Microwave treatment of municipal sewage sludge: Evaluation of the drying performance and energy demand of a pilot-scale microwave drying system

Kocbek, Eva; García, Héctor A.; Hooijmans, Christine M.; Mijatović, Ivan; Lah, Branko; Brdjanović, Damir

doi:10.1016/j.scitotenv.2020.140541

Cited by 40 publications

(15 citation statements)

References 50 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The results presented in this section indicate that, at the evaluated conditions, the DS content of the sludge was increased up to approximately 30%, corresponding to a volume reduction of 83%. However, by simply increasing the irradiation exposure time, a DS content of 95% can be achieved, as also reported by other authors (Chen et al 2014;Kocbek et al 2020;Mawioo et al 2016b). MW-specific energy expenditures of 5.5 MJ kg −1 (1.5 kWh kg −1 ) are required for drying the sludge (up to 95% DS), which is comparable to energy expenditures on conventional sludge dryers (Kocbek et al 2020).…”

Section: Drying Of Sludge Using Mw-based Technologysupporting

confidence: 82%

“…Considering this value, the specific energy consumed during the drying process would be almost double that reported in this study (8.6 MJ kg −1 or 2.4 kWh kg −1 ). Moreover, as indicated in the "Sanitization of sludge using MW-based technology" section and also as reported by Kocbek et al (2020), the higher the MW power output, the higher the power absorbed by the material being dried, minimizing the possibility of energy losses occurring somewhere in the system and, therefore, increasing the energy efficiency of the MW drying system. Thus, operating the system at the highest nominal power capacity maximizes the MW energy efficiency and leads to a reduction in the specific energy output required to dry the material.…”

Section: Drying Of Sludge Using Mw-based Technologymentioning

confidence: 81%

“…The MW irradiation chamber was loaded with 0.5 kg of sludge at a DS concentration of 5.6%, so an initial power/mass ratio of 3 kW/kg was applied. This value corresponds to the maximum initial power/mass ratio applied in previous MW pilotscale evaluations (Kocbek et al 2020;Mawioo et al 2017). The sludge was irradiated for approximately 26 min, and the DS content increased from 5.6 to 30.0% (i.e., sludge moisture content decreased from 16.8 to 2.4 kg of water kg of dry solids −1 ).…”

Section: Drying Of Sludge Using Mw-based Technologymentioning

confidence: 94%

See 2 more Smart Citations

Novel semi-decentralised mobile system for the sanitization and dehydration of septic sludge: a pilot-scale evaluation in the Jordan Valley

Kocbek

García

Hooijmans

et al. 2021

Environ Sci Pollut Res

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The provision of effective sanitation strategies has a significant impact on public health. However, the treatment of septic sludge still presents some challenges worldwide. Consequently, innovative technologies capable of an effective and efficient sludge treatment, mostly at a decentralized level, are in high demand to improve sanitation provision. To address this problem, this study evaluates a novel semi-decentralised mobile faecal sludge treatment system, the pilot-system for which consists of a combination of several individual processes including mechanical dewatering (MD), microwave (MW) drying, and membrane filtration (ultrafiltration [UF] and reverse osmosis [RO]). The system evaluation was carried out by treating raw, partially digested faecal sludge (FS) from septic tanks—hence, septic sludge (SS)—in the Jordan Valley, Jordan. The pilot-scale system exhibited an effective and flexible treatment performance for (i) sanitizing faecal sludge and related liquid streams (MW and UF); (ii) reducing the treated sludge mass (and sludge volume) (MD and MW); and (iii) producing a high-quality treated liquid stream ideal for water reclamation applications (UF and RO). The MD process removed approximately 99% of the initial SS water content. The MW drying system completely removed E. coli and dehydrated the dewatered sludge at low energy expenditures of 0.75 MJ kg−1 and 5.5 MJ kg−1, respectively. Such energy expenditures can be further reduced by approximately 40% by recovering energy in the condensate and burning the dried sludge, which can then be reused inland applications. The membrane filtration system (UF and RO) was able to produce high-quality treated water that is ideal for the water reuse applications that irrigation requires, as well as meeting the Jordanian standard 893/2006. In addition, the system can also be powered by renewable energy sources, such as photovoltaic energy. Therefore, this research demonstrates that the evaluated semi-decentralised mobile system is technically feasible for the in situ treatment of SS (sanitization and dehydration), while also being effective for simultaneously recovering valuable resources, such as energy, water, and nutrients.

show abstract

Section: Drying Of Sludge Using Mw-based Technologysupporting

confidence: 82%

Section: Drying Of Sludge Using Mw-based Technologymentioning

confidence: 81%

Section: Drying Of Sludge Using Mw-based Technologymentioning

confidence: 94%

See 1 more Smart Citation

Novel semi-decentralised mobile system for the sanitization and dehydration of septic sludge: a pilot-scale evaluation in the Jordan Valley

Kocbek

García

Hooijmans

et al. 2021

Environ Sci Pollut Res

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Municipal sewage sludge is a by-product of the treatment of municipal and industrial wastewater [1,2]. Sewage sludge constitutes only 1-2 vol.% of treated wastewater, but its management is very complicated, and treatment costs amount to 20-60% of wastewater treatment plants' (WWTPs') total operating costs [3].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Influence of Valorization of Sewage Sludge on Energy Consumption in the Drying Process

Siedlecka

Siedlecki

2021

Energies

View full text Add to dashboard Cite

Valorization of digested sewage sludge generated in a medium-sized sewage treatment plant and the effect of valorization on energy consumption during sludge drying used for energy recovery are presented. Anaerobic digestion of sewage sludge reduces dry matter content compared to raw sludge. This lowers its calorific value leading to the lower interest of consumers in using it as fuel. The aim of the study was to valorize digested sewage sludge prior to drying with high-energy waste with low moisture content. The procedure led to the reduction in moisture content by about 50% in the substrate supplied for solidification and drying. The calorific value of digested sewage sludge increased by 50%–80%, and the energy consumption of the drying process decreased by about 50%. Physical and chemical properties of sewage sludge and moisture content of substrates and mixtures after valorization were determined. The heat of combustion of valorized sewage sludge mixtures, their elemental composition, and ash content is investigated. Their calorific value in the analytical and working states of 10% H2O was calculated. The highest calorific value was obtained for the mixture of sewage sludge valorized with waste plastics or combined with wood dust, averaging 23 MJ/kg. A mathematical approximation of sewage sludge valorization is presented.

show abstract

“…ідповідно, у риб'ячого клею є одразу декілька галузей для застосування. ікрохвильове випромінювання використовується для інтенсифікації масообмінних процесів вченими у різних галузях та країнах світу, зокрема: в процесах екстрагування у Франції [7] та алайзії [ ], Ірландії [9], у процесах сушіння та зневоднення у Китаї [10], Нідерландах та Словенії [11], алайзії та ольщі [12], унісі [13]. З використанням мікрохвильового поля для зневоднення вже проводились успішні дослідження вченими кафедри процесів, обладнання та енергетичного менеджменту деської національної академії харчових технологій зі зневоднення овочевих та фруктових соків та екстрактів [14], білкових продуктів [1 ].…”

unclassified

Зневоднення Колагенового Риб'ячого Клею В Умовах Дії Мікрохвильового Випромінювання

Левтринська¹

2021

View full text Add to dashboard Cite

Проблеми використання енергії та утилізація відходів є глобальними проблемами людства, згідно з даними Всесвітньої організації торгівлі та Організації Об’єднаних націй. Зниження використання енергетичних ресурсів та збільшення частки біорозкладаної тари у харчовій промисловості дозволяє знизити навантаження на оточуюче середовище екології. Дослідження виконано з метою використання методу зневоднення у мікрохвильовому полі, що дозволяє знизити енергетичні витрати. Аналіз публікацій в Україні та світі показує, що такі способи зневоднення до колагенових клеїв не застосовують. Висушування у сушильних шафах за низьких температур, яке використовують у промисловості, тривале, вимагає багато енергетичних витрат. Окрім того, через тривалість процесу у клеї додаються антисептики, що сповільнюють мікробіологічне псування продукту. У статті представлено експериментальні дослідження процесу зневоднення колагенового клею у мікрохвильовому полі. Оскільки продукт є термолабільним, проаналізовано декілька температурних режимів: 40 °С, 60 °С, 80 °С у мікрохвильовому апараті, та 60°С у термостаті. Зразки клею зневоднювалися до вологості 17%, що відповідає вологості продукту, який виробляється промислово. Згідно літературних даних, під впливом високої температури колагенові клеї втрачають свої адгезивні властивості. Наразі, не досліджено, як мікрохвильове поле може вплинути на якість клею. Із використанням зразків зневоднених за різних режимів проведено експеримент з перевірки клейового з’єднання до механічних деформацій. Зразки зневоднені у мікрохвильовому успішно пройшли випробування міцності на розрив. Усі зразки витримали навантаження у 1,5 кН. Випробування міцності на зсувові навантаження показало диференціювання результатів для зразків оброблених за нижчих температур та зразку обробленого за 80 °С і вище. Навантаження на клейове з’єднання до розщеплення показало, що оброблені за температур нижче 60 °С є більш міцними.

show abstract

Microwave treatment of municipal sewage sludge: Evaluation of the drying performance and energy demand of a pilot-scale microwave drying system

Cited by 40 publications

References 50 publications

Novel semi-decentralised mobile system for the sanitization and dehydration of septic sludge: a pilot-scale evaluation in the Jordan Valley

Novel semi-decentralised mobile system for the sanitization and dehydration of septic sludge: a pilot-scale evaluation in the Jordan Valley

Influence of Valorization of Sewage Sludge on Energy Consumption in the Drying Process

Зневоднення Колагенового Риб'ячого Клею В Умовах Дії Мікрохвильового Випромінювання

Contact Info

Product

Resources

About