Electro-dewatering of wastewater sludge : influence of water distribution in sewage sludge

This work the influence of conditioning, mechanical dewatering and electro-dewatering (EDW) on the types of water in sludge samples from five different wastewater treatment plants (WWTPs) was evaluated. The sludge samples have been taken after different stabilisation methods and mechanical dewatering techniques. First, thickened sludge samples have been characterized in the lab, in terms of dry solid and volatile solid content, pH, conductivity, CST, zeta potential and polyelectrolyte dosage. Then, the influence of potential values, cake thickness and duration of the tests on EDW of two anaerobically and aerobically stabilised sludge samples was studied. For the EDW tests two types of samples have been used: (i) thickened conditioned sludge (TC), conditioned in the lab with the selected polyelectrolyte dosage, and (ii) mechanically dewatered sludge (MD). The EDW tests allowed the dewatering of the MD samples from 16-18% dry solid (DS) content up to 47%. It has been shown that the operating conditions have considerable influence on the efficiency of the EDW process, both on TC and MD sludge. Moreover, different mechanical dewatering techniques, including centrifugation, vacuum filtration and compression in the lab-scale device have been studied. Finally, by means of differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA), the influence of conditioning, mechanical dewatering and EDW on water content, its distribution among free and bound water and on the bond strength between water and particles has been studied. The effect of polyelectrolyte on free and bound water content depends on types of polymer and its dosage. Application of pressure driven electro-dewatering to 15-mm thick sludge samples under 25 V electric potential for 35 min duration showed the best compromise between high final DS content and specific energy consumption in both TC and MD sludge samples (from 100 to 220 Wh/kg of water removed). In general, aerobically stabilized sludge allows more efficient removal of water content than anaerobically digested sludge.

Questo lavoro ha valutato l'influenza del condizionamento, della disidratazione meccanica e della elettro-disidratazione (EDW) sui tipi di acqua in campioni di fanghi provenienti da cinque diversi impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP). I campioni di fanghi sono stati prelevati dopo aver subito diversi processi di stabilizzazione e diverse tecniche di disidratazione meccanica. Innanzitutto, i campioni di fango ispessito sono stati caratterizzati in laboratorio, in termini di contenuto di solidi totali e contenuto di solidi volatili, pH, conducibilità, CST, potenziale zeta e dosaggio di polielettrolita. Successivamente, è stata studiata l'influenza dei valori di potenziale elettrico, dello spessore della torta di fango e della durata dei test sul processo EDW di due campioni di fango stabilizzati anaerobicamente e aerobicamente. Per i test EDW sono stati utilizzati due tipi di campioni: (i) fango ispessito condizionato (TC), condizionato in laboratorio con il dosaggio di polielettrolita selezionato e (ii) fango disidratato meccanicamente (MD). I test EDW, partendo da un contenuto di solido secco (DS) iniziale del 16-18%, hanno consentito la disidratazione dei campioni MD fino al 47%. È stato dimostrato che le condizioni operative hanno una notevole influenza sull'efficienza del processo EDW, sia su fanghi TC che MD. Inoltre, sono state studiate diverse tecniche di disidratazione meccanica, tra cui la centrifugazione, la filtrazione sottovuoto e la compressione nel dispositivo su scala di laboratorio. Infine, mediante la calorimetria differenziale a scansione (DSC) e l'analisi termogravimetrica (TGA), è stata studiata l'influenza del condizionamento, della disidratazione meccanica e del processo EDW sul contenuto d'acqua, la sua distribuzione tra acqua libera e legata e la forza di legame tra acqua e particelle. L'effetto del polielettrolita sul contenuto d'acqua libera e legata dipende dal tipo di polimero e dal suo dosaggio. L'applicazione del processo di disidratazione elettro-assistita su campioni di fango TC e MD di 15 mm di spessore con potenziale elettrico di 25 V per una durata di 35 minuti ha mostrato il miglior compromesso tra elevato contenuto finale di DS e consumo specifico di energia (da 100 a 220 Wh/kg di acqua rimossa). In generale, il fango stabilizzato aerobicamente consente una più efficiente rimozione del contenuto d’acqua rispetto al fango digerito anaerobicamente.