Preliminary studies on odor removal in the adsorption process on biochars produced form sewage sludge and beekeeping waste

• Autorzy: Piekarski Jacek , Dąbrowski Tomasz , Dąbrowski Janusz , Ignatowicz Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2021.137275

Warianty tytułu

PL

Wstępne badania usuwania odoranta w procesie adsorpcji na materiałach otrzymanych z osadów ściekowych i odpadów pszczelarskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the preliminary study of n-butanol removal in the adsorption process. The main objective of the research was to assess whether and to what extent biochars produced from selected organic waste materials are suitable for odor removal. Biochars produced from dried sewage sludge and beekeeping waste were tested in the adsorption process. At first, raw materials were pyrolyzed and then modified with a 25% ZnCl₂ solution or a 30% H₂O₂ solution. The adsorption process was conducted using a model gas – the European reference odorant – n-butanol. The output parameter was odor concentration C_od [ou_E/m³]. Odor concentration C_od values were obtained using a dynamic olfactometry method on T08 olfactometer. The solid byproducts of pyrolysis of digested sewage sludge and beekeeping waste may be used as adsorbents for the removal of n-butanol in the adsorption process. Adsorption performance of biochar from sewage sludge is better than biochar from beekeeping waste. Additional modification with H₂O₂ or ZnCl₂ increases the efficiency of the process, thus decreasing the required bed height for the elimination of odorant. The results of the studies confirm the findings of other authors that biochars derived from sewage sludge and other organic waste materials may be efficient sorbents in the removal of various substances from water or the air. Other biochars and methods of their activation should be tested. For practical reasons, the next stage of the research should be the determination of the adsorption front height and its migration rate.

PL

W pracy przedstawiono wstępne badania usuwania n-butanolu w procesie adsorpcji. Głównym celem badań była ocena, czy i w jakim stopniu wybrane sorbenty wyprodukowane z wybranych odpadów organicznych nadają się do usuwania odorantów. W procesie adsorpcji przebadano sorbenty wytworzone z wysuszonych osadów ściekowych i odpadów pszczelarskich. Surowce początkowo poddano procesowi pirolizy, a następnie modyfikowano 25% roztworem ZnCl₂ lub 30% roztworem H₂O₂. Proces adsorpcji prowadzono przy użyciu gazu modelowego – europejskiego referencyjnego odoranta – n-butanolu. Parametrem wyjściowym było stężenie zapachowe C_od [ou_E/m³]. Wartości stężenia zapachowego oznaczono metodą olfaktometrii dynamicznej na olfaktometrze T08. Stała frakcja po pirolizie przefermentowanych osadów ściekowych i odpadów pszczelarskich może służyć jako adsorbent do usuwania n-butanolu w procesie adsorpcji. Skuteczność adsorbentu z osadów ściekowych jest lepsza niż z odpadów pszczelarskich. Dodatkowa modyfikacja za pomocą H₂O₂ lub ZnCl₂ zwiększa wydajność sorbentów, zmniejszając tym samym wymaganą wysokość złoża do eliminacji substancji zapachowej. Wyniki badań potwierdzają wyniki otrzymane przez innych autorów, że sorbenty pochodzące z osadów ściekowych i innych odpadów organicznych mogą być skuteczne w usuwaniu różnych substancji z wody lub powietrza. W kolejnym etapie należy przetestować inne materiały i inne metody aktywacji. Natomiast dla warunków praktycznych należałoby obliczyć wysokość i szybkość migracji frontu adsorpcji złóż otrzymanych z materiałów odpadowych.

Słowa kluczowe

EN

adsorption; pyrolysis; biochar; odor removal; organic waste

PL

adsorpcja; piroliza; biowęgiel; usuwanie nieprzyjemnych zapachów; odpady organiczne

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 47, no. 2
• Strony: 20--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Piekarski Jacek

• Koszalin University of Technology

autor

Dąbrowski Tomasz

• Koszalin University of Technology

autor

Dąbrowski Janusz

• Koszalin University of Technology

autor

Ignatowicz Katarzyna

• Bialystok University of Technology

Bibliografia

• 1. Ahmad, M., Lee, S.S., Dou, X., Mohan, D., Sung, J-K., Yang, J.E. & Ok, Y.S. (2012). Effects of pyrolysis temperature on soybean stover- and peanut shell-derived biochar properties and TCE adsorption in water. Bioresource Technology, 118, 536-544. DOI: 10.1016/j.biortech.2012.05.042
• 2. Angın, D. (2013). Effect of pyrolysis temperature and heating rate on biochar obtained from pyrolysis of safflower seed press cake. Bioresource Technology, 128, 593-597. DOI: 10.1016/j.biortech.2012.10.150
• 3. Bogusz, A., Oleszczuk, P.& Dobrowolski, R. (2015). Application of laboratory prepared and commercially available biochars to adsorption of cadmium, copper and zinc ions from water. Bioresource Technology, 196, 540-549. DOI: 10.1016/j.biortech.2015.08.006
• 4. Chen, T., Zhang, Y., Wang, H., Lu, W., Zhou, Z., Zhang, Y. & Ren, L. (2014). Influence of pyrolysis temperature on characteristics and heavy metal adsorptive performance of biochar derived from municipal sewage sludge. Bioresource Technology, 164, 47-54. DOI: 10.1016/j.biortech.2014.04.048
• 5. Chen, X., Jeyaseelan, S. & Graham, N. (2002). Physical and chemical properties study of the activated carbon made from sewage sludge. Waste Management, 22(7), pp. 755-760. DOI: 10.1016/S0956-053X(02)00057-0
• 6. Curyło, J. & Rybak, H. (1972). Characteristics of the domestic wax melted from beeswax and the wax extracted from slumgum with trichlorethylene (TRI). Pszczelnicze Zeszyty Naukowe, XVI, pp. 153-162. (in Polish)
• 7. De la Guardia, M. & Morales-Rubio, A. (1996). Modern strategies for the rapid determination of metals in sewage sludge. Trends in Analytical Chemistry, 15(8), pp. 311-318. DOI: 10.1016/0165-9936(96)00041-6
• 8. Graham, N., Chen, X.G. & Jayaseelan, S. (2001). The potential application of activated carbon from sewage sludge to organic dyes removal. Water Sci Technol, 43(2), pp. 245-252. PMID: 11380186
• 9. Guo, C., Zou, J., Yang, J., Wang, K. & Song, S. (2020). Surface characterization of maize-straw-derived biochar and their sorption mechanism for Pb2+ and methylene blue. PLOS ONE, 15(8): e0238105. DOI: 10.1371/journal.pone.0238105
• 10. Hvitved-Jacobsen, T., Vollertsen, J., Yongsiri, C., Nielsen, A. & Abdul-Talib, S. (2002). Sewer microbial processes, emissions and impacts. Sewer Processes.
• 11. Hwang, Y., Matsuo, T., Hanaki, K. & Suzuki, N. (1995). Identification and quantification of sulfur and nitrogen containing odorous compounds in wastewater. Water Research, 29(2), pp. 711-718. DOI: 10.1016/0043-1354(94)00145-W
• 12. Ignatowicz, K. (2008) Sorption process for migration reduction of pesticides from graveyards‎. Archives of Environmental Protection. 34(3)., pp. 143-149.
• 13. Ignatowicz, K., Piekarski, J., Skoczko, I. & Piekutin, J. (2016). Analysis of simplified equations of adsorption dynamics of HCH. Desalination and Water Treatment, 57 (3), pp. 1420-1428. DOI: 10.1080/19443994.2014.996011
• 14. Kim, W-K., Shim, T., Kim, Y-S., Hyun, S., Ryu, C., Park, Y-K. & Jung, J. (2013). Characterization of cadmium removal from aqueous solution by biochar produced from a giant Miscanthus at different pyrolytic temperatures. Bioresource Technology, 138, 266-270. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.03.186
• 15. Lach, J. & Ociepa, E. (2003). Effect of high-temperature modification of activated carbon on the sorption of Cr(VI) anions and Cr(III) cations from aqueous solutions. Ochrona Środowiska, 3 (25), pp. 57-60. (in Polish)
• 16. Latosińska, J. (2014). The analysis of heavy metals mobility from sewage sludge from wastewater treatment plants in Olsztyn and Sitkówka-Nowiny. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17(2), pp. 243-253. (in Polish)
• 17. Lee, Y., Park, J., Ryu, C., Gang, K.S., Yang, W., Park, Y-K., Jung, J. & Hyun, S. (2013). Comparison of biochar properties from biomass residues produced by slow pyrolysis at 500°C. Bioresource Technology, 148, 196-201. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.08.135
• 18. Lu, H., Zhang, W., Wang, S., Zhuang, L., Yang, Y. & Qiu, R. (2013). Characterization of sewage sludge-derived biochars from different feedstocks and pyrolysis temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 102, 137-143. DOI: 10.1016/j.jaap.2013.03.004
• 19. Milik, J., Pasela, R., Szymczak, M. & Chalamoński, M. (2016). Evaluation of the Physico-chemical Composition of Sludge from Municipal Sewage Treatment Plant. Rocznik Ochrona Środowiska, 18, pp. 579-590. (in Polish)
• 20. Norouzi, H., Jafari, D. & Esfandyari, M. (2020). Study on a new adsorbent for biosorption of cadmium ion from aqueous solution by activated carbon prepared from Ricinus communis. Desal. Water Treat., 191, pp. 140-152. DOI:10.5004/dwt.2020.25702
• 21. Piecuch, T., Kowalczyk, A., Dąbrowski, T., Dąbrowski, J. & Andriyevska, L. (2015). Reduction of Odorous Noxiousness of Sewage Treatment Plant in Tychowo. Rocznik Ochrona Środowiska, 17, pp. 646-663. (in Polish)
• 22. Piekarski, J. (2009). Numerical modeling of the filtration and sorption process. Monografia, Wydawnictwo Politechniki Koszalińskiej. (in Polish)
• 23. Piekarski, J., Dąbrowski, T. & Ignatowicz, K. (2021). Effect of bed height on efficiency of adsorption of odors from sewage sludge using modified biochars from organic waste materials as an adsorbent. Desal. Water Treat., 218, 252-259. DOI: 10.5004/dwt.2021.26975
• 24. PN-EN 13725:2007 "Air quality. Determination of odor concentration by dynamic olfactometry". (in Polish)
• 25. Puchlik, M., Ignatowicz, K. & Dabrowski, W. (2015). Influence of bio- preparation on wastewater purification process in constructed wetlands. Journal of Ecological Engineering, 16 (1), pp. 159-163. DOI: 10.12911/22998993/602
• 26. Rauf, A., Mahmud, T. & Ashraf, M. (2020). Sorption studies on removal of Cd2+ from the aqueous solution using fruit-peels of Litchi chinensis Sonn. Desal. Water Treat., 187, pp. 277-286. DOI: 10.5004/dwt.2020.25414
• 27. Semkiw, P., Skubida, P., Jeziorski, K. & Pioś, A. (2018). The beekeeping sector in Poland. Instytut Ogrodnictwa, Zakład Pszczelarstwa w Puławach. (in Polish)
• 28. Shaaban, A.,Se, S-M., Dimin, M.F., Juoi, J.M., Husin, M.H.M. & Mitan, N.M.M. (2014). Influence of heating temperature and holding time on biochars derived from rubber wood sawdust via slow pyrolysis. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 107, 31-39. DOI: 10.1016/j.jaap.2014.01.021
• 29. Sówka, I. (2011). Methods of identification of odour gases emitted from industrial plants. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. (in Polish)
• 30. Sówka, I., Miller, U., Skrętowicz, M., Nych, A. & Zwoździak, J. (2013). The Conditions and Requirements Necessary for the Proper Functioning of the Olfactometric Laboratory. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, pp. 1207-1215. (in Polish)
• 31. Szostek, M., Kaniuczak, J., Hajduk, E., Stanek-Tarkowska, J., Jasiński, T., Niemiec, W. & Smusz, R. (2018). Effect of sewage sludge on the yield and energy value of the aboveground biomass of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.). Archives of Environmental Protection, 44(3), pp. 42-50. DOI: 10.24425/aep.2018.122285
• 32. Tang, Y., Samrat, Alam, Md., Konhauser, K.O., Alessi, D.S., Xu, S., Tian, W. & Liu, Y. (2019). Influence of pyrolysis temperature on production of digested sludge biochar and its application for ammonium removal from municipal wastewater. Journal of Cleaner Production, 209, pp. 927-936. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.10.268
• 33. Titova, J. & Baltrėnaitė, E. (2020). Physical and Chemical Properties of Biochar Produced from Sewage Sludge Compost and Plants Biomass, Fertilized with that Compost, Important for Soil Improvement. Waste Biomass Valor. DOI: 10.1007/s12649-020-01272-2
• 34. Wen, Q., Li, C., Cai, Z., Zhang, W., Gao, H., Chen, L., Zeng, G., Shu, X. & Zhao, Y. (2011). Study on activated carbon derived from sewage sludge for adsorption of gaseous formaldehyde. Bioresource Technology, 102(2), pp. 942-947. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.09.042
• 35. Wiśniewska, M., Kulig, A. & Lelicińska-Serafin, K. (2020). Olfactometric testing as a method for assessing odour nuisance of biogas plants processing municipal waste, Archives of Environmental Protection, 46(3), pp. 60-68. DOI: 10.24425/aep.2020.134536
• 36. Włodarczyk, E., Próba, M. & Wolny, L. (2014). Comparison of Test Results for Stabilized Sewage Sludge Derived from Storage Yard and Drying Hall. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17(3), pp. 473-481. (in Polish)
• 37. Zhang, F-S., Nriagu, J.O. & Itoh, H. (2005). Mercury removal from water using activated carbons derived from organic sewage sludge. Water Research, 39(2-3), pp. 389-395. DOI: 10.1016/j.watres.2004.09.027

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).