Dominika Łomińska-Płatek, Anna M. Anielak
Cracow University of Technology, Poland
corresponding author’s e-mail:
Abstract
Fulvic acids (FAs) were isolated from the wastewater by two different extraction methods. The first one with ammonia water (NH4OH) and the second with an ion exchange using a hydrophobic ion exchanger and desorbed using aqueous sodium hydroxide (NaOH). The samples were collected directly from the primary and secondary effluents at the WWTP and the obtained results were averaged. The WWTP treats mainly wastewater from individual users and industrial plants. The selected plant comprises mechanical and biological wastewater trains as well as sludge processing and biogas trains. The plant works as a three-stage Bardenpho system and operates five identical biological reactors. The main objective of the study was to conduct a mass balance and assess the amount of FAs in the primary and secondary effluent. The extracted acids were subjected to an analysis of their elemental composition, trace elements content and IR spectrum analysis. Based on elemental composition, atomic ratios: C/O, C/H, C/N and O/H, as well as a degree of inside oxidation, have been determined. The studies have shown that the highest amount of FAs was extracted from the primary effluent with the NaOH method and in the secondary effluent less inorganic impurities were removed. Based on the results, it can be concluded that extraction with NaOH solution and a two-stage ion exchange process (hydrophobic ion-cation exchanger-H+) reduces the degree of internal oxidation of FAs. Soluble HSs extracted from the primary effluent had a higher level of humification in both methods. Comparing an elemental composition of four samples, it can be noticed that a structure of FAs extracted with the same method is very similar for both primary and secondary effluent, but when two different methods are compared some small differences can be found.
Based on the research, it can be stated that the WWTP discharged less FAs compared to the input pollution load, regardless of the extraction method used.
Keywords
humic substances, fulvic acids, wastewater treatment plant, extraction of fulvic acids, elemental analysis, spectroscopic characteristics
Właściwości kwasów fulwowych wyekstrahowanych ze ścieków za pomocą różnych metod
Streszczenie
Kwasy fulwowe (KF) zostały wyekstrahowane ze ścieków z wykorzystaniem różnych metod ekstrakcji. Pierwsza metoda z użyciem wody amoniakalnej (NH4OH) natomiast druga oparta na procesie wymiany jonowej na hydrofobowym wymienniku jonitowym przy użyciu wodnego roztworu wodorotlenku sodu (NaOH). Próbki zostały pobrane bezpośrednio z mechanicznie oraz biologicznie oczyszczonych ścieków z wybranej oczyszczalni ścieków a podane wyniki zostały uśrednione. Oczyszczalnia ścieków (OŚ) odprowadza głównie ścieki od indywidualnych użytkowników, ale i również z zakładów przemysłowych. Wybrana OŚ składa się z części mechanicznej i biologicznej oraz osadowej i gazowej. W skład części mechanicznej wchodzą: kraty rzadkie, pompownia, kraty gęste, piaskowniki, osadniki wstępne, pompownia II stopnia. Część biologiczna składa się z reaktorów i osadników wtórnych. OŚ pracuje w układzie 3 stopniowym Bardenpho i składa się z 5 identycznych biologicznych reaktorów. Z kolei część osadowa to: zagęszczarki mechaniczne, stacja dezintegracji osadu, zagęszczanie grawitacyjne, prasy taśmowe, wydzielone komory fermentacji oraz ciąg generowania gazu. Oczyszczone ścieki trafiają do rzeki poprzez wylot kaskadowy.
Głównym celem badań był bilans masy oraz określenie ilości KF w mechanicznie i biologicznie oczyszczonych ściekach. Wyekstrahowane KF poddano analizie ich składu elementarnego, zawartości pierwiastków oraz przeprowadzono badanie absorbancji widma IR w podczerwieni. Na podstawie składu elementarnego określono ilorazy atomowe: C/O, C/H, C/N i O/H oraz wyliczono stopień utlenienia wewnętrznego. Wyniki badań pokazały, że największe stężenie KF wyekstrahowano przy użyciu metody z wykorzystaniem NaOH z mechanicznie oczyszczonych ścieków. Przy użyciu tej samej metody mniej zanieczyszczeń nieorganicznych usunięto z KF wyekstrahowanych ze ścieków biologicznie oczyszczonych. Na podstawie wyników badań można wnioskować, że ekstrakcja KF z użyciem roztworu NaOH podczas dwu stopniowej wymiany jonowej (hydrofobowy wymiennik jonitowy H+) zmniejsza stopień utlenienia wewnętrznego (ω). KF wyekstrahowane ze ścieków mechanicznie oczyszczonych miały wyższy stopień humifikacji, w obu metodach. Porównując skład elementarny czterech próbek można zauważyć, że budowa KF wyekstrahowanych tą samą metodą jest bardzo zbliżona, ale kiedy porówna się ze sobą KF wyekstrahowane z tych samych ścieków jednak różnymi metodami zauważalne są małe różnice.
Badania wykazały, że wybrana OŚ odprowadza mniejszy ładunek KF w porównaniu do wprowadzanego, bez względu na rodzaj zastosowanej metody ekstrakcji.
Słowa kluczowe
substancje humusowe, kwasy fulwowe, oczyszczalnia ścieków, ekstrakcja kwasów fulwowych, analiza elementarna, charakterystyka spektroskopowa
Full text / Pełny tekst
PDF (English)
