wysokim ChZT (> 10 g/l) oraz zawartością azotu (> 1 g azotu całkowitego), dlatego stosowanie tradycyjnego, tlenowego procesu unieszkodliwiania wiąże się z wysokimi nakładami energetycznymi. W artykule przedstawiono znacznie korzystniejszą pod względem energetycznym alternatywę, opartą na sekwencyjnym beztlenowo-tlenowym unieszkodliwianiu odcieków. W pierwszym etapie zastosowano reaktor UASB w celu eliminacji znacznej części biodegradowalnego ChZT oraz metali ciężkich. W drugim etapie, w celu usunięcia pozostałości BZT5 i azotu, użyto filtru biologicznego działającego w warunkach tlenowo-beztlenowych. Oba etapy badań prowadzono w warunkach submezo-filnych (20 ± 2C) i psychrofilnych (10 ± 2C). Testy laboratoryjne przeprowadzone na odciekach pobranych ze składowiska w Khmet'yevo (region moskiewski, całkowite ChZT - 10,7 ÷ 20,8 g/l, N-NH4 - 562 ÷ 822 mg/l) wykazały, że warunki beztlenowe (submezofilne i psychrofilne) były efektywne ze względu na stopień redukcji ChZT (50 ÷ 70%) oraz metali ciężkich (> 90%). Jednakże podczas submezofilnego, tlenowo-beztlenowego procesu oczyszczania submezofilnych, beztlenowych odcieków uzyskano tylko 70% redukcję azotu całkowitego. Było to wynikiem deficytu ChZT podczas denitryfikacji, spowodowanego zbyt wysoką efektywnością etapu beztlenowego. Z kolei, psychrofilne, beztlenowe odcieki (bogatsze w ChZT w porównaniu do odcieków submezofilnych) okazały się bardziej odpowiednie dla późniejszego, tlenowo-beztlenowego procesu ich unieszkodliwiania, umożliwiając usunięcie 95 i 92% azotu całkowitego, odpowiednio w temperaturze 20 i 10°C. Wartości rezydualne BZT5 w obu przypadkach były pomijalnie małe. W końcowej fazie oczyszczania odcieków zastosowano koagulację związkami żelaza w celu usunięcia inertnego ChZT i wytrącenia fosforanów. Obliczenia oparte na uzyskanych wynikach wykazują, że zastosowanie sekwencyjnego beztlenowo-tlenowego procesu unieszkodliwiania odcieków ze składowiska spowodowało spadek zużycia energii o 1,25 kWh na 1 kg usuniętego ChZT podczas fazy beztlenowej, ze względu na brak napowietrzania. Dodatkowo, każdy usunięty w ten sposób kg ChZT łączy się z wytworzeniem 0,5 m³ biogazu (70% CH4), co odpowiada 11,5 kJ lub 0,5 kWh, przy standardowej wydajności przetwarzania biogazu w energię elektryczną. Istnieje możliwość uzyskania dodatkowych oszczędności energii ze względu na prowadzenie oczyszczania w niskich temperaturach (bez podgrzewania odcieków) oraz znaczną redukcję objętości wytwarzanego osadu czynnego.

Słowa kluczowe

EN

aerobic-anoxic biofilter; denitrification; heavy metals; landfill leachate; nitrification; UASB reactor

PL

tlenowo-beztlenowy filtr biologiczny; denitryfikacja; metale ciężkie; odcieki składowiskowe; nitryfikacja; reaktor UASB

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 6, nr 1
• Strony: 107--119
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Gladchenko M.

• Departament of Chemical Enzymology, Chemistry Faculty, Moscow State University, 119992 Moscow, Russia

autor

Kalyuzhnyi S.

• Departament of Chemical Enzymology, Chemistry Faculty, Moscow State University, 119992 Moscow, Russia

Bibliografia

• [1] Cherp O.M., Vinichenko V.N., Problem of Municipal Solid Waste: Integrated Approach, Ecoline- -Ecologia, Moscow 1996.
• [2] Kalyuzhnyi S., Epov A., Sormunen K., Kettunen R., Rintala J., Privalenko V., Nozhevnikova A., Pender S., Colleran E., Evaluation of the current status of operating and closed landfills in Russia, Finland and Ireland with regard to water pollution and methane emission, Wat. Sei. Technol. 2003, 47 (in press).
• [3] Lema J.M., Mendez R., Blazquez R., Characteristics of landfill leachates and alternatives for their treatment: a review, Water Air Soil Pollut. 1988, 40, 223-250.
• [4] Kalyuzhnyi S., Gladchenko M., Epov A., Appanna V., COD, nitrogen and heavy metals removals using a sequenced anaerobic-aerobic treatment of landfill leachates at 10-30°C, Appl. Biochem. Biotechnol. 2003, 109-110 (in press).
• [5] Kalyuzhnyi S.V., Gladchenko M.A., Sklyar V.I., Kizimenko Ye.S., Shcherbakov S.S., Psy- chrophilic one- and two step systems for pre-treatment of winery waste water, Wat. Sei. Technol. 2001,44(4), 23-31.
• [6] Lettinga G. Hulshoff Pol L.W., Anaerobic reactor technology, Wageningen Agricultural University, Wageningen 1992.
• [7] APHA, Standard Methods for Water and Wastewater Examination, 17th ed., Amer. Public Health Assoc., Washington 1992.
• [8] Henze M., Harremoes P., la Cour Jansen J., Arvin E., Wastewater Treatment: Biological and Chemical Processes, 2nd Edition, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1997.
• [9] Wilderer P.A., Irvine R.L., Goronszy M.C., Artan N., Demoulin G., Keller J., Morgenroth E., Nyhuis G., Tanaka K., Torrijos M., Sequencing batch reactor technology, IWA Scientific and Technical Report No.10, IWA Publishing, London 2001.