Recovery of Nutrients from Wastewater via Electrodialysis

• Autorzy: Calabkova Katrin , Cervenkova Michaela

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2019-01-05

Warianty tytułu

PL

Odzyskiwanie składników odżywczych ze ścieków przez elektrodializę

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The need to treat wastewater in a sustainable way to minimalize contamination and maximize the recovery of nutrients is widely recognized. The focus is mainly on the removal and recovery of nutrients because of eutrophication problems in receiving waters, limitations of mining resources and high costs affiliated with nutrient production. Removal of nutrients is also a growing problem for water authorities, as authorities often tighten standards of discharged waters to avoid unnecessary discharge of nutrients into water bodies. The universally used technologies for nitrogen and phosphorus removal involve biological nitrification and denitrification and metal salt precipitation. However, applying these technologies nutrients are made unrecoverable for fertilizing. Electrodialysis (ED) is a membrane process capable of concentrating and separating ions from wastewater. Thanks to the applied current, the migration of ions occurs, and ions are concentrated in the concentrate solution. Laboratory scale ED showed the potential of nutrient recovery from wastewater sources. In this study, nutrients were recovered in concentrate solution from wastewater sludge liquid discharge by using electrodialysis. Calcium and sodium values in concentrated solution increased 10 times, values of potassium and chloride 5 times. The amount of ammonia nitrogen raised from 60 mg/l to 1700 mg/l. The concentrate enriched by nutrients may be used in further processes, e.g. phosphorus and ammonia nitrogen can be precipitated into the form of struvite.

PL

Powszechnie uznaje się potrzebę oczyszczania ścieków w zrównoważony sposób w celu zminimalizowania zanieczyszczenia i maksymalizacji odzysku składników odżywczych. W artykule skupiono się na usuwaniu i odzyskiwaniu składników odżywczych ze względu na problemy z eutrofizacją w wodach, ograniczenia zasobów górniczych i wysokie powiązania z produkcją składników nawozowych. Usunięcie składników nawozowych jest również coraz większym problemem dla gospodarki wodnej z uwagi na coraz bardziej rygorystyczne wymagania prawne i zaostrzające się standardy. Powszechnie stosowane technologie usuwania azotu i fosforu to biologiczna nitryfikacja i denitryfikacja i strącanie soli. Jednakże tak uzyskane składniki stają się niezdatne dla nawożenia. Elektrodializa (ED) jest procesem membranowym służącym do koncentracji i wydzielania jonów ze ścieków. Dzięki zastosowanemu prądowi następuje migracja jonów i są one skoncentrowane w roztworze. Badania w skali laboratoryjnej wykazały potencjał odzysku składników odżywczych ze ścieków za pomocą elektrodializy. W przeprowadzonych badaniach wykazano efektywność odzysku składników odżywczych w procesie elektrodializy. Zawartości wapnia i sodu w stężonym roztworze wzrosły 10 razy, zawartości potasu i chlorku 5 razy. Ilość azotu amoniakalnego wzrosła z 60 mg/l do 1700 mg/l. Koncentrat wzbogacony w składniki odżywcze można stosować w dalszych procesach, np. azotan fosforu i amoniaku można wytrącić do postaci struwitu.

Słowa kluczowe

EN

electrodialysis; nutrient recovery; wastewater sludge; ammonia recovery

PL

elektrodializa; odzyskiwanie składników odżywczych; osad ściekowy; odzysk amoniaku

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 21, nr 1
• Strony: 31--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., tab.

Twórcy

autor

Calabkova Katrin

• VSB-Technical University of Ostrava, Faculty of Mining and Geology, 17. listopadu Str. 15, 708 33 Ostrava-Poruba, Czech Republic

autor

Cervenkova Michaela

• VSB-Technical University of Ostrava, Faculty of Mining and Geology, 17. listopadu Str. 15, 708 33 Ostrava-Poruba, Czech Republic

Bibliografia

• 1. BYUN, Seokjong, Julian S. TAUROZZI a Volodymyr V. TARABARA, 2015. Ozonation as a pretreatment for nanofiltration: Ef- fect of oxidation pathway on the permeate flux. Separation and Purification Technology [online]. 149, 174-182 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.05.035. ISSN 13835866. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1383586615300204
• 2. JAMALY, S., N.N. DARWISH, I. AHMED a S.W. HASAN, 2014. A short review on reverse osmosis pretreatment technologies. Desalination [online]. 354, 30-38 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j.desal.2014.09.017. ISSN 00119164. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0011916414004925
• 3. KWAK, Rhokyun, Guofeng GUAN, Weng Kung PENG a Jongyoon HAN, 2013. Microscale electrodialysis: Concentration profiling and vortex visualization. Desalination [online]. 308, 138-146 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j. desal.2012.07.017. ISSN 00119164. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0011916412003888
• 4. LIANG, Peng, Lulu YUAN, Xufei YANG, Shaoji ZHOU a Xia HUANG, 2013. Coupling ion-exchangers with inexpensive activated carbon fiber electrodes to enhance the performance of capacitive deionization cells for domestic wastewater desalination. Water Research [online]. 47(7), 2523-2530 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j. watres.2013.02.037. ISSN 00431354. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0043135413001413
• 5. MÜNCH, Elisabeth V a Keith BARR, 2001. Controlled struvite crystallisation for removing phosphorus from anaerobic digester sidestreams. Water Research [online]. 35(1), 151-159 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/S0043- 1354(00)00236-0. ISSN 00431354. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0043135400002360
• 6. O’NEAL, Jeremy A. a Treavor H. BOYER, 2013. Phosphate recovery using hybrid anion exchange: Applications to source-separated urine and combined wastewater streams. Water Research [online]. 47(14), 5003-5017 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j. watres.2013.05.037. ISSN 00431354. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S004313541300451X
• 7. TONG, Juan a Yinguang CHEN, 2009. Recovery of nitrogen and phosphorus from alkaline fermentation liquid of waste activated sludge and application of the fermentation liquid to promote biological municipal wastewater treatment. Water Research [online]. 43(12), 2969-2976 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j.watres.2009.04.015. ISSN 00431354. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0043135409002449
• 8. VASELBEHAGH, Mahboobeh, Hamed KARKHANECHI, Ryosuke TAKAGI a Hideto MATSUYAMA, 2015. Surface modification of an anion exchange membrane to improve the selectivity for monovalent anions in electrodialysis – experimental verification of theoretical predictions. Journal of Membrane Science [online]. 490, 301-310 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j. memsci.2015.04.014. ISSN 03767388. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0376738815003336
• 9. WANG, Xiaolin, Yaoming WANG, Xu ZHANG, Hongyan FENG, Chuanrun LI a Tongwen XU, 2013. Phosphate Recovery from Excess Sludge by Conventional Electrodialysis (CED) and Electrodialysis with Bipolar Membranes (EDBM). Industrial & Engineering Chemistry Research [online]. 52(45), 15896-15904 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1021/ie4014088. ISSN 0888-5885. Dostupné z: http://pubs.acs.org/doi/10.1021/ie4014088
• 10. WANG, Xiaolin, Xu ZHANG, Yaoming WANG, Yuxiang DU, Hongyan FENG a Tongwen XU, 2015. Simultaneous recovery of ammonium and phosphorus via the integration of electrodialysis with struvite reactor. Journal of Membrane Science [online]. 490, 65-71 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j.memsci.2015.04.034. ISSN 03767388. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0376738815003658
• 11. WERNER, Craig M., Bruce E. LOGAN, Pascal E. SAIKALY a Gary L. AMY, 2013. Wastewater treatment, energy recovery and desalination using a forward osmosis membrane in an air-cathode microbial osmotic fuel cell. Journal of Membrane Science [online]. 428, 116-122 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1016/j.memsci.2012.10.031. ISSN 03767388. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0376738812007752
• 12. ZUO, Kuichang, Jiaxiang CAI, Shuai LIANG, Shijia WU, Changyong ZHANG, Peng LIANG a Xia HUANG, 2014. A Ten Liter Stacked Microbial Desalination Cell Packed With Mixed Ion-Exchange Resins for Secondary Effluent Desalination. Environmental Science & Technology [online]. 48(16), 9917-9924 [cit. 2018-05-20]. DOI: 10.1021/ es502075r. ISSN 0013-936X. Dostupné z: http://pubs.acs.org/doi/10.1021/es502075r

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).