Biochemical Neutralization of Coke Excess Sewage Sludge During Anaerobic Digestion Process

The paper presents the results of the study concerning the production of biogas, thermal energy gain and changes of physical-chemical properties during the process of anaerobic digestion of the municipal sewage sludge amended with coke sewage sludge. The control sample (K) consisted of primary, excessive, and digested sewage sludge (municipal sewage sludge). Another sample consisted of sample (K) and coke sewage sludge (20:1 v/v). The total volume of biogas was equal to 0.62 L g–1TS and 0.56 L g–1TS during the anaerobic digestion of the municipal sewage sludge and during the digestion of the mixture of the municipal sludge and the coke sewage sludge, respectively. The gain of the thermal energy of methane was 40 % during the digestion process. The percentage of decomposition of the organic substance was similar in municipal sewage sludge and in the mixture of municipal sewage sludge amended with coke sewage sludge

Czas połowicznego rozpadu rakotwórczych wieopieścieniowych węglowodorów aromatycznych w składowanych osadach ściekowych

In Poland, according to the statistical data, about 40% of sewage sludges originating from wastewater treatment plants are applied in the agriculture. The mentioned way of application of sewage sludges causes the hazard of contamination of environment with carcinogenic compounds due to the presence of some organic micropollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The proposal of changing UE Directive obligates control of organic pollutants (PAHs and others) in sewage sludges applied in the agriculture. The aim of the investigations was to estimate the persistence of PAHs under stored conditions by determining half-life of their decomposition. Eight carcinogenic PAHs, among 16 compounds, listed by EPA were determined. In this study, the quantity changes in the concentration of PAHs in stored sewage sludges were investigated. Sewage sludges were stored under aerobic conditions for 16 weeks. At the same time the sewage sludges with sodium azide added, in order to deactivate the microorganisms (abiotic samples), were also stored. Gas chromatography-mass spectrometry was used to qualify and quantify PAHs in 2- and 4-week intervals. Sewage sludges were taken two fold from a municipal wastewater treatment plant. In practice, the sewage sludges are directed to the disposal site. The initial concentration of 16 PAHs in sewage sludge was equal to 582 ?g/kg.d.m. The changes in the concentration of PAHs corresponded to exponential function. Values of correlation coefficients indicate a significant dependence of PAHs persistence and concentration on time exposition. Under experimental conditions the half-lives of individual compounds were diversed. In biotic samples half-life of hydrocarbons was in the range of 17 to 126 days. Half-life of PAHs in abiotic sewage sludges was in the range of 32 to 2048 days. The most persistent were benzo(a)pyrene and benzo(b) fluoranthene, respectively. A significant dependence of PAHs' decrease on the presence of microorganisms in sewage sludges after 10 weeks of storage was found.Z ogólnej ilości osadów ściekowych powstających w polskich oczyszczalniach, około 40% jest wykorzystywana przyrodniczo. Ze względu na obecność mikrozanieczyszczeń organicznych takich jak WWA, ten sposób zagospodarowania osadów stanowi zagrożenie zanieczyszczenia środowiska rakotwórczymi związkami. Zmiana Dyrektywy osadowej Unii Europejskiej przewiduje wprowadzenie dopuszczalnych stężeń organicznych mikrozanieczyszczeń, w tym WWA, dla osadów przeznaczonych do rolniczego wykorzystania. Celem badań była ocena trwałości WWA w warunkach składowania poprzez wyznaczenie czasu połowicznego rozpadu. Określono zmiany ilościowe WWA w osadach przechowywanych w warunkach tlenowych przez 16 tygodni. W tych samych warunkach pozostawały także osady, w których zahamowano aktywność mikroorganizmów poprzez dodatek azydku sodu. Ilościową analizę WWA prowadzono z wykorzystaniem zestawu GC-MS w odstępach 2, 4-tygodniowych równolegle w osadach biotycznych i abiotycznych. Oznaczano 8 rakotwórczych WWA (BaA, Ch, BbF, BkF, BaP, DahA, BghiP, IP), które znajdują się wśród 16 związków podanych na liście EPA. Osady pobrano dwukrotnie z oczyszczalni ścieków komunalnych, które w praktyce kierowane są na składowisko. Zawartość początkowa WWA w osadach była na poziomie 582 ?g/kg.s.m. Do opisu trendu zmian stężenia WWA w czasie składowania najodpowiedniejsza jest funkcja wykładnicza. Wartości współczynników korelacji wskazują na silną zależność trwałości WWA i stężenia od czasu składowania. W warunkach prowadzonego eksperymentu czas połowicznego rozkładu był zróżnicowany dla poszczególnych związków. W osadach aktywnych biologicznie czas połowicznego rozpadu badanych węglowodorów był w granicach od 17 do 126 dni. Czas połowicznego rozpadu wyznaczony dla WWA w osadach nieaktywnych biologicznie pozostawał w zakresie od 32 do 2048 dni. Najbardziej trwałe były: benzo(a)piren. i benzo(b)fluoranten. Stwierdzono istotną zależność ubytku WWA od obecności mikroorganizmów w osadach po 10 tygodniach składowania

Degradacja WWA w osadach podczas fermentacji

In this study, the changes of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sewage sludge and supernatants during anaerobic digestion under sulphate–reducing conditions were investigated. Na2SO4 were added to the mixed sludge in order to obtain sulphate reduction conditions. Abiotic loses of PAHs were observed simultaneously. PAHs concentration was determined before incubation and after 21 days. PAHs were determined both in sewage sludge and in supernatants pararelly. Quantification of 16 PAHs (EPA) was carried out by GC-MS. The initial concentration of 16PAHs in sewage sludge was 2221žg/kg.s.m. In supernatants the initial concentration was 4.8 žg/L. The concentration of 16 PAHs in sewage sludge was reduced by 43% and in supernatants by 38% on average under sulphate-reducing conditions.Określono zmiany ilościowe WWA w osadach ściekowych i cieczach nadosadowych podczas fermentacji osadów w warunkach redukcji siarczanów. Warunki te zapewniono przez dodatek Na2SO4. Równolegle określono zmiany ilościowe WWA w osadach po uprzedniej dezaktywacji mikroorganizmów za pomocą azydku sodu. Wszystkie próbki były inkubowane w termostacie w temperaturze 37oC w ciemności. WWA oznaczano trzykrotnie: przed inkubacją oraz po 21 dobach. Ilościową analizę 16 WWA - EPA prowadzono z wykorzystaniem zestawu GC-MS. Oznaczano WWA równolegle w osadach (fazie stałej) oraz w cieczach nadosadowych. Zawartość początkowa WWA w osadach wynosiła 2221žg/kg.s.m, natomiast w cieczach nadosadowych stężenie sumaryczne badanych węglowodorów było na poziomie 4.8žg/L. Po 21 dobach fermentacji odnotowano spadek sumarycznego stężenia WWA o 43% w osadach inkubowanych w warunkach redukcji siarczanów i o 38% - w cieczach nadosadowych. W osadach kontrolnych spadek sumarycznej zawartości WWA wynosił 25%, natomiast w osadach abiotycznych - 20%. Najbardziej trwałe były węglowodory 5-pierścieniowe, których ubytek nie przekraczał 15%

Quantity changes of PAHs in sewage sludge and in supernatants during fermentation process under denitryfication conditions

Przedstawiono wyniki badań zmian ilościowych WWA w osadach ściekowych i cieczach nadosadowych podczas fermentacji osadów w warunkach redukcji azotanów. W badaniach wykorzystano osady surowe i przefermentowane z miejskiej oczyszczalni ścieków, do której wprowadza się do oczyszczania ścieki bytowe oraz przemysłowe. Osady wymieszano i inkubowano w ciemności w temperaturze 36°C. W celu zapewnienia warunków denitryfikacji do osadów wprowadzono NaNO3. Równolegle, w takich samych warunkach jak fermentacja, prowadzono badania z osadami, w których zahamowano aktywność mikroorganizmów. Analizowano WWA przed inkubacją, po 8 dobach oraz po 22 dobach. Ilościowo określono stężenia 2-, 3- oraz 4-pierścieniowych WWA (rekomendowanych przez EPA) z wykorzystaniem zestawu chromatograf gazowy - spektrometr masowy. Oznaczenia WWA prowadzono równolegle w osadach (w fazie stałej) oraz w cieczach nadosadowych. Po 22 dobach fermentacji zanotowano zmiany ilościowe WWA w osadach i w cieczach. Podczas hydrolizy złożonych związków organicznych (wstępna faza procesu) w osadach kontrolnych odnotowano wzrost stężenia sumarycznego (szczególnie naftalenu i 3-pierścieniowych WWA). Efektywność usuwania poszczególnych związków była zróżnicowana. Po 22 dobach inkubacji stężenie 10 WWA w osadach obniżyło się o 22% w warunkach denitryfikacji, natomiast zawartość badanych WWA w osadach kontrolnych była większa od początkowej. W cieczach nadosadowych stężenie WWA było mniejsze o 31% w warunkach redukujących azotany. Udział procesów abiotycznych w usuwaniu WWA w cieczach był znaczący. W cieczach wydzielonych znad osadów, w których zahamowano aktywność mikroorganizmów, spadek stężenia sumarycznego WWA wynosił 47% w porównaniu ze stężeniem początkowym.The study expands on the changes of PAHs in sewage sludge and supernatants under nitrate reducing conditions as well as during anaerobic digestion. Raw and digested sludge samples used in the experiment were collected from a municipal wastewater treatment plant receiving both domestic and industrial effluents. Mixed sludge samples were incubated in dark at 36°C. As required for denitrification NaNO3 was added to the mixed sludge. For comparison abiotic samples with sodium azide were also prepared. PAHs concentration was determined before incubation, after 8 days and after 22 days of incubation. Qualification and quantification of 2-, 3- and 4-ring PAHs (according to EPA recommendation) was carried out by gas chromatography - mass spectrometry. Determination of PAHs was done in sewage sludge and in supernatants simultaneously. Over 22 days of anaerobic digestion changes of PAH total concentration in both sewage sludge and supernatants were observed. During hydrolysis of organic compounds (first phase of fermentation) in the control samples (in sewage sludge and in supernatants) the increase in the concentration of PAHs occurred (especially for naphthalene and 3-ring PAHs). The concentration changes of individual hydrocarbons were different. The sum of concentrations of 10 PAHs in sewage sludge was reduced by 22% on average under nitrate-reducing conditions after 22 days. The concentration of PAHs in control samples of sewage sludge was higher than the initial concentration. In the supernatants the concentration of PAHs was reduced by 31% on average under nitrate-reducing conditions. The contribution of abiotic processes in the removal of PAHs in the supernatants was significant. In the samples with the inhibited activity of microorganisms the decreases of PAHs concentration was equal 47%