Electro-dewatering of wastewater sludge : assessment of technical feasibility and influence on biological stability

The treatment of wastewater produces huge quantities of sludge, which contains a high proportion of water. A dewatering step is usually carried out before further treatment in order to reduce sludge volume and consequently reduce handling and disposal cost. Common methods include the use of mechanical processes such as plate or belt filter presses and centrifuges, which offer a relatively poor efficiency. The water content at the end of the dewatering usually ranges between 65% and 85%. The implementation of an electric field during the mechanical dewatering (electro-dewatering) could improve the dewatering efficiency. Studies show that applying an electric current through the filter cake could significantly reduce the water content of sludge, down to 40%. A lab-scale device of electro-dewatering (EDW) was used to study this phenomenon. The experimental set-up consisted of a cylindrical chamber where a piston presses the sludge cake on a filter cloth. Two electrodes, one anode and one cathode, are placed at the piston head and under the filter cloth, respectively. Dewatering kinetics and electrical behaviour of the sludge cake were studied with this set-up. The experiments were conducted at constant voltage and the results evidenced the feasibility of the process. The cake thickness, the developed electric current, the duration of the EDW tests and the initial DS content of sludge have been studied. The electric current and the water content of the sludge appeared to be key factors governing electro-dewatering kinetics. Moreover, electrical resistance through a given cake of sludge is highly correlated to its water content. The electrical resistance increases as the water content reduces during the process. This relationship held for different types of sludge used in the EDW experiments. These results enabled a better understanding of how dewatering efficiency and energy consumption are related in the EDW process. The assessment of specific oxygen uptake rates (SOUR) in batch tests revealed that SOUR values decreased with the increase of voltage and the duration of the tests. This result shows that biological activity decreased and, hence, sludge stabilization improved. This is an additional advantage of this dewatering technique as higher stabilization is a prerequisite for a safe sludge disposal on agricultural land. This could be an interesting area for further research, also to be investigated in terms of assessing viable bacterial counts.

Il trattamento delle acque reflue produce enormi quantità di fango, il quale contiene un'alta percentuale di acqua. Solitamente prima di un ulteriore trattamento viene effettuata una fase di disidratazione al fine di ridurre il volume dei fanghi e di conseguenza ridurre i costi di gestione e smaltimento. I metodi più comuni includono l'uso di processi meccanici come le filtropresse, le nastropresse e le centrifughe, che offrono un'efficienza relativamente scarsa. Il contenuto di acqua alla fine della disidratazione di solito varia tra il 65% e l'85%. L'implementazione di un campo elettrico durante la disidratazione meccanica (elettro-disidratazione) potrebbe migliorare l'efficienza di disidratazione. Gli studi dimostrano che l'applicazione di una corrente elettrica attraverso il fango potrebbe ridurre significativamente il contenuto di acqua dei fanghi, fino al 40%. Per studiare questo fenomeno è stato utilizzato un dispositivo di elettro-disidratazione (EDW) a scala di laboratorio. Il set-up sperimentale consiste in una cella cilindrica in cui un pistone preme sul fango appoggiato su un tessuto filtrante. Due elettrodi, un anodo e un catodo, sono posizionati rispettivamente sulla testa del pistone e sotto il tessuto filtrante. Con questo set-up sono stati studiati la cinetica di disidratazione e il comportamento elettrico misurati nei test. Gli esperimenti sono stati condotti a tensione costante e i risultati hanno evidenziato la fattibilità del processo. Sono stati studiati lo spessore della torta di fango, la corrente elettrica sviluppata, la durata dei test EDW e il contenuto iniziale di solido secco dei fanghi. La corrente elettrica e il contenuto di acqua del fango sembrano essere i fattori chiave che regolano la cinetica di elettro-disidratazione. Inoltre, la resistenza elettrica attraverso una data massa di fango è altamente correlata al suo contenuto di acqua. La resistenza elettrica aumenta con il diminuire del contenuto d'acqua durante il processo. Questa relazione è valida per diversi tipi di fanghi utilizzati negli esperimenti EDW. Questi risultati hanno permesso di comprendere meglio come l'efficienza di disidratazione e il consumo di energia elettrica siano correlati nel processo EDW. Lo studio dei tassi specifici di assorbimento di ossigeno (SOUR) nei test ha rivelato che i valori di SOUR sono diminuiti con l'aumento della tensione e la durata dei test. Questo risultato mostra come l'attività biologica sia diminuita e, quindi, la stabilizzazione dei fanghi migliorata. Questo è un ulteriore vantaggio di questa tecnica di disidratazione in quanto una maggiore stabilizzazione è un prerequisito per uno smaltimento sicuro dei fanghi su terreni agricoli. Questa potrebbe essere un'area interessante per ulteriori ricerche, anche da esaminare in termini di studio della conta dei batteri vitali presenti nel fango.