The use of sewage sludge in anaerobic digestion: formation, properties, and implementation

• Autorzy: Pilarska, Agnieszka A. , Kałuża, Tomasz , Pawlak, Maciej , Kulupa, Tomasz
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of municipal wastewater treatment, in addition to improving its quality, is sludge formation. Disposal of sewage sludge (SS) is a critical environmental problem that requires careful management. Under current legislation, SS represents waste requiring stabilisation to eliminate pathogenic microorganisms and substances potentially harmful to the environment. Anaerobic digestion (AD) is an efficient method of treating SS, and it produces biogas as a renewable energy source (RES). The efficiency of the process can be increased by combining SS with other organic wastes as cosubstrates. Therefore, AD allows for a twofold benefit crucial for sustainable waste and energy management, i.e. sludge stabilisation and biogas production. Another equally important consideration in the construction of biogas plants at wastewater treatment plants is reducing the plant's operating costs by using the electricity and heat generated in the cogeneration units for the plant's needs. This paper discusses the formation technology and properties of sewage sludge, the legal aspects of using and disposing of SS, the conditions for employing their anaerobic biodegradation, and the co-digestion systems used.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge processing; sewage sludge properties; legal aspects; anaerobic digestion; cosubstrate; biogas production

• Czasopismo: Technical Sciences / University of Warmia and Mazury in Olsztyn
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 27
• Strony: 321--340
• Opis fizyczny: Bibliogr. 57 poz., rys.

Twórcy

autor

Pilarska, Agnieszka A.

• Katedra Inżynierii Wodnej i Sanitarnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Piątkowska 94A, 60-649 Poznań,

autor

Kałuża, Tomasz

• Department of Hydraulic and Sanitary Engineering, Poznań University of Life Sciences

autor

Pawlak, Maciej

• Department of Hydraulic and Sanitary Engineering, Poznań University of Life Sciences

autor

Kulupa, Tomasz

• Department of Hydraulic and Sanitary Engineering, Poznań University of Life Sciences

Bibliografia

• ALI H., KHAN E., SAJAD M.A. 2013. Phytoremediation of heavy metals – Concepts and applications. Chemosphere, 91(7): 869-881. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.01.075
• BACHMANN N. 2015. Sustainable biogas production in municipal wastewater treatment plants. International Energy Agency (IKA) Bioenergy, Paris.
• BORSUKIEWICZ A., MOCARSKI S. 2018. Zastosowanie siłowni ORC do zwiększenia mocy elektrycznej gazowego silnika wysokoprężnego zasilanego biogazem z oczyszczalni ścieków. Instal, 3: 49-51.
• CHMIELOWSKI K., MŁYŃSKA A., MŁYŃSKI D. 2015. Efektywność pracy oczyszczalni ścieków w Kołaczycach. Inżynieria Ekologiczna, 45: 44-50. https://doi.org/10.12912/23920629/60593
• CZEKAŁA W., SMURZYŃSKA A., KOZŁOWSKI K., BRZOSKI M., CHEŁKOWSKI D., GAJEWSKA K. 2017. Kofermentacja osadów ściekowych jako sposób na ich zagospodarowanie oraz produkcję energii. Problemy Inżynierii Rolniczej, 1(95): 5-14.
• DĄBROWSKA S., MASŁOŃ A. 2020. The use of biogas from anaerobic digestion of sewage sludge to improve the energy balance of wastewater treatment plants. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, 37: 5-18.
• DALFRE FILHO J.G., PEREIRA ASSIS M., BORRI GENOVEZ A.I. 2015. Bacterial inactivation in artificially and naturally contaminated water using a cavitating jet apparatus. Journal of Hydro-Environment Research, 9(2): 259-267. https://doi.org/10.1016/j.jher.2015.03.001
• DAVIDSSON A., LÖVSTEDT C., LA COUR JANSEN J., GRUVBERGER C., ASPEGREN H. 2008. Co-digestion of grease trap sludge and sewage sludge. Waste Management, 28: 986-992. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2007.03.024
• DI MARIA F., SORDI A., CIRULLI G., GIGLIOTTI G., MASSACCESI L., CUCINA M. 2014. Co-treatment of fruit and vegetable waste in sludge digesters. An analysis of the relationship among
• bio-methane generation, process stability and digestate phytotoxicity. Waste Management, 34: 1603-1608. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2014.05.017
• Directorate-General for Environment (European Commission) 2022. Unit B3, Circular Economy – From waste to Resources. Publications Office of the European Union, Luxembourg.
• DOMAŃSKA W. 2022. Statistical analyses. Environment. Statistics Poland, Spatial and Environmental Surveys Department, Poland, Warsaw.
• DONG B., LIU X., DAI L. 2013. Changes of heavy metal speciation during high-solid anaerobic digestion of sewage sludge. Bioresource Technology, 131: 152-158. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.12.112
• FONOLL X., ASTALS S., DOSTA J., MATA-ALVAREZ J. 2015. Anaerobic co-digestion of sewage sludge and fruits wastes: Evaluation of the transitory states when the co-substrate is changed. Chemical Engineering Journal, 262: 1268-1274. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.10.045
• GAZDA M., RAK A., SUDAK M. 2012. Badania kofermentacji osadów ściekowych z tłuszczami odpadowymi w oczyszczalni ścieków w Brzegu. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 3: 79-90.
• GHOSH M., SINGH S.P. 2005. A review on phytoremediation of heavy metals and utilization of its byproducts. Applied Ecology and Environmental Research, 3(1): 1-18.
• GROBELAK A., STĘPIEŃ W., KACPRZAK M. 2016. Osady ściekowe jako składnik nawozów i substytutów gleb. Inżynieria Ekologiczna, 48: 52-60.
• GROMIEC M. 2020. Nowe koncepcje gospodarki wodno-ściekowej-osadowej. In: Ocena gospodarki ściekowo-osadowej w Polsce. Eds. J. Bień, M. Gromiec, L. Pawłowski. Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk, Komitet Inżynierii Środowiska, Monografie, 166: 7-32.
• Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych. Wszystkie stopnie i kursy. Oczyszczanie ścieków. Ćwiczenie 5. Właściwości filtracyjne osadów ściekowych. 2019. Katedra Technologii Oczyszczania Wody i Ścieków, Politechnika Wrocławska.
• JARAMILLO M.F., RESTREPO I. 2017. Wastewater reuse in agriculture: A review about its limitations and benefits. Sustainability, 9(10): 1734. https://doi.org/10.3390/su9101734
• KIM T., BHATT A., TAO L., BENAVIDES P.T. 2022. Life cycle analysis of polylactic acids from different wet waste feedstocks. Journal of Cleaner Production, 380: 135110. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135110
• KLIMEK A., ROLBIECKI S., ROLBIECKI R., DŁUGOSZ J., MUSIAŁ M. 2013. Wykorzystanie kompostowanego osadu ściekowego i ektopróchnicy leśnej do wzbogacania gleb w uprawie szkółkarskiej lipy drobnolistnej (Tilia cordata Mill.). Rocznik Ochrona Środowiska, 15: 2811-2828.
• KOC-JURCZYK J., JURCZYK Ł., WANOWICZ D. 2020. Wykorzystywanie komunalnych osadów ściekowych jako źródła energii elektrycznej. Polish Journal for Sustainable Development, 24(2): 54-62.
• KORBAG I., OMER S.M.S., BOGHAZALA H., ABUSASIYAH M.A.A. 2020. Recent advantaces of biogas production and future perspective. In: Biogas – recent advances and integrated approaches. Eds. A. El-Fatah Abomohra, M. Elsayed, Z. Qin, H. Ji, Z. Liu. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.93231
• KWAŚNY J., BANACH M., KOWALSKI Z. 2012. Przegląd technologii produkcji biogazu różnego pochodzenia. Czasopismo Techniczne. Chemia, 109(2): 83-102.
• MAĆKOWIAK C., IGRAS J. 2005. Skład chemiczny osadów ściekowych i odpadów przemysłu spożywczego o znaczeniu nawozowym. Inżynieria Ekologiczna, 10: 70-77.
• MARAÑÓN E., CASTRILLON L., QUIROGA G., FERNÁNDEZ-NARA Y., GOMEZ L., GARCIA M.M. 2012. Co-digestion of cattle manure with food waste and sludge to increase biogas production. Waste Management, 32: 1821-1825.
• MASŁOŃ A., CZARNOTA J., SZAJA A., SZULŻYK-CIEPLAK J., ŁAGÓD G. 2020. The enhancement of energy efficiency in a wastewater treatment plant through sustainable biogas use: case study from Poland. Energies, 13(22): 6056. https://doi.org/10.3390/en13226056
• MEŁGIEŚ K., MALIŃSKA K. 2016. Aspekty prawne przetwarzania komunalnych osadów ściekowych do biowegla. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, 26: 96-107.
• MIHELCIC J.R., FRY L.M., SHAW R. 2011. Global potential of phosphorus recovery from human urine and feces. Chemosphere, 84: 832-839.
• MONTUSIEWICZ A. 2012. Współfermentacja osadów ściekowych i wybranych kosubstratów jako metoda efektywnej biometanizacji. Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Środowiska. Monografie, 98.
• MOVAHED S.M.A., CALGARO L., MARCOMINI A. 2023. Trends and characteristics of employing cavitation technology for water and wastewater treatment with a focus on hydrodynamic and ultrasonic cavitation over the past two decades: A Scientometric analysis. Science of The Total Environment, 858: 159802. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.159802
• MYSZOGRAJ S., SADECKA Z., SUCHOWSKA-KISIELEWICZ M. 2013. Aspekty prawne i technologiczne współspalania osadów ściekowych. Inżynieria Środowiska, 30: 65-78.
• OF. 2016. Substraty do produkcji biogazu – osady ściekowe (część 2/5). Serwis branży OZE – Odnawialne-firmy.pl. Retrieved from https://www.odnawialne-firmy.pl/wiadomosci/pokaz/110,substraty-do-produkcji-biogazu-osady-sciekowe-czesc-25
• OLEJNIK D. 2024. Evaluation of the heavy metals content in sewage sludge from selected rural and urban wastewater treatment plants in Poland in terms of its suitability for agricultural use. Sustainability, 16: 5198. https://doi.org/10.3390/su16125198
• OWCZUK M., MATUSZEWSKA A., WOJS M.K., ORLIŃSKI P., KRUCZYŃSKI S.W. 2016. Effect of biogas composition on performance of the engine. Przemysł Chemiczny, 95(11): 2249-2253. https://doi.org/10.15199/62.2016.11.21
• PILARSKA A., PILARSKI K., RYNIECKI A. 2014. Wykorzystanie fermentacji metanowej do zagospodarowania wybranych produktów odpadowych przemysłu spożywczego. Nauki Inżynierskie i Technologie, 4(15): 100-111. doi:10.15611/nit.2014.4.08; oai:dbc.wroc.pl:27316
• PILARSKA A.A. 2018. Anaerobic co-digestion of waste wafers from confectionery production with sewage sludge. Polish Journal of Environmental Studies, 27(1): 237-245. https://doi.org/10.15244/pjoes/70897
• PILARSKA A.A., KULUPA T., KUBIAK A., WOLNA-MARUWKA A., PILARSKI K., NIEWIADOMSKA A. 2023. Anaerobic digestion of food waste – A short review. Energies, 16(15): 5742. https://doi.org/10.3390/en16155742
• PILARSKA A.A., PILARSKI K., WALISZEWSKA B., ZBOROWSKA M., WITASZEK K., WALISZEWSKA H., KOLASIŃSKI M., SZWARC-RZEPKA K. 2019. Evaluation of bio-methane yields for high-energy organic waste and sewage sludge: A pilot-scale study for a wastewater treatment plant. Environmental Engineering Management Journal, 18(9): 2023-2034. https://doi.org/10.30638/eemj.2019.192
• PILARSKA A.A., PILARSKI K., WITASZEK K., WALISZEWSKA H., ZBOROWSKA M., WALISZEWSKA B., KOLASIŃSKI M., SZWARC-RZEPKA K. 2016. Treatment of dairy waste by anaerobic digestion with sewage sludge. Ecological Chemistry and Engineering S, 23(1): 99-115. https://doi.org/10.1515/eces-2016-0007
• PILARSKI K., PILARSKA A.A., NIEDBAŁA G., BONIECKI P., PIEKUTOWSKA M., WITASZEK K., IDZIOR-HAUFA M., WAWRZYNIAK A. 2021. Degree of biomass conversion in the integrated production of bioethanol and biogas. Energies, 14(22): 7763-7779. https://doi.org/10.3390/en14227763
• PODEDWORNA J., UMIEJEWSKA K. 2008. Sewage Sludge Technology. Publishing House of the Warsaw University of Technology, Warsaw.
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach. Dz.U. z 2015 r. poz. 1277.
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów. Dz.U. z 2014 r. poz. 1923.
• SONG Y., HOU R., ZHANG W., LIU J. 2022. Hydrodynamic cavitation as an efficient water treatment method for various sewage – A review. Water Science & Technology, 86(2): 302-320. https://doi.org/10.2166/wst.2022.201
• Strategia postępowania z komunalnymi osadami ściekowymi na lata 2019-2022. 2018. Ministerstwo Środowiska, Warszawa.
• SZWAJA S., POSKART A., ZAJEMSKA M., SZWAJA M., CHWIST M. 2019. Zgazowanie osadu ściekowego ze ślazowcem pensylwańskim. Przemysł Chemiczny, 98(2): 278-282. https://doi.org/10.15199/62.2019.2.19
• Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach. Dz.U. z 2013 r. poz. 21 (Waste Act 2012)
• Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska. Dz.U. z 2018 r. poz. 799.
• WIEREMIEJ W., KUZIEMSKA B., PIENIAK-LENDZION K., TRĘBICKA J., WYRĘBEK H. 2015. Prawne aspekty przyrodniczego wykorzystania osadów ściekowych. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach, 104: 207-218.
• WILIŃSKA-LISOWSKA A., CZERWIONKA K. 2021. Wpływ kofermentacji odpadów rolno-spożywczych z osadami ściekowymi na produkcję biogazu oraz na skład frakcji ciekłej osadu przefermentowanego. Technologia Wody, 2: 52-55.
• WILK M., GWOREK B. 2009. Metale ciężkie w osadach ściekowych. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 39: 40-59.
• WIM R. 2008. Sewage sludge as biomass resource for the production of energy: overview and assessment of various options. Energy Fuels, 22(1): 9-15. https://doi.org/10.1021/ef700267m
• WIŚNIEWSKI D., GAWDZIK J., TRACZEWSKA T.M. 2023. Phosphorus recovery from sewage sludge ash: Current state and future trends. Environmental Science and Pollution Research, 30(4): 4157-4169.
• WOŹNIAK E. 2016. Występowanie elektrowni biogazowych w Polsce i czynniki ich lokalizacji. In: Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, p. 334-344.
• ZAJDA A., KUGLARZ M., MROWIEC B. 2011. Efektywność metanogenezy w warunkach współfermentacji osadów ściekowych i bioodpadów kuchennych. Nauka Przyroda Technologie, 5(4): 62.

Identyfikatory

DOI

10.31648/ts.10725