Chemical processing of sewage sludge with a view to their agricultural use. Determination of the effectiveness of methods of hygienization of municipal sewage sludge in terms of its agricultural use, taking into account the presence of selected pollutants in it.

Wydział ChemiiObecne czasy wymuszają na nas coraz większe ukierunkowanie na produkcją opartą na zrównoważonym wykorzystaniu surowców, tworząc gospodarkę obiegu zamkniętego. Powstające nowe technologie ukierunkowują się na wykorzystanie coraz większego strumienia odpadów. Zmniejszające się zasoby surowców kopalnych i koszt ich wydobycia są też czynnikiem znacząco wpływającym na rozwój technologii wykorzystujących odpady z różnych źródeł. Jednym z takich odpadów jest komunalny osad ściekowy powstający w procesie oczyszczania ścieków i niosący ze sobą wiele składników pokarmowych dla upraw roślinnych. Niestety wobec ogólnego wzrostu ilości zanieczyszczeń środowiskowych oraz zagrożeń mikrobiologicznych bezpośrednie użycie osadu ściekowego jest dużym zagrożeniem dla środowiska a poprzez migrację zanieczyszczeń do roślin także dla życia i zdrowia człowieka. W pracy przedstawiono wyniki badań oceny skuteczności przeprowadzanego procesu higienizacji komunalnego osadu ściekowego przeprowadzanego dwoma metodami. Obydwie metody spełniają podstawowy wymóg dalszego ich użycia w rolnictwie tj likwidują zagrożenie biologiczne występujące w osadzie ściekowym. Pierwszą z metod jest proces higienizacji przeprowadzany poprzez traktowanie komunalnego odwodnionego fizycznie osadu ściekowego tlenkiem wapnia, pozwala on na skuteczne, zgodne z aktualnymi wymaganiami uzyskanie zhigienizowanego osadu ściekowego. Drugą badaną metodą jest metoda traktowania osadu ściekowego tlenkiem magnezu a następnie kwasem siarkowym, w metodzie tej produktem reakcji egzotermicznej jest siarczan magnezu, a uzyskana temperatura jest wystarczająca do uzyskania higienizacji osadu ściekowego. Działanie obydwóch tych metod intensyfikowano poprzez użycie nadtlenodisiarczanu. Przeprowadzane badania dotyczyły oceny skuteczności usuwania bądź redukcji ilości zanieczyszczeń będących składnikami osadu ściekowego, a mających wpływ na dalsze jego zagospodarowanie w szeroko pojętym rolnictwie. Badaniami objęto: niesteroidowe leki przeciwbólowe i przeciwzapalne, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, metale ciężkie oraz tzw. mikroplastiki. Po analizie i badaniach literaturowych jako lek będący reprezentantem niesteroidowych leków przeciwbólowych i przeciwzapalnych wybrano diklofenak jako trudno usuwalny i powszechnie stosowany. Badaniami objęto cztery wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne: antracen, benzo[a]piren, fenantren, piren. Spośród metali ciężkich wybrano metale, których maksymalne stężenia w produktach rolniczych zostały określone przez Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1009 z dnia 5 czerwca 2019 r. obowiązujące od 16 lipca 2022. Do badań wpływu higienizacji na mikroplastik użyto jako polimer reprezentujący tą grupę zanieczyszczeń - polichlorek winylu. Przeprowadzone badania wykazały większą skuteczność higienizacji przeprowadzanej przy użyciu tlenku magnezu i kwasu siarkowego, a dodatkowe użycie PDS, spowodowało prawie całkowity rozpad, użytych do testów WWA i leków (diklofenak). Obydwie metody nie spowodowały znacznej redukcji mikroplastiku zawartego w badanym materiale. Przeprowadzono testy w skali laboratoryjnej i półtechnicznej, potwierdzając wyniki prac. Końcowym etapem przeprowadzonych badań było uzyskanie granulatu nawozowego o parametrach fizycznych nieodbiegających od produktów rynkowych.Current times are forcing us to increasingly focus on production based on the sustainable use of raw materials, creating a closed-loop economy. Emerging new technologies are orienting themselves toward the use of an increasing waste stream. Declining fossil resources and the cost of extracting them are also a factor significantly influencing the development of technologies that use waste from various sources. One such waste is municipal sewage sludge, which is produced in the wastewater treatment process and carries with it many nutrients for plant crops. Unfortunately, in view of the general increase in environmental pollutants and microbiological hazards, the direct use of sewage sludge is a major threat to the environment and, through the migration of pollutants to plants, also to human life and health. This paper presents the results of a study to evaluate the effectiveness of the conducted hygienization process of municipal sewage sludge carried out by two methods. Both methods meet the basic requirement for their further use in agriculture, i.e. they eliminate the biological hazard present in sewage sludge. The first method is the hygienization process carried out by treating municipal physically dewatered sewage sludge with calcium oxide, it allows to effectively obtain hygienized sewage sludge in accordance with current requirements. The second method studied is the method of treating sewage sludge with magnesium oxide followed by sulfuric acid, in this method the product of the exothermic reaction is magnesium sulfate, and the temperature obtained is sufficient to achieve hygienization of sewage sludge. The effect of both methods was intensified by using peroxodisulfate. The research carried out concerned the evaluation of the effectiveness of removal or reduction of the amount of pollutants that are components of sewage sludge, and that affect its further management in the wider agriculture. The studies included: non-steroidal analgesics and anti-inflammatory drugs, polycyclic aromatic hydrocarbons, heavy metals and so-called microplastics. After analysis and literature research, diclofenac was chosen as a drug representative of non-steroidal analgesics and anti-inflammatory drugs, as it is difficult to remove and commonly used. Four polycyclic aromatic hydrocarbons were studied: anthracene, benzo[a]pyrene, phenanthrene, pyrene. Among the heavy metals, metals were selected, the maximum concentrations of which in agricultural products were determined by the Regulation of the European Parliament and of the Council (EU) 2019/1009 of June 5, 2019, effective from July 16, 2022. To study the effect of hygienization on microplastics, polyvinyl chloride was used as the polymer representing this group of pollutants. The conducted tests showed greater effectiveness of hygienization carried out with magnesium oxide and sulfuric acid, and the additional use of PDS, resulted in almost complete decomposition, used for testing PAHs and drugs (diclofenac). Both methods failed to significantly reduce the microplastic contained in the test material. Laboratory and semi-technical scale tests were carried out, confirming the results of the work. The final stage of the conducted tests was to obtain fertilizer granules with physical parameters that do not differ from market products.Niniejszą pracę doktorską zrealizowano w ramach programu pt. „Doktorat wdrożeniowy” MNiSW nr 57/DW/2017/01/1 w latach 2017-2022