Activation of sludge char and application in wastewater treatment

Abstract

The goal of this thesis was to examine activation of pyrolyzed sludge char and its utilization in wastewater treatment to remove contaminants. Activated carbon is typically produced from coal that is mined, which is not environmentally friendly. The use of sludge to produce activated char would add into circular economy, and would be environmentally friendlier option, because it is a renewable feedstock. The contaminants that were focused on, were pharmaceutical compounds, which are harmful to environment due to toxicity even at small concentrations and are difficult to remove by conventional wastewater treatment methods. The pharmaceutical compounds that were focused on, were in an EU directive proposal priority list for contaminants to observe and remove, which there were 12 of them. The activation of sludge char was outsourced and performed at XAMK BioSampo facilities using physical activation method. The adsorption tests were performed at Viikinmäki wastewater treatment plant facilities at a laboratory scale.

The activation of sludge char succeeded, and the specific surface area was able to be increased by multiple times compared to the original surface area. The surface area was able to be increased from 43 m²/g to 204 m²/g at the highest. This activated sludge char was used in the adsorption tests, and results showed that, it was able to reach over 90 % reduction with many pharmaceutical compounds with the lowest dosage used in these tests, which was 5 g/l.

The results from this thesis suggest that activated sludge char can be used as an adsorbent for wastewater treatment and can remove contaminants with high removal efficiency. Activated sludge char can be considered a substitute for conventional activated carbon.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia pyrolysoidun lietehiilen aktivointia ja sen käyttöä jäteveden käsittelyssä, haitta-aineiden poistamisessa. Aktiivihiiltä tuotetaan tyypillisesti louhittavasta hiilestä, joka ei ole ympäristöystävällistä. Lietteen käyttö aktiivihiilen valmistuksessa lisäisi kiertotaloutta, sekä se olisi ympäristöystävällisempi vaihtoehto, koska se on uusiutuva raaka-aine. Haitta-aineet, joihin tässä työssä keskityttiin, olivat lääkeaineita, jotka ovat haitallisia ympäristölle pieninä pitoisuuksina, ja joita on vaikea poistaa perinteisillä jäteveden käsittely menetelmillä. Lääkeaineet, joita tutkittiin, olivat EU:n direktiivi ehdotuksen prioriteetti listalla, joita tulisi tarkkailla ja poistaa. Näitä lääkeaineita oli yhteensä 12. Lietehiilen aktivointi ulkoistettiin XAMK:ille ja suoritettiin XAMK:in BioSampo tiloissa fyysisellä aktivointi menetelmällä. Adsorptio kokeet suoritettiin Viikinmäen jätevedenpuhdistamon tiloissa laboratorio mittakaavassa.

Lietehiilen aktivointi onnistui ja ominaispinta-alaa onnistuttiin kasvattamaan moninkertaisesi alkuperäiseen ominaispinta-alaan verrattuna. Pinta-ala onnistuttiin kasvattamaan 43 m²/g:sta 204 m²/g:aan, joka oli paras tulos. Tätä aktivoitua lietehiiltä käytettiin adsorptio kokeissa ja tulokset osoittivat, että tällä materiaalilla pystyttiin saavuttamaan yli 90 % poistotehokkuus monien lääkeaineiden kohdalla, pienimmällä annostuksella, joka oli 5 g/l.

Tämän opinnäytetyön tulokset osoittavat sen, että aktivoitua lietehiiltä voidaan käyttää adsorbenttina jäteveden käsittelyssä ja se voi poistaa haitta-aineita korkealla poistoteholla. Aktivoitua lietehiiltä voidaan pitää perinteisen aktiivihiilen mahdollisena korvikkeena.