Physicochemical, thermal and kinetic analysis of sewage sludge

• Autorzy: Nyakuma B. B. , Magdziarz A. , Werle S.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2016.10(1)049

Warianty tytułu

PL

Fizykochemiczna, termiczna i kinetyczna analiza osadów ściekowych

• Konferencja: ECOpole’16 Conference (5-8.10.2016, Zakopane, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Sewage sludge (SS) is the residual matter generated from waste water treatment. Current treatment methods consist of mechanical dewatering and thermochemical treatment, which have become expensive, inefficient and energy consuming. Furthermore, European Union (EU) laws prohibit landfilling, agricultural and storage utilization of sewage slude (SS). Consequently, innovative and sustainable treatment, management and utilization technologies for SS are urgently required. The pyrolysis of sewage sludge can be potentially address the outlined challenges. Therefore, the main aim of this investigation was to examine the physicochemical, thermal and kinetic properties of selected sewage sludge samples (SS1 and SS2). Thermogravimetric analysis was examined to provide comprehensive description of the decomposition behaviour and kinetic characteristics of SS1 and SS2 under pyrolysis conditions at heating rates: 5, 10, 20 and 40°C/min from 30-800°C. The kinetic parameters such activation energy Ea and pre-exponential factor, A were calculated using the Kissinger model. The Ea and A values for SS1 are 205.87 kJ/mol and 9.68 · 1014 whereas SS2 are 320.40 kJ/mol and 7.44 · 1024. The general conclusion based on experimental studies is that the physicochemical and thermal kinetic properties of SS1 and SS2 are comparable with other pyrolysis feedstock and suitable for pyrolysis conversion.

PL

Osady ściekowe są stałym produktem procesu oczyszczania ścieków. Obecne metody zagospodarowania osadów obejmujące mechaniczne odwadnianie oraz termiczne wykorzystanie stają się drogie, nieefektywne i energochłonne. Co więcej, prawo Unii Europejskiej ogranicza składowanie oraz wykorzystanie rolnicze osadów ściekowych. W efekcie znalezienie innowacyjnych oraz zrównoważonych metod zagospodarowania i utylizacji osadów ściekowych jest niezwykle istotne. Proces pirolizy wydaje się odpowiedni, by sprostać tym wymaganiom. Celem pracy jest określenie fizykochemicznych, termicznych oraz kinetycznych właściwości wybranych próbek osadów ściekowych (SS1 i SS2). Zastosowano analizę termograwimetryczną w celu przeprowadzenia analizy porównawczej opisującej proces przemian termicznych oraz ich kinetyki w warunkach pirolizy dla stałych szybkości grzania wynoszących 5, 10, 20 i 40°C/min w zakresie temperatur od 30-800°C. Parametry kinetyczne: energia aktywacji Ea oraz czynnik przedekspotencjalny A zostały wyznaczone przy użyciu modelu Kissingera. Wartość Ea oraz A dla osadu ściekowego SS1 wynosi odpowiednio 205,87 kJ/mol i 9,68×1014, podczas gdy dla osadu SS2 odpowiednio 320,40 kJ/mol i 7,44×1024. Wyniki analiz zostały porównane z innymi materiałami poddawanymi pirolizie.

Słowa kluczowe

EN

physical properties of sewage sludge; chemical properties of sewage sludge; thermal analysis; kinetics

PL

właściwości fizykochemiczne osadów ściekowych; analiza termiczna; kinetyka

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 10, No. 2
• Strony: 473--480
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Nyakuma B. B.

• Centre of Hydrogen Energy, Institute of Future Energy, Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johor Bahru, Johor DT, Malaysia

autor

Magdziarz A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Werle S.

• Institute of Thermal Technology, Silesian University of Technology, ul. S. Konarskiego 22, 44-100 Gliwice, Poland, phone [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] Rulkens W. Energy Fuels. 2007;22:9-15. DOI: 10.1021/ef700267m.
• [2] Samaras P, Papadimitriou C, Haritou I, Zouboulis A. J Hazard Mater. 2008;154:1052-1059. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.11.012.
• [3] Kelessidis A, Stasinakis AS. Waste Manage. 2012;32:1186-1195. DOI: 10.1016/j.wasman.2012.01.012.
• [4] Gomez N, Rosas JG, Cara J, Martínez O, Alburquerque JA, Sanchez ME. J Clean Prod. 2016;120:181-190. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.10.082.
• [5] Barrow CJ. Appl Geogr. 2012;34:21-28. DOI: 10.1016/j.apgeog.2011.09.008.
• [6] Basu P. Pyrolysis and Torrefaction, Biomass Gasification and Pyrolysis: Practical Design and Theory. Academic Press, Elsevier, UK; 2010; 65-164.
• [7] Oliveir I, Blohse D, Ramke H-G. Biores Technol. 2013;142:138-146. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.04.125.
• [8] Jayaraman K, Gokalp I. Energ Convers Manage. 2015;89: 83-91. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.09.05.
• [9] Wilk M. E3W Web of Conferences. 2016;10:00103. DOI: 10.1051/e3sconf/20161000103.
• [10] Yaman S. Energy Convers Manage. 2004;45:651-671. DOI: 10.1016/S0196-8904(03)00177-8.
• [11] Nyakuma BB. Environ Clim Technol. 2015;15:77-89. DOI: 10.1515/rtuect-2015-0007.
• [12] Calvo LF, Sanchez ME, Morán A, García AI. J Therm Anal Calorim. 2004;78:587-598. DOI: 10.1007/s10973-005-6599-6.
• [13] Ji A, Zhang S, Lu X, Liu Y. Waste Manage. 2010;30:1225-1229. DOI:10.1016/j.wasman.2009.10.003.
• [14] Mothe CG, de Miranda IC. J Therm Anal Calorim. 2013;113:497-505. DOI: 10.1007/s10973-014-3788-1.
• [15] Zhang XY, Chen MQ. J Therm Anal Calorim. 2016;123:665-673. DOI: 10.1007/s10973-016-5983-8.
• [16] Huang YF, Kuan WH, Chiueh PT, Lo SL. Bioresour Technol. 2011;102:3527-3534. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.07.015.
• [17] Ischia M, Perazzolli C, Dal Maschio R, Campostrini R. J Therm Anal Calorim. 2007;87:567-574. DOI: 10.1007/s10973-006-7690-3.
• [18] Mulchandani A, Westerhoff P. Bioresour Technol. 2016;215:215-226. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.03.075.
• [19] Choi Y-K, Mun T-Y, Cho M-H, Kim J-S. Energy. 2016;114:121-128. DOI: 10.1016/j.energy.2016.07.166.
• [20] Magdziarz A, Wilk M, Zajemska M. Chem Process Eng. 2011;32:423-433. DOI: 10.2478/v10176-011-0034-2.
• [21] PN-EN 14774-3 Biopaliwa stałe - Oznaczanie zawartości wilgoci - Metoda suszarkowa - Część 3: Wilgoć w ogólnej próbce analitycznej. Solid Biofuels-Methods for Moisture Determining Using Drier Method. Part 3 - Moisture Analysis in General Sample. Warszawa, Polska. Polski Komitet Standaryzacji. http://sklep.pkn.pl/pn-en-14774-3-2010e.html.
• [22] PN-EN 15402 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości części lotnych. Solid Recovered Fuels - Determination of Volatile Content. Warszawa, Polska. Polski Komitet Standaryzacji. http://sklep.pkn.pl/pn-en-15402-2011e.html.
• [23] CSN EN 15403 Standard, Solid Recovered Fuels - Determination of Ash Content. https://www.enstandard. eu/csn-en-15403-solid-recovered-fuels-determination-of-ash-content/.
• [24] Kissinger HE. Anal Chem. 1957;29:1702-1706. DOI: 10.1021/ac60131a045.
• [25] Ozawa T. Thermochim Acta. 1992;203:159-165. DOI:10.1016/0040-6031(92)85192-X.
• [26] Font R, Fullana A, Conesa J. J Anal Appl Pyrolysis. 2005;74:429-438. DOI: 10.1016/j.jaap.2004.10.009.
• [27] Açıkalın K. J Therm Anal Calorim. 2011;109:227-235. DOI: 10.1007/s10973-010-1267-x.