Usuwanie antropogenicznych mikrozanieczyszczeń organicznych z różnych strumieni wodnych w procesie sekwencyjnym FK/UF/NF

• Autorzy: Kudlek E. , Dudziak M. , Bohdziewicz J. , Kamińska G.

Identyfikatory

DOI

10.12912/23920629/74963

Warianty tytułu

EN

Removal of antropogenic organic micropollutants from different water streams in the FK/UF/NF sequential system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Znaczna liczba mikrozanieczyszczeń organicznych pochodzenia antropogenicznego zaliczana jest do związków trudno- lub niebiodegradowalnych, mogących negatywnie oddziaływać na organizmy żywe, w tym również na zdrowie człowieka. Za główne źródło tego rodzaju zanieczyszczeń uznawane są ścieki bytowo-gospodarcze oraz ścieki z różnych gałęzi przemysłu. Celem pojętych badań było opracowanie metody pozwalającej na usunięcie z różnych strumieni wodnych wybranych mikrozanieczyszczeń tj. diklofenaku, oktylofenolu, antracenu oraz bezno[a]pirenu w oparciu o zawansowane procesy utleniania oraz techniki filtracji membranowej. Badania prowadzono na roztworach sporządzonych na bazie wody zdejonizowanej oraz modelowych i rzeczywistych ściekach zawierających mikrozanieczyszczenia o stężeniu 0,5 mg/dm³. Zastosowano fotokatalityczne utlenianie w obecności TiO2 prowadzone w reaktorze porcjowym wyposażonym w lampę UV o mocy 150 W. Uzyskane roztwóry poprocesowe poddano procesowi ultrafiltracji mającej na celu odseparowanie cząsteczek katalizatora jak i zatrzymanie wysokocząsteczkowych związków organicznych wchodzących w skład oczyszczanych strumieni wodnych. Proces realizowano w układzie filtracji jednokierunkowej przy ciśnieniu transmembranowym wynoszącym 0,2 MPa. Wykonana analiza chromatograficzna mająca na celu określenie stopnia usunięcia badanych mikrozanieczyszczeń w roztworach podprocesowych wskazała na ich niecałkowity rozkład w procesie fotokatalizy oraz na generowanie znacznej liczby ubocznych produktów ich utleniania. W celu ich kompletnej eliminacji zastosowano drugi etap filtracji membranowej przy użyciu membrany nanofiltracyjnej. Zaproponowany układ łączący fotokatalizę z dwustopniową filtracją membranową pozwolił na ponad 91% usunięcie mikrozanieczyszczeń z roztworów wodnych sporządzonych na bazie wody zdejonizowanej oraz na całkowite usunięcie związków oraz ubocznych produktów ich utleniania ze ścieków modelowych jak i rzeczywistych.

EN

A significant number of anthropogenic organic micropollutants are classified as hardly- or non-biodegradable compounds, which may adversely affect the living organisms, including human health. Municipal wastewater and wastewater from various industry sectors are considered as the main source of this type of pollutants. The aim of the conducted study was to develop a method for the removal of selected micropollutants such as diclofenac, octylphenol, anthracene and benzo[a]pyrene from various water streams, based on advanced oxidation processes and membrane filtration techniques. The research was carried out on solutions prepared on the basis of deionised water as well as a model and actual effluent from a mechanical-biological wastewater treatment line. The concentration of micropollutions was 0.5 mg/dm³. Photocatalytic oxidation was applied in the presence of TiO2 in a batch reactor equipped with a 150 W UV lamp. The post-processing solutions ware subjected to the ultrafiltration process, which allowed for the separation of catalyst particles and retention of high molecular weight organic compounds occurring in the treated water streams. The membrane filtration process was operated in a dead-end mode at a transmembrane pressure of 0.2 MPa. For their complete elimination, the second stage of membrane filtration using a nanofiltration membrane was applied. The chromatographic analysis, performed to determine the removal degree of tested micropollutants in the post-processing solutions, indicated their incomplete decomposition in the photocatalysis process and the generation of a significant number of their oxidation by-products. The proposed sequential system that combines photocatalysis with two-stage membrane filtration, allowed for over 91% removal of micropollutants from water solutions prepared on the basis of deionised water as well as for a complete removal of the compounds and their oxidation by-products from model and actual wastewater effluents.

Słowa kluczowe

PL

mikrozanieczyszczenia organiczne; środowisko wodne; układ sekwencyjny; fotokataliza; ultrafiltracja; nanofiltracja

EN

organic micropollutants; water environment; sequential system; photocatalysis; ultrafiltration; nanofiltration

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 18, nr 4
• Strony: 116--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kudlek E.

• Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wodnej i Ścieków, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice

autor

Dudziak M.

• Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wodnej i Ścieków, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice

autor

Bohdziewicz J.

• Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wodnej i Ścieków, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice

autor

Kamińska G.

• Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wodnej i Ścieków, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• 1. Athanasekou C.P., Moustakas N.G., Morales-Torres S., Pastrana-Martínez L.M., Figueiredo J.L., Faria J.L., Silva A. M.T., Dona-Rodriguez J.M., Romanos G.E., Falaras P. 2015. Ceramic photocatalytic membranes for water filtration under UV and visible light, Applied Catalysis B: Environmental, 178, 12–19.
• 2. Barbosa M.O., Moreira N.F.F., Ribeiro A.R., Pereira M.F.R., Silva A.M.T. 2016. Occurrence and removal of organic micropollutants: An overview of the watch list of EU Decision 2015/495, Water Research, 94, 257–279.
• 3. Coday B.D., Yaffe B.G., Xu P., Cath T.Y. 2014. Rejection of trace organic compounds by forward osmosis membranes: a literature review, Environmental Science and Technology, 48(7), 3612–3624.
• 4. Galus M., Jeyaranjaan J., Smith E., Li H., Metcalfe C., Wilson J.Y. 2013. Chronic effects of exposure to a pharmaceutical mixture and municipal wastewater in zebrafish, Aquatic Toxicology, 132–133, 212–222.
• 5. Justo A., González Ó., Aceña J., Mita L., Casado M., Pérez S., Piña B., Sans C., Barceló D., Esplugas S. 2014. Application of bioassay panel for assessing the impact of advanced oxidation processes on the treatment of reverse osmosis brine, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 89(8), 1168–1174.
• 6. Kim M.-K., Zoh K.-D. 2016. Occurrence and removals of micropollutants in water environment, Environmental Engineering Research, 21(4), 319–332.
• 7. Kudlek E., Dudziak M., Kamińska G., Bohdziewicz J. 2017a. Kinetyka fotokatalitycznego rozkładu wybranych mikrozanieczyszczeń organicznych w środowisku wodnym, Inżynieria Ekologiczna, 18(2), 75–82.
• 8. Kudlek E., Dudziak M., Kamińska G., Bohdziewicz J. 2017b. Fotolityczny i fotokatalityczny rozkład mikrozanieczyszczeń organicznych w różnych matrycach wodnych, Współczesne problemy ochrony środowiska IV. Pod red. Czop M., Kajda-Szcześniak M. Gliwice. Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów, 69–78.
• 9. Margot J., Rossi L., Barry D.A., Holliger C. 2015. A review of the fate of micropollutants in wastewater treatment plants, WIREs Water, 2, 457–487.
• 10. Oulton R. L., Kohn T., Cwiertny D. M. 2010. Pharmaceuticals and personal care products in effluent matrices: a survey of transformation and removal during wastewater treatment and implications for wastewater management, Journal of Environmental Monitoring, 12(11), 1956–1978.
• 11. Peschke K., Geburzi J., Korhler H.R., Wurm K., Triebskorn R. 2014. Invertebrates as indicators for chemical stress in sewage-influenced stream systems: toxic and endocrine effects in gammarids and reactions at the community level in two tributaries of Lake Constance, Schussen and Argen, Ecotoxicology and Environmental Safety, 106, 115–125.
• 12. Pérez-González A., Urtiaga A.M., Ibáñez R., Ortiz I. 2012. State of the art and review on the treatment technologies of water reverse osmosis concentrates, Water Research, 46(2), 267–283.
• 13. Ribeiro A.R., Nunes O.C., Pereira M.F.R., Silva A.M.T. 2015. An overview on the advanced oxidation processes applied for the treatment of water pollutants defined in the recently launched Directive 2013/39/EU, Environment International, 75, 33–51.
• 14. Rozas O., Vidal C., Baeza C., Jardim W.F., Rossner A., Mansilla H. D. 2016. Organic micropollutants (OMPs) in natural waters: Oxidation by UV/H2O2 treatment and toxicity assessment, Water Research, 98, 109–118.
• 15. Tetreault G.R., Bennett C.J., Carl C., Servos M.R., McMaster M.E. 2012. Reproductive and histopathological effects in wild fish inhabiting an effluent-dominated stream, Wascana Creek, SK, Canada, Aquatic Toxicology, 110–110,149–161.
• 16. Werle S., Dudziak M. 2013. Ocena toksyczności osadów ściekowych oraz produktów ubocznych powstających podczas ich zgazowania. Przemysł Chemiczny, 92, 1350–1353.
• 17. Zhou H., Liu J., Xia H., Zhang Q., Ying T., Hu T. 2015. Removal and reduction of selected organic micro-pollutants in effluent sewage by the ozone-based oxidation processes, Chemical Engineering Journal, 269, 245–254.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).