An assessment of coagulation process efficiency as a pre-treatment for reusing filtration backwash in water treatment plants

• Autorzy: Wolska Małgorzata , Urbanska-Kozłowska Halina , Solipiwko-Pieścik Anna

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2025.153331

Warianty tytułu

PL

Ocena skuteczności procesu koagulacji w podczyszczaniu popłuczyn w celu ponownego ich wykorzystania w stacjach uzdatniania wody

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The growing water deficit around the world contributes to the need to reduce water losses and implement a circular economy. This is the main reason for searching for additional water sources or limiting water losses. In the case of water supply companies, apart from water losses in the distribution system, the greatest amounts of water are used for filter backwashing.The returning of backwash to the drinking water system can be suitable method for recycling of 3-10% of water treated in water treatment plants (WTPs), but high levels of backwash pollution make pretreatment necessary prior to recirculation. Backwash from surface and infiltration water treatment plants is characterized by different level of pollution and types of contaminants, except for microorganisms, which are present in both backwash types. The aim of this study was to evaluate the effectiveness of coagulation as a method of pre-treating backwash before recirculation to the main water treatment system. Prehydrolized coagulant is characterized by a higher removal efficiency for all pollutants, which allows the use of smaller doses. Optimal doses were 5 mg/L and 7 mg/L for PAX XL3 and ALS coagulants respectively. Independent of doses and type of coagulants, coagulation and sedimentation processes did not provide enough efficiency of microorganism removal. The results of this study have found that it is necessary to include other processes, especially disinfection, for pre-treating backwash prior to recirculating it to the treatment system. On the other hand, the cost of backwash recirculation is higher than the cost of intake water.

PL

Rosnący deficyt wody na całym świecie przyczynia się do konieczności ograniczania jej strat i wdrażania gospodarki o obiegu zamkniętym. Jest to główny powód poszukiwania dodatkowych źródeł wody lub ograniczania jej strat. W przypadku przedsiębiorstw wodociągowych, oprócz strat wody w systemie dystrybucji, największe ilości wody wykorzystywane są do płukania filtrów. Zawracanie popłuczyn do systemu oczyszczania wody do picia może być odpowiednią metodą odzysku 3-10% wody uzdatnionej w zakładach oczyszczania wody (ZOW), ale wysoki poziom zanieczyszczenia popłuczyn sprawia, że przed recyrkulacją konieczne jest ich wstępne podczyszczenie. Popłuczyny z zakładów oczyszczania wód powierzchniowych i infiltracyjnych charakteryzują się różnym poziomem zanieczyszczenia i rodzajami zanieczyszczeń, z wyjątkiem mikroorganizmów, które są obecne w obu typach popłuczyn. Celem tych badań była ocena skuteczności koagulacji jako metody wstępnego oczyszczania popłuczyn przed recyrkulacją ich do głównego systemu uzdatniania wody. Badania wykazały, że wstępnie zhydrolizowany koagulant charakteryzuje się wyższą skutecznością usuwania wszystkich zanieczyszczeń, co pozwala na stosowanie mniejszych dawek niż hydrolizującego siarczanu glinu. Optymalne dawki wynosiły odpowiednio 5 mg/l i 7 mg/l dla koagulantów PAX XL3 i ALS. Niezależnie od dawek i rodzaju stosowanych koagulantów, procesy koagulacji i sedymentacji nie zapewniały wystarczającej skuteczności usuwania mikroorganizmów. Wyniki badań wykazały, że konieczne jest włączenie innych procesów, zwłaszcza dezynfekcji, do wstępnego podczyszczania popłuczyn przed ponownym wprowadzeniem ich do systemu oczyszczania. Z drugiej strony, koszt recyrkulacji popłuczyn jest wyższy niż koszt ujęcia wody i odprowadzenia popłuczyn do środowiska jako ścieków.

Słowa kluczowe

EN

coagulant; cost; filter backwashing; pretreatment; recirculation; water treatment

PL

koagulant; koszt; popłuczyny; recyrkulacja; uzdatnianie wody

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 71, nr 1
• Strony: 225--240
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Wolska Małgorzata

• Wroclaw University of Technology, Faculty of Environmental Engineering, Wroclaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3627-4778

autor

Urbanska-Kozłowska Halina

• Manicipal Water and Sewage Company, Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9137-6510

autor

Solipiwko-Pieścik Anna

• Wroclaw University of Technology, Faculty of Environmental Engineering, Wroclaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7229-1060

Bibliografia

• [1] A.Their, I. Tyli, and K. Żmija, “Management of water resources and their consumption within the circular economy”, in Restructuring management: Models-Changes-Development. Cracow University of Economics, 2020, pp. 203-226.
• [2] M. Gromiec, “Nowe koncepcje gospodarki wodno-ściekowej-osadowej” in Ocena gospodarki ściekowo-osadowej w Polsce, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, vol. 166, 2020.
• [3] EPA United States Environmental Protection Agency, Drinking Water Treatment Plant Residuals Management Technical Report, Summary of Residuals Generation, Treatment, and Disposal at Large Community Water Systems, 2011.
• [4] M. Zielina and W. Dąbrowski, “Energy and water savings during backwashing of rapid filter plants”, Energies, vol. 14, no. 13, art. no. 3782, 2021, doi: 10.3390/en14133782.
• [5] A. Gottfried, A. D. Shepard, K. Hardiman, and M. E. Walsh, “Impact of recycling filter backwash water on organic removal in coagulation-sedimentation processes”, Water Research, vol. 42, no. 18, pp. 4683-4691, 2008, doi: 10.1016/j.watres.2008.08.011.
• [6] M. L. Jibhakate, M. P. Bhorkar, A. G. Bhole, and P. K. Baitule, “Reuse & recirculation of filter backwash water of water treatment water”, International Journal of Engineering Research and Applications, vol. 7, no. 4, pp. 60-63, 2017, doi: 10.9790/9622-0704016063.
• [7] M.Wołowiec, A. Pruss, M. Komorowska-Kaufman, I. Lasocka-Gomuła, G. Rzepa, and T. Bajda, “The properties of sludge formed as a result of coagulation of backwash water from filters removing iron and manganese from groundwater”, SN Applied Sciences, vol. 1, no. 6, art. no. 639, 2019, doi: 10.1007/s42452-019-0653-7.
• [8] D. Wang, J. Zhou, H. Lin, J. Chen, J. Qi, Y. Bai, and J. Qu, “Impacts of backwashing on micropollutant removal and associated microbial assembly processes in sand filters”, Frontiers of Environmental Science and Engineering, vol. 17, no. 3, 2023, doi: 10.1007/s11783-023-1634-z.
• [9] W. Li, X. Liang, J. Duan, S. Beechamb, and D. Mulcahy, “Influence of spent filter backwash water recycling on pesticide removal in a conventional drinking water treatment process”, Environmental Science Water Research and Technology, vol. 4, no. 7, pp. 1057-1067, 2018, doi: 10.1039/C7EW00530J.
• [10] M. Komorowska-Kaufman, F. Ciesielczyk, A. Pruss, and T. Jesionowski, “Effect of sedimentation time on the granulometric composition of suspended solids in the backwash water from biological activated carbon filters”, E3S Web of Conferences, vol. 44, art. no. 00072, 2018, doi: 10.1051/e3sconf/20184400072.
• [11] M. Zemite, L. Mezule, K. Gruskevica, et al., “Affordable Pretreatment Strategy for Mitigation of Biofouling in Drinking-Water Systems”, Journal of Environmental Engineering, vol. 148, no. 2, 2022, doi: 10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001968.
• [12] F. H. de Souza, B. S. Pizzolatti, and M. L. Sens, “Backwash as a simple operational alternative for small-scale slow sand filters: From conception to the current state of the art”, Journal of Water Process Engineering, vol. 40, art. no. 101864, 2021, doi: 10.1016/j.jwpe.2020.101864.
• [13] Z. Zhou, Y. Yang, X. Li, Z. Su, Y. Liu, J. Ren, and Y. Zhang, “Effect of recycling filter backwash water on characteristic variability of dissolved organic matter in coagulation sedimentation process”, Desalination and Water Treatment, vol. 53, no. 1, pp. 48-56, 2015, doi: 10.1080/19443994.2013.836994.
• [14] M. M. Ebrahimi, H. Amin, Y. Pourzamani, A. H. Hajizadeh, M. M. Mahvi, and M. H. R. Rad, “Hybrid coagulation-UF processes for spent filter backwash water treatment: a comparison studies for PAFCl and FeCl 3 as a pre-treatment”, Environmental Monitoring and Assessment, vol. 189, pp. 1-15, 2017, doi: 10.1007/s10661-017-6091-3.
• [15] L. Mazari and D. Abdessemed, “Feasibility of Reuse Filter Backwash Water as Primary/Aid Coagulant in Coagulation-Sedimentation Process for Tertiary Wastewater Treatment”, Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 45, no. 9, pp. 7409-7417, 2020, doi: 10.1007/s13369-020-04597-1.
• [16] S. Suman, N. P. Singh, and Ch. Sulekh, “Effect of Filter Backwash Water when blends with Raw Water on Total Organic Carbon and Dissolve Organic Carbon Removal”, Research Journal of Chemical Sciences, vol. 2, no. 10, pp. 38-42, 2012.
• [17] C. Rodrigues and M. A. Cunha, “Assessment of the microbiological quality of recreational waters: indicators and methods”, Euro-Mediterranean Journal for Environmental Integration, vol. 2, pp. 1-18, 2017, doi: 10.1007/s41207-017-0035-8.
• [18] L. Deng, H. H. Ngo, W. Guo, and H. Zhang, “Pre-coagulation coupled with sponge-membrane filtration for organic matter removal and membrane fouling control during drinking water treatment”, Water Research, vol. 157, pp. 155-166, 2019, doi: 10.1016/j.watres.2019.03.052.
• [19] L. Fu, C. Wu, Y. Zhou, J. Zuo, and Y. Ding, “Investigation on evaluation criteria of backwashing effects for a pilot-scale BAF treating petrochemical wastewater”, Environmental Technology, vol. 38, no. 20, pp. 2523-2533, 2017, doi: 10.1080/09593330.2016.1269838.
• [20] M. Mahdavi, M. Mehdi Amin, A. Hossein Mahvi, H. Pourzamani, and A. Ebrahimi, “Metals, heavy metals and microorganism removal from spent filter backwash water by hybrid coagulation-UF processes”, Journal of Water Reuse and Desalination, vol. 8, no. 2, pp. 225-233, 2018, doi: 10.2166/wrd.2017.148.
• [21] Z. Chaouki , I. El Mrabet, F. Khalil, M. Ijjaali, S. Rafqah, S. Anouar, and H. Zaitan, “Use of coagulation-flocculation process for the treatment of the landfill leachates of Casablanca city (Morocco)”, Journal of Mater Environment Science, vol. 8, pp. 2781-2791, 2017.
• [22] G. Saxena, R. N. Bharagava, G. Kaithwas, and A. Raj, “Microbial indicators, pathogens and methods for their monitoring in water environment”, Journal of Water and Health, vol. 13, no. 2, pp. 319-339, 2015, doi: 10.2166/wh.2014.275.