Preliminary tests of sorption properties of thermally transformed activated sludge

• Autorzy: Pieczykolan B. , Płonka I. , Kosel M.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2015.22(1)06

Warianty tytułu

PL

Wstępne badania właściwości sorpcyjnych termicznie przekształconego osadu czynnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Study was conducted in order to check sorption properties of activated sludge which has undergone thermal transformation. For this purpose, anaerobically digested and dewatered activated sludge was dried at 105 oC to constant weight. Next this sludge was milled to a particle with a diameter of 0.5–1.0 mm and subjected to thermal activation in a muffle furnace at 600 oC. In this way obtained a powder activated carbon based on activated sludge (so called SAC – “sludge-based activated carbon”). Studies of static sorption of two dyes (Lissamine Scarlet 4R and Rhodamine B) were conducted for activated carbon prepared as described above. The reaction pH was 2.5 and 7.0 respectively for the dye Lissamine Scarlet 4R and Rhodamine B. During the tests for both dyes a sorption kinetics (for two different values of the ratio of dye weight and SAC weight) were made. Then, for a predetermined time sorption (selected based on the results of the kinetics) sorption isotherms were made for both dyes. Studies have shown that the dye Rhodamine B was well sorbed by activated carbon produced from activated sludge. In the case of Rhodamine B in order to achieve an effective level of removal of that dye it was required only 0.5 hours of contact time. However, in the case of Lissamine Scarlet 4R it required a much longer contact time. That was required two hours of contact time to achieve a relatively high reduction of concentration of this dye. Also, the results obtained during determining the sorption isotherms of these two dyes, have confirmed that conclusion. The adsorbed charge of Rhodamine B per gram of SAC was significantly higher than the adsorbed charge of the second dye. These differences may have been due to the size of the pores of generated SAC. On the basis of sorption of these two dyes can be supposed, that the SAC was characterized by a pore smaller than the size of molecules of Lissamine Scarlet 4R. Therefore, the sorption process of that dye was limited. In contrast, molecules of Rhodamine B, which are smaller than the molecules of Lissamine Scarlet 4R, were much better adsorbed by the SAC. Additionally, it can be supposed that the surface charge of the generated SAC was negative, because the cationic dye (Rhodamine B) was better adsorbed by this sorbent.

PL

Przeprowadzono badania mające na celu ocenę właściwości sorpcyjnych osadu czynnego, który został poddany termicznej obróbce. W tym celu ustabilizowany beztlenowo i odwodniony osad czynny wysuszono w 105 oC do stałej masy. Następnie osad ten zmielono do ziaren o średnicy 0,5–1,0 mm i poddano termicznej aktywacji w piecu muflowym w 600 oC uzyskując w ten sposób pylisty węgiel aktywny bazujący na osadzie czynnym (tzw. SAC – czyli “sludge-based activated carbon”). Dla tak spreparowanego węgla aktywnego przeprowadzono badania procesu sorpcji statycznej względem barwników: Lissamine Scarlet 4R i Rodamina B. W badaniach pH reakcji wynosiło 2,5 oraz 7,0 odpowiednio dla barwnika Lissamine Scarlet 4R i Rodaminy B. w pierwszym etapie wykonano kinetykę sorpcji obu barwników dla dwóch różnych wartości stosunku masy barwnika przypadającego na masę SAC. Następnie dla ustalonego czasu sorpcji (wybranego na podstawie wyników przeprowadzonej kinetyki) wykonano izotermę sorpcji obu barwników. Badania wykazały dobre właściwości sorpcyjne wytworzonego z osadu węgla aktywnego względem barwnika Rodamina B. W przypadku Rodaminy B w celu uzyskania efektywnego stopnia usunięcia tego barwnika wymagany był jedynie pół godzinny czas kontaktu. Natomiast w przypadku Lissaminy Scarlet 4R wymagany był znacznie dłuższy czas kontaktu. Potrzeba było aż 2 godzin kontaktu by uzyskać stosunkowo wysoki stopień redukcji stężenia tego barwnika. Również wyniki otrzymane w trakcie wyznaczania izotermy sorpcji obu barwników potwierdziły te wnioski. Wartość zabsorbowanego ładunku Rodaminy B przez gram SAC była znacznie większa niż w przypadku drugiego badanego barwnika. Różnice te mogły wynikać z wielkości porów wytworzonego SAC. Na podstawie badań sorpcji tych dwóch barwników można podejrzewać, że wytworzony SAC charakteryzował się wielkością porów mniejszą od wielkości cząsteczek Lissaminy Scarlet 4R. Z tego też względu sorpcja tego barwnika była utrudniona. Natomiast cząsteczki Rodaminy B, które są mniejsze od cząsteczek Lissaminy Scarlet 4R, były w znacznie większym stopniu zatrzymywane przez SAC. Ponadto można podejrzewać, że ładunek powierzchniowy wygenerowanego SAC miał wartość ujemną, dlatego kationowy barwnik (Rodamina B) była lepiej sorbowana przez ten sorbent.

Słowa kluczowe

EN

activated sludge; activated carbon; dyes; sorption isotherm; sorption kinetics

PL

osad czynny; węgiel aktywny; barwniki; izoterma sorpcji; kinetyka sorpcji

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 1
• Strony: 63--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., wykr., rys , tab.

Twórcy

autor

Pieczykolan B.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18, 44–100 Gliwice, Poland, phone: [phone], fax [phone]

autor

Płonka I.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18, 44–100 Gliwice, Poland, phone: [phone], fax [phone]

autor

Kosel M.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18, 44–100 Gliwice, Poland, phone: [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] Pigoń K, Ruziewicz Z. Chemia fizyczna (Physical chemistry). Warszawa: PWN; 1993.
• [2] Kowal AL, Świderska-Bróż M. Oczyszczanie wody (Water treatment). Warszawa-Wrocław: PWN; 1996.
• [3] Kowal AL. Odnowa wody. Podstawy teoretyczne procesów (Water renovation. Theoretical basis of processes). Wrocław: Publ House of Technical University of Wrocław; 1996.
• [4] Kościelniak H, Kusznik W, Sikora J. Odnowa wody (Water renovation). Gliwice: Silesian Techn Univ Publ House; 1987.
• [5] Choy KKH, McKay G, Porter JF. Resour Conserv Recycl. 1999;27:57-71. DOI: 10.1016/S0921-3449(98)00085-8.
• [6] Yener J, Kopac T, Dogu G, Dogu T. Chem Eng J. 2008;144:400-406. DOI: 10.1016/j.cej.2008.02.009.
• [7] Wang L. Environ Sci Pollut Res. 2013;20:4635-4646, DOI 10.1007/s11356-012-1421-z.
• [8] Venkata Mohan S, Karthikeyan J. Clean Techn Environ Policy. 2004;6:196-200. DOI 10.1007/s10098-003-0231-x.
• [9] Amin NK. Desalination. 2008;223:152-161. DOI:10.1016/j.desal.2007.01.203.
• [10] Ponnusamy SK, Subramaniam R, Kannaiyan S. Korean J Chem Eng. 2011;28(1):149-155. DOI: 10.1007/s11814-010-0342-0.
• [11] Anielak AM. Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków (Chemical and physical-chemical wastewater treatment). Warszawa: PWN; 2000.
• [12] Li WH, Yue QY, Gao BY, Ma ZH, Li YJ, Zhao HX. Chem Eng J. 2011;171:320-327. DOI: 10.1016/j.cej.2011.04.012.
• [13] Chen X, Jeyaseelan S, Graham N. Waste Manage. 2002;22:755-760. DOI: 10.1016/S0956-053X(02)00057-0.
• [14] Jumasiah A, Chuah TG, Gimbon J, Choong TSY, Azni I. Desalination. 2005;186:57-64. DOI: 10.1016/j.desal.2005.05.015.
• [15] Monsalvo VM, Mohedano AF, Rodriguez JJ. Desalination. 2011;277:377-382. DOI: 10.1016/j.desal.2011.04.059.
• [16] Mendez A, Gascó G, Freitas MMA, Siebielec G, Stuczynski T, Figueiredo JL. Chem Eng J. 2005;108;169-177. DOI: 10.1016/j.cej.2005.01.015.
• [17] Rozada F, Calvo LF, Garcia AI, Martin-Villacorta J, Otero M. Bioresur Technol. 2003;87:221-230. DOI: 10.1016/S0960-8524(02)00243-2.
• [18] Lin QH, Cheng H, Chen GY. J Anal Appl Pyrol. 2012;93:113-119. DOI: 10.1016/j.jaap.2011.10.006.
• [19] Rozada F, Otero M, Moran A, Garcia AI. J Hazard Mater B. 2005;124:181-191. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.05.002.
• [20] Rio S, Faur-Brasquet C, Le Coq L, Courcoux P, Le Cloirec P. Chemosphere. 2005;58:423-437. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.06.003.
• [21] Wang X, Zhu N, Yin B. J Hazard Mater. 2008;153:22-27. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.08.011.
• [22] Li D, Wu Y, Feng L, Zhang L. Biores Technol. 2012:113:121-126. DOI: 10.1016/j.biortech.2012.02.130.
• [23] http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/r6626?lang=pl&region=PL
• [24] http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/r326518?lang=pl&region=PL
• [25] Barbusiński K, Kościelniak H. Eng Environ Protect. 2009;12(2):119-132.