62 research outputs found
Decoding reactive structures in dilute alloy catalysts
Rational catalyst design is crucial toward achieving more energy-efficient and sustainable catalytic processes. Understanding and modeling catalytic reaction pathways and kinetics require atomic level knowledge of the active sites. These structures often change dynamically during reactions and are difficult to decipher. A prototypical example is the hydrogen-deuterium exchange reaction catalyzed by dilute Pd-in-Au alloy nanoparticles. From a combination of catalytic activity measurements, machine learning-enabled spectroscopic analysis, and first-principles based kinetic modeling, we demonstrate that the active species are surface Pd ensembles containing only a few (from 1 to 3) Pd atoms. These species simultaneously explain the observed X-ray spectra and equate the experimental and theoretical values of the apparent activation energy. Remarkably, we find that the catalytic activity can be tuned on demand by controlling the size of the Pd ensembles through catalyst pretreatment. Our data-driven multimodal approach enables decoding of reactive structures in complex and dynamic alloy catalysts
The use of backwash water in the purification of leachate from the filter press
W komunalnej oczyszczalni ścieków w technologii przeróbki osadów zazwyczaj stosowany jest proces odwadniania mechanicznego. W procesie tym oprócz odwodnionego osadu powstają tzw. odcieki. Odcieki charakteryzują się dużym ładunkiem zanieczyszczeń, w tym dużym stężeniem fosforu. W przypadku zawracania do ciągu oczyszczania ścieków stanowią one dodatkowe obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń. Z tego względu powinny być wcześniej podczyszczane w bocznym ciągu oczyszczania. Z kolei wody popłuczne pochodzące ze stacji uzdatniania wód podziemnych zawierają duże stężenie jonów żelaza. Wymieszanie wód popłucznych z odciekami może okazać się korzystnym rozwiązaniem. W związku z tym podjęto badania wykorzystania wód popłucznych do oczyszczania odcieków. Wprowadzone sole żelaza(III) do odcieków ulegają hydrolizie, tworząc hydroksykompleksy. W takiej postaci hydrokompleksy związków żelaza w odciekach mogą prowadzić do sorpcji zanieczyszczeń, powstawania kompleksów soli żelaza oraz współstrącania i strącania osadów. Celem badań było określenie wpływu wód popłucznych na jakość odcieków pochodzących z odwadniania osadów ściekowych z komunalnej oczyszczalni ścieków. Proces koagulacji odcieków z wodami popłucznymi prowadzono w temperaturze 6 i 20°C. Odcieki z wodami popłucznymi mieszano w taki sposób, aby uzyskać stosunek Fe/P, wynoszący 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0. Przeprowadzone badania wykazały, że po procesie w odciekach uzyskano obniżenie zarówno stężenia fosforu, jak i zawartości ChZT, odpowiednio do poziomu 4,5-20,7 mg/dm3 w temperaturze 6°C i 4,5-8,4 mg/dm3 w temperaturze 20°C oraz 79-180 mg/dm3 w temperaturze 6°C i 72-140 mg/dm3 w temperaturze 20°C.Mechanical dewatering process is most typically method of sludge treatment used on municipal sewage treatment plant. In this process leachate are generated besides the dewatered sludge. Leachate has a high pollutant load, including a high concentration of phosphorus. In the case of discharging them to the main line of wastewater treatment, they are additional load of organic and phosphorus compounds. Therefore, they should be previously pre-treating in the side-treatment system. The backwash water from groundwater treatment plants contain a high concentration of iron ions. Mixing backwash water and leachate may be preferred solution. Therefore, study was carried using backwash water to leachate treatment. Salts of iron(III) submitted to the effluents are hydrolyzed and are formed hydroxy complexes. In this form iron can cause sorption of pollutants, formation of complexes of iron salts and co-precipitation or precipitation of sludge. The aim of this study was to determine the effect of backwash water on quality of leachate from the dewatering process of sludge from municipal sewage treatment plant. The coagulation process of backwash water with leachate was carried out in 6 and 20°C. The leachate and backwash water were mixed in such proportion to obtain the ratios of Fe/P equaled to 0.5; 1.0; 1.5; 20; 2.5; 30. The study showed that the following process allowed to reduce both phosphorus and COD concentration in the leachate. Concentrations of phosphorus compounds after process were in range of 4.5-20.7 and 4.5-8.4 mg/dm3 respectively at 6 and at 20°C. In the case of COD, its value in leachate after coagulation was in range of 79-180 and 72-140 mg/dm3 respectively at 6 and at 20°C
Osad pokoagulacyjny jako adsorbent barwników z roztworów wodnych
Water taken from the environment, before it is directed to recipients as drinking water, must be purified via different processes. From the water, inter alia, suspensions, organic compounds, colloidal particles as well as bacteria and viruses must be removed. The main source of usable water supply is surface water. The most frequently used methods of surface water treatment are coagulation and filtration processes. During these processes post-coagulation sludge is generated, which is the main waste produced in water treatment plants. This sludge is characterized by an amorphous structure with a strongly developed specific surface, similar to sewage sludge. In addition, it has a high content of organic compounds. In recent years, attempts have been made to transform sewage sludge from municipal wastewater treatment plants into waste sorbents. Taking into account some similarity between sewage sludge and post-coagulation sludge, an attempt was made to apply post-coagulation sludge as sorbent of dyes from aqueous solutions. Dried and crushed post-coagulation sludge was used in the studies. The most favourable pH of process and contact time as well as sorption isotherm were established. Moreover, based on the different isotherm two-parameter models, the sorption capacity, type of sorption and energy of sorption were calculated.Woda pitna, zanim zostanie skierowana do odbiorców, musi zostać poddana procesom oczyszczania. Z wody muszą zostać usunięte między innymi zawiesiny, substancja organiczna, cząstki koloidalne oraz bakterie i wirusy. Głównym źródłem zaopatrywania w wodę użytkową są wody powierzchniowe. Najczęściej stosowanymi metodami uzdatniania wody powierzchniowej są metody koagulacji i filtracji. W trakcie tych procesów powstają osady pokoagulacyjne, które są głównymi odpadami powstającymi w zakładach uzdatniania wody. Osady te charakteryzują się strukturą amorficzną o mocno rozbudowanej powierzchni właściwej, podobnie jak osady ściekowe. Ponadto posiadają dużą zawartość związków organicznych. W ostatnich latach podjęto próby przeróbki osadów ściekowych pochodzących z komunalnych oczyszczalni ścieków w celu uzyskania odpadowych sorbentów. Uwzględniając pewne podobieństwo pomiędzy osadami ściekowymi, jak również pokoagulacyjnymi podjęto próbę wykorzystania osadów pokoagulacyjnych jako sorbentów barwników z roztworów wodnych. W trakcie badań wykorzystano wysuszone i rozdrobnione osady pokoagulacyjne. Wyznaczono najkorzystniejsze parametry procesu sorpcji statycznej (pH i czas kontaktu), jak również izotermę adsorpcji. Ponadto wykorzystując różne modele dwuparametryczne, wyznaczono maksymalną pojemność sorpcyjną, typ adsorpcji oraz energię adsorpcji
Sorpcja barwnika Acid Yellow 36 za pomocą węgla aktywnego wytworzonego z osadu czynnego
The study of sorption of dye Acid Yellow 36 on SAC (sludge-based activated carbon) was conducted. For this purpose, anaerobically digested and dewatered sewage sludge was dried at 105ºC to constant weight. Next this sludge was milled to a particle with a diameter of 0.5-1.0 mm and subjected to chemical activation by hydrogen peroxide. After oxidation process the sludge was subjected to thermal transformation in a muffle furnace at 600ºC. In this way obtained a powder activated carbon based on activated sludge (so-called SAC). Based on the results of the study the most favorable parameters of sorption process was achieved as follows: pH value equaled to 2.5 and reaction time equaled to 30 minutes. The linearized forms of Freundlich and Langmuir isotherms showed that the highest value of correlation factor was obtained in the case of Langmuir model. However, in this case, the negative value of constant isotherm was achieved. Therefore, it can be assumed that more accurately in this case is the Freundlich model or other model which was not examined during that studies.Przeprowadzono badania sorpcji barwnika Acid Yellow 36 z użyciem węgla aktywnego bazującego na osadzie ściekowym. W tym celu ustabilizowany beztlenowo i odwodniony osad czynny wysuszono w 105ºC do stałej masy. Następnie osad ten zmielono do ziaren o średnicy 0,5-1,0 mm i poddano chemicznej aktywacji za pomocą nadtlenku wodoru. Po tym procesie osad spalono w piecu muflowym w 600ºC, 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 barwnika Acid Yellow 36. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów stwierdzono, że najkorzystniejsza wartość pH wynosi 2,5, a czas kontaktu jest równy 30 minut. Natomiast bazując na graficznych formach zlinearyzowanych modelów sorpcji według Langmuira i Freundlicha, stwierdzono, że największą wartość współczynnika korelacji odnotowano w przypadku zlinearyzowanej formy równania Langmuira. Jednakże w tym przypadku uzyskano ujemne wartości stałych izotermy, dlatego można przypuszczać, że jednak bardziej prawidłowy jest model Freundlicha lub inny rodzaj izotermy, który nie był analizowany w toku tych badań
Application of excess activated sludge as waste sorbent for dyes removal from their aqueous solutions
Barwniki organiczne stosowane są w wielu gałęziach przemysłu (tekstylnym, spożywczym, kosmetycznym, w medycynie i biologii). W zakładach tych powstają ścieki, które zawierają niewykorzystane w procesach produkcyjnych barwniki. Nawet małe ilości tych substancji mogą powodować silne zabarwienie ścieków, dlatego istotne jest skuteczne usunięcie pozostałości tych zanieczyszczeń ze ścieków przed odprowadzeniem ich do środowiska naturalnego. Jedną ze stosowanych metod usuwania barwników jest proces sorpcji. Metoda ta często jest nieopłacalna ekonomicznie względem innych procesów usuwania barwników ze ścieków z powodu wysokiego kosztu sorbentów handlowych. W związku z tym prowadzone są aktualnie badania nad pozyskiwaniem sorbentów odpadowych. W badaniach przeprowadzono eksperymenty sorpcji statycznej dwóch rodzajów barwników (Pąsu kwasowego 4R oraz Zieleni kwasowej czystej V) z wykorzystaniem wysuszonego osadu nadmiernego. Osad czynny (nadmierny) pochodził z komunalnej oczyszczalni ścieków, przystosowanej do usuwania związków węgla, azotu oraz fosforu. W badaniach wyznaczono najkorzystniejszą wartość pH procesu oraz czas kontaktu sorbentu z roztworami wodnymi barwników. Ponadto dla ustalonych parametrów procesowych wyznaczono izotermę sorpcji oraz określono rodzaj izotermy, analizując różne modele sorpcji.Organic dyes are widely used in many industries (textiles, food, cosmetics, medicine and biology). These plants produce wastewater containing dyes. Even small amounts of dyes can cause a strong coloring of wastewater. Therefore, it is very important to effectively remove residues of these pollutants from the wastewater, before discharging them into the environment. The sorption process is one of the methods used to remove dyes. However this method is often unprofitable economically in comparison with other dye removal processes, due to the high cost of commercial sorbents. Therefore, research is currently conducted in order to find waste materials that can be used as sorbents. The sorption process of two dyes were carried out (Acid Red 18 and Acid Green 16) with the use of dried excess sludge. The activated sludge (excess) came from a municipal sewage treatment plant that purifies wastewater from carbon, nitrogen and phosphorus compounds. During the study the most favorable pH of the process and the contact time of the sorbent with aqueous solutions of the dyes were determined. In addition, for established process parameters, a sorption isotherm was examined. Moreover the isotherm type was determined by analyzing various sorption models
Application of electromagnetic waves to disintegration of post-coagulation sludge
W technologicznych procesach uzdatniania wody powierzchniowej powstają osady pokoagulacyjne. Stanowią one mieszaninę usuniętych z wody zanieczyszczeń oraz dodanych do niej koagulantów i wykazują charakter hydrofilowo-koloidalny. Osady pokoagulacyjne charakteryzują się wysokim uwodnieniem. Uwodnienie osadów pokoagulacyjnych, przy okresowym odprowadzaniu ich z osadników, kształtuje się w zakresie od 97 do 99,5 %, natomiast przy kilkutygodniowym przetrzymywaniu w osadniku może osiągnąć 96 %. Osady pokoagulacyjne z udziałem wodorotlenku glinowego posiadają dużą powierzchnię właściwą, w związku z tym charakteryzują się małą podatnością na zagęszczanie. Ponadto ze względu na dużą ściśliwość i wysoką wartość oporu właściwego wykazują słabe właściwości filtracyjne i są trudne do odwodnienia. W ich skład wchodzą również mikroorganizmy pochodzące bezpośrednio z procesów oczyszczania wody. Liczebność bakterii i organizmów planktonowych wzrasta podczas zakwitów. Zawartość mikroorganizmów w osadzie oraz jego kłaczkowata struktura wpływają na udział wody związanej biologicznie i fizycznie, a tym samym na ich podatność na odwadnianie. Zastosowanie dezintegracji umożliwia zniszczenie ścian komórkowych mikroorganizmów i uwolnienie wody związanej. W związku z tym przeprowadzono badania dezintegracji osadu pokoagulacyjnego z wykorzystaniem fal elektromagnetycznych. Osad poddawano działaniu promieniowania mikrofalowego w czasie od 30 do 300 sekund. W osadzie po procesie dezintegracji prowadzonej nie dłużej niż 120 sekund zaobserwowano obniżenie wartości CSK (czasu ssania kapilarnego) oraz poprawę właściwości sedymentacyjnych, natomiast w każdym przypadku wraz ze wzrostem czasu promieniowania uzyskano wzrost zawartości suchej masy osadu oraz wskaźnika ChZT w cieczy osadowej.Post-coagulation sludge is generated in the technological processes of surface water treatment. This sludge is a mixture of pollutants removed from water and coagulants that was add to the water. It has a hydrophilic and colloidal character and has high hydration. The hydration of the sludge is in the range of 97-99.5% while the sludge is periodically removed from the settling tank. However, when the sludge is removed once per few weeks, the hydration may be equaled to 96%. The sludge with aluminum hydroxide is characterized by large specific surface area, thus it has low compaction susceptibility. Moreover, it has poor filtration properties and is difficult to dehydrate, because it has large compressibility and high value of the specific resistance to filtration. The flocs of the sludge have in their structure different microorganisms that are being removed directly from treated water. The number of bacteria and plankton organisms increases during blooms. The content of microorganisms in the sludge and its flocculate structure affect the amount of biologically and physically bound water, and thus it also effect on susceptibility to dehydration of the sludge. The use of disintegration process allows the destruction of cell walls of microorganisms and the release of bound water. Therefore, disintegration of the post-coagulation sludge using electromagnetic waves was conducted. The sludge was treated by microwave radiation for 30 to 330 seconds. A decrease of value of capillary suction time and the improvement of sedimentation properties were observed, in the case of disintegration process conducted not longer than 120 seconds. However, in all cases as the time of radiation increased the concentration of total solids and the value of COD in the supernatant liquid also increased
- …