Optimization of the operational conditions of a high-rate contact stabilization (HiCS) system

Conventional activated sludge (CAS) wastewater treatment faces significant sustainability challenges due to high energy consumption and limited resource recovery potential.highrate contact stabilization (HiCS) offers a promising alternative for energy-efficient carbon capture by redirecting organic matter to sludge for anaerobic digestion, yet optimal operational conditions balancing carbon recovery, sludge settleability, and process stability remain underexplored. This study optimized a HiCS system using a laboratory-scale sequential batch reactor (SBR) fed with synthetic wastewater containing chemical oxygen demand (COD) concentration of 665.2±15.7 mg/L COD) at 22◦C, testing sludge extraction rates of 40–140 mL/cycle (solids retention time (SRT) 1–2 days) to evaluate key performance parameters including COD removal efficiency, sludge yield, settleability, and nutrient removal dynamics. Optimal performance occurred at 140mL/cycle extraction (SRT ≈ 1 day), achieving 62.6 ± 1.9% COD removal efficiency, 38.0 ± 1.9% of influent COD recovered as sludge, and effluent COD of 246 ± 9.8 mg/L. Sludge yield reduced by 42.6% (0.352 g VSS/g COD) versus suboptimal conditions, while settleability (sludge volume index (SVI)) improved dramatically (SVI30 dropped from 267.6 to 45.4 mL/g). Nutrient removal remained limited (13.6% ammonium, 14.7% orthophosphate), with ammonium consumed for synthesis closely matching measured ammonium loss, confirming assimilation as the primary nitrogen pathway.The system achieved 60.1% combined organics capture (sludge recovery plus oxidation), confirming HiCS as an effective primary treatment strategy for warm-climate applications, particularly when integrated with anaerobic digestion and downstream nutrient polishing for energy-neutral operations.

Il trattamento delle acque reflue convenzionale a fanghi attivi (CAS) presenta significative sfide di sostenibilità a causa dell'elevato consumo energetico e del limitato potenziale di recupero delle risorse. Il sistema ad alto carico a stabilizzazione per contatto (HiCS) offre un'alternativa promettente per la cattura efficiente del carbonio, reindirizzando la materia organica verso i fanghi per la digestione anaerobica; tuttavia, le condizioni operative ottimali che bilanciano il recupero del carbonio, la sedimentabilità dei fanghi e la stabilità del processo rimangono poco esplorate. Questo studio ha ottimizzato un sistema HiCS utilizzando un reattore sequenziale a batch (SBR) di scala laboratorio, alimentato con acqua reflua sintetica contenente una concentrazione di Domanda Chimica di Ossigeno (COD) di 665,2 ± 15,7 mg/L, a 22°C. Sono state testate portate di estrazione del fango di 40–140 mL/ciclo (Tempo di Ritenzione dei Solidi (SRT) 1–2 giorni) per valutare i parametri chiave di prestazione, tra cui efficienza di rimozione del COD, resa dei fanghi, sedimentabilità e dinamiche di rimozione dei nutrienti." "Le prestazioni ottimali si sono verificate con un'estrazione di 140 mL/ciclo (SRT ≈ 1 giorno), raggiungendo un'efficienza di rimozione del COD del 62,6 ± 1,9%, con il 38,0 ± 1,9% del COD influente recuperato come fango, e un COD effluente di 246 ± 9,8 mg/L. La resa del fango si è ridotta del 42,6% (0,352 g VSS/g COD) rispetto alle condizioni subottimali, mentre la sedimentabilità (indice di volume del fango (SVI)) è migliorata drasticamente (SVI30 è sceso da 267,6 a 45,4 mL/g). La rimozione dei nutrienti è rimasta limitata (13,6% per l'ammonio, 14,7% per l'ortofosfato); l'ammonio consumato per la sintesi corrispondeva strettamente alla perdita misurata di ammonio, confermando l'assimilazione come principale via per l'azoto. Il sistema ha raggiunto una cattura combinata del 60,1% per le sostanze organiche (recupero del fango più ossidazione), confermando HiCS come strategia efficace di trattamento primario per applicazioni in climi caldi, specialmente se integrato con digestione anaerobica e successiva affinazione dei nutrienti per operazioni a energia neutra.