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

Agnieszka Pilarska

a:1:{s:5:"en_US";s:88:"Poznań Uniwersity of Life Sciences, Faculty of Environmental and Mechanical Engineering";}


Abstrakt

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:

sewage sludge processing, sewage sludge properties, legal aspects, anaerobic digestion, cosubstrates, biogas production


Bachmann, N. 2015. Sustainable biogas production in municipal wastewater treatment plants. International Energy Agency (IKA) Bioenergy, France, Paris, ISBN 978-1-910154-22-9.   Google Scholar

Borsukiewicz, A., Mocarski, S. 2018. Zastosowanie siłowni ORC do zwiększenia mocy elektrycznej gazowego silnika wysokoprężnego zasilanego biogazem z oczyszczalni ścieków. Instal, 3, 49–51.   Google Scholar

Chmielowski, K., Młyńska, A., Młyński, D. 2015. Efektywność pracy oczyszczalni ścieków w Kołaczycach. Inżynieria Ekologiczna, 45, 44–50.   Google Scholar

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.   Google Scholar

Davidsson, A., Lӧvstedt, C., la Cour Jansen, J., Gruvberger, C., Aspegren, H. 2008. Co-digestion of grease trap sludge and sewage sludge. Waste Management, 28, 986–992.   Google Scholar

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   Google Scholar

i Architektury, 37, 5–18.   Google Scholar

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   Google Scholar

Domańska, W. 2022. Statistical analyses. Environment. Statistics Poland, Spatial and Environmental Surveys Department, Poland, Warsaw.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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.   Google Scholar

Grobelak, A., Stępień, W., Kacprzak, M. 2016. Osady ściekowe jako składnik nawozów   Google Scholar

i substytutów gleb. Inżynieria Ekologiczna, 48, 52–60.   Google Scholar

Gromiec, M., 2020. Nowe koncepcje gospodarki wodno-ściekowej-osadowej, in Ocena gospodarki ściekowo-osadowej w Polsce, eds. Bień, J., Gromiec, M., Pawłowski, L., Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk, Komitet Inżynierii Środowiska, Monografie, 166, 7–32.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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.   Google Scholar

Korbag, I., Omer, S.M.S., Boghazala, H., Abusasiyah, M.A.A. 2020. Recent advantaces of biogas production and future perspective. Biogas – recent advances and integrated approaches, 1,3–42, DOI: 10.5772/intechopen.93231.   Google Scholar

Kwaśny, J., Banach, M., Kowalski, Z. 2012. Przegląd technologii produkcji biogazu różnego pochodzenia. Czasopismo techniczne. Chemia, 109(2), 83–102.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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, 6056.   Google Scholar

Maćkowiak, C., Igras, J. 2005. Skład chemiczny osadów ściekowych i odpadów przemysłu spożywczego o znaczeniu nawozowym. Inżynieria Ekologiczna, 10, 70–77.   Google Scholar

Mełgieś, K., Malińska, K. 2016. Aspekty prawne przetwarzania komunalnych osadów ściekowych do biowegla. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, 26, 96–107.   Google Scholar

Ministerstwo Środowiska. 2018. Strategia postępowania z komunalnymi osadami ściekowymi na lata 2019–2022, Warszawa.   Google Scholar

Montusiewicz, A. 2012. Współfermentacja osadów ściekowych i wybranych kosubstratów jako metoda efektywnej biometanizacji. Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Środowiska, Monografie, vol. 98, Lublin, Poland.   Google Scholar

Myszograj, S., Sadecka, Z., Suchowska-Kisielewicz, M. 2013. Aspekty prawne i technologiczne współspalania osadów ściekowych. Inżynieria Środowiska, 30, 65–78.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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), 10.15199/62.2016.11.21.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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   Google Scholar

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, 2019–2030.   Google Scholar

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, 99–115.   Google Scholar

Pilarski, K., Pilarska, A.A., Niedbała, G., Boniecki, P., Piekutowska, M., Witaszek, K., Idzior-Haufa, M., Wawrzyniak, A. Biomass Conversion Degree in Integrated Bioethanol and Biogas Production. Energies, 14(22), 7763–7779.   Google Scholar

Podedworna, J., Umiejewska, K. 2008. Sewage Sludge Technology. Publishing House of the Warsaw University of Technology, Poland, Warsaw.   Google Scholar

Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach, Dz. U. z 2015 r., poz. 1277.   Google Scholar

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów, Dz. U. z 2014 r., poz. 1923.   Google Scholar

Szwaja, S., Poskart, A., Zajemska, M., Szwaja, M., Chwist, M. 2019. Zgazowanie osadu ściekowego ze ślazowcem pensylwańskim. Przemysł Chemiczny, 98(2) 278–282.   Google Scholar

Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach, Dz.U. z 2013 r. poz. 21.   Google Scholar

Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. – Prawo ochrony środowiska, Dz. U. z 2018, poz. 799.   Google Scholar

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.   Google Scholar

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.   Google Scholar

Wim, R., 2008. Sewage sludge as biomass resource for the production of energy: overview and assessment of various options. Energy Fuels 22, 9−15.   Google Scholar

Woźniak, E. 2016. Występowanie elektrowni biogazowych w Polsce i czynniki ich lokalizacji. in book: Interdyscyplinarne Zagadnienia w Inżynierii i Ochronie Środowiska, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, pp 334–344.   Google Scholar

Zajda, A., Kuglarz, M., Mrowiec, B. 2011. Efektywność metanogenezy w warunkach współfermentacji osadów ściekowych i bioodpadów kuchennych. Nauka Przyroda Technologie, 5(4), 62   Google Scholar


Opublikowane
25-11-2024

Cited By /
Share

Pilarska, A. (2024). The use of sewage sludge in anaerobic digestion: formation, properties, and implementation. Technical Sciences. https://doi.org/10.31648/ts.10725

Agnieszka Pilarska 
a:1:{s:5:"en_US";s:88:"Poznań Uniwersity of Life Sciences, Faculty of Environmental and Mechanical Engineering";}



Licencja

Creative Commons License

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.





-->