Submit an Article
Become a reviewer
Vol 267
Pages:
453-465
Download volume:
RUS ENG
Research article
Geotechnical Engineering and Engineering Geology

Comprehensive utilization of urban wastewater sludge with production of technogenic soil

Authors:
Marina V. Bykova1
Dmitrii M. Malyukhin2
Dmitrii O. Nagornov3
Arina A. Duka4
About authors
  • 1 — Ph.D. Researcher Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 2 — Ph.D. General Director OOO NPK EcoDrive ▪ Orcid
  • 3 — Ph.D. Associate Professor Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 4 — Researcher Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Scopus
Date submitted:
2024-04-22
Date accepted:
2024-06-13
Date published:
2024-07-04

Abstract

The article presents the analysis of the existing approach to wastewater sludge treatment and justifies the selection of the most promising management technology that allows maximum use of wastewater sludge resource po-tential. To obtain a useful product (biocompost) suitable for use as part of technogenic soil, experimental studies of aerobic stabilization of organic matter of dehydrated urban wastewater sludge with the addition of other waste by using passive composting technology were carried out. The technology is included in the list of best available technologies (BAT). The selection of the most optimal components for the mixture was based on the results of determining the C and N content, humidity and pH of the components used that ensured the composting of organic waste. The results of laboratory studies of the obtained biocompost according to the main agrochemical and sanitary-epidemiological indicators are presented. Testing was carried out according to the criterion of toxicity of the biocompost’s aqueous extract. The assessment of the technogenic soil was performed when using biocompost in its composition for compliance with existing hygienic requirements for soil quality in the Russian Federation. Based on the results of the vegetation experiment, optimal formulations of the technogenic soil were determined, i.e., the ratio of biocompost and sand, under which the most favorable conditions for plant growth are observed according to a combination of factors such as the number of germinated seeds, the maximum height of plants and the amount of biomass. The conducted research makes it possible to increase the proportion of recycled urban wastewater sludge in the future to obtain soils characterized by a high degree of nutrient availability for plants and potentially suitable for use in landscaping, the biological stage of reclamation of technogenically disturbed lands, as well as for growing herbaceous plants in open and protected soil.

Keywords:
urban wastewater treatment plants wastewater sludge passive composting integrated utilization of organic waste fertile technogenic soil
Go to volume 267

References

  1. Rui Du, Cong Li, Qingtao Liu et al. A review of enhanced municipal wastewater treatment through energy savings and carbon recovery to reduce discharge and CO2 footprint // Bioresource Technology. 2022. Vol. 364. № 128135. DOI: 10.1016/j.biortech.2022.128135
  2. Matveeva V.A., Alekseenko V.A., Karthe D., Puzanov A.V. Manganese Pollution in Mining-Influenced Rivers and Lakes: Current State and Forecast under Climate Change in the Russian Arctic // Water. 2022. Vol. 14. Iss. 7. № 1091. DOI: 10.3390/w14071091
  3. Mysin A.V., Kovalevskiy V.N., Kirkin A.P. Ensuring environmental safety of massive explosions in the combined development of coal deposits in Kuzbass // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 848. № 012139. DOI: 10.1088/1755-1315/848/1/012139
  4. Kizgin A., Schmidt D., Joss A. et al. Application of biological early warning systems in wastewater treatment plants: Introducing a promising approach to monitor changing wastewater composition // Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 347. № 119001. DOI: 10.1016/j.jenvman.2023.119001
  5. Матюшенко Е.Н. Удаление фосфора из возвратных потоков площадки очистных сооружений канализации // Вода и экология: проблемы и решения. 2019. № 2 (78). С. 40-49. DOI: 10.23968/2305-3488.2019.24.2.40-49
  6. Bilgin M., Yurtsever M., Karadagli F. Microplastic removal by aerated grit chambers versus settling tanks of a municipal wastewater treatment plant // Journal of Water Process Engineering. 2020. Vol. 38. № 101604. DOI: 10.1016/j.jwpe.2020.101604
  7. Калачев Д.А., Браннер В. Механическая очистка стоков // Водоснабжение и санитарная техника. 2021. № 12. С. 46-49. DOI: 10.35776/VST.2021.12.06
  8. Junaidi, Sudarno, Santoso R. Physical and Chemical Treatability Study in Wastewater Treatment Plant Design (Case Study: Leather Tanning Industry) // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. Vol. 1268, № 012025. DOI: 10.1088/1755-1315/1268/1/012025
  9. Lasaki B.A., Sugio R., Maurer P., Schönberger H. Sustainable transformation: Unlocking energy positivity in municipal wastewater treatment through innovative advanced primary treatment configurations for maximum solids separation // Separation and Purification Technology. 2024. Vol. 342. № 127081. DOI: 10.1016/j.seppur.2024.127081
  10. Чукаева М.А., Поваров В.Г., Сверчков И.П. Железосодержащие отходы металлообработки как хемосорбент для очистки сточных вод от ионов молибдена // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2020. Т. 61. № 1. С. 43-51.
  11. Cheremisina O., Litvinova T., Sergeev V. et al. Application of the Organic Waste-Based Sorbent for the Purification of Aqueous Solutions // Water. 2021. Vol. 13. Iss. 21. № 3101. DOI: 10.3390/w13213101
  12. Shihao Jia. Biological Treatment of Industrial Wastewater // Highlights in Science, Engineering and Technology. 2023. Vol. 69. P. 523-531. DOI: 10.54097/hset.v69i.12530
  13. Матвеева В.А., Бек Дж., Данилов А.С. Перспективы использования метода альголизации в очистке карьерных вод северных горнопромышленных агломераций от азотного загрязнения // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. Т. 15. № 1. С. 134-142. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-1-134-142
  14. Xiaojun Meng, Zhigui Huang, Guanghuan Ge. Upgrade and reconstruction of biological processes in municipal wastewater treatment plants // Desalination and Water Treatment. 2024. Vol. 317. № 100299. DOI: 10.1016/j.dwt.2024.100299
  15. Дубовец Д.Л. Обращение с отходами осадков сточных вод: основные направления // Экология на предприятии. 2023. № 5 (143). С. 27-35.
  16. Abdelfattah A., Ramadan H., Elsamahy T. et al. Multifaced features and sustainability of using pure oxygen in biological wastewater treatment: A review // Journal of Water Process Engineering. 2023. Vol. 53. № 103883. DOI: 10.1016/j.jwpe.2023.103883
  17. Валиев В.С., Иванов Д.В., Шагидуллин Р.Р. Способы утилизации осадков городских сточных вод (обзор) // Российский журнал прикладной экологии. 2020. № 4. С. 52-63. DOI: 10.24411/2411-7374-2020-10034
  18. Насыров И.А., Маврин Г.В., Шайхиев И.Г. Проблемы утилизации иловых осадков очистных сооружений // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 19. C. 257-259.
  19. Шашкин Р.Ю. Современные методы обезвоживания осадка сточных вод // Форум молодых ученых. 2018. № 5-3 (21). С. 919-922.
  20. Пашкевич М.А., Патокин Д.А. Направления использования нитроцеллюлозосодержащих отходов химической промышленности на объектах минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 9-1. С. 215-230. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_215
  21. Чулкова И.Л., Смирнова О.Е., Красова А.В. Применение осадков сточных вод в производстве бетона // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18. № 5. С. 566-575. DOI: 10.26518/2071-7296-2021-18-5-566-575
  22. ЛитвиноваТ.Е., Сучков Д.В. Получение легкого золобетона как перспективное направление утилизации техногенных продуктов (на примере отходов водоотведения) // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 906-918.
  23. Кузьмина Р.И., Кубашева Р.Н., Кунашева З.Х. Исследование свойств твердого остатка пиролиза осадков сточных вод // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2023. Т. 23. Вып. 3. С. 280-288. DOI: 10.18500/1816-9775-2023-23-3-280-288
  24. Kominko H., Gorazda K., Wzorek Z. Effect of sewage sludge-based fertilizers on biomass growth and heavy metal accumulation in plants // Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 305. № 114417. DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.114417
  25. Рудзиш Э.Р., Петрова Т.А. Перспективы использования нетрадиционных мелиорантов для формирования растительного покрова на рекультивируемых территориях // Горный журнал. 2023. № 9. С. 75-82. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.11
  26. Касатиков В.А., Шабардина Н.П. Влияние почвогрунта на основе осадка городских сточных вод на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы и урожайность райграса однолетнего // Владимирский земледелец. 2021. № 3 (97). С. 35-38. DOI: 10.24412/2225-2584-2021-3-35-38
  27. Smirnov Yu.D., Suchkov D.V., Danilov A.S., Goryunova T.V. Artificial soils for restoration of disturbed land productivity // Eurasian Mining. 2021. № 2. P. 92-96. DOI: 10.17580/em.2021.02.19
  28. Юрак В.В., Усманов А.И. Восстановление нарушенных земель в горных экосистемах // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. Т. 15. № 4. С. 901-911. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-4-901-911
  29. Миронов В.В., Седых А.А., Миронов А.В., Палюткина К.В. Биотермокомпостирование органических отходов // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2019. № 4 (36). С. 37-45.
  30. Седых А.А., Миронов В.В. К вопросу соотношения углерода к азоту в компостной смеси при планировании экспериментов // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2016. № 4 (24). С. 147-150.
  31. Малюхин Д.М., Бакина Л.Г., Маячкина Н.В. и др. Почвогрунт из отсева грохочения ТКО: эколого-химическая и токсикологическая характеристика по результатам двухлетнего полевого опыта // Экология и промышленность России. 2023. Т. 27. № 12. С. 62-68. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-12-62-68
  32. Ковшов С.В. Влияние биогумуса на основе отходов птицеводства на физико-химические свойства дерново-подзолистых почв и выращиваемых растений // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. Т. 15. № 2. С. 326-337. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-2-326-337
  33. Миронов С.Ю., Протасова М.В., Проценко Е.П. и др. Технологические направления по переработке органических отходов // Auditorium. 2017. № 1 (13). С. 30-42.
  34. Яшкина А.А., Федорова О.А., Кирдишова Е.А. Агрохимические показатели компостов на основе осадков сточных вод, полученных при добавлении различных наполнителей // Проблемы региональной экологии. 2018. № 1. С. 45-49. DOI: 10.24411/1728-323X-2018-11045
  35. Singh A., Sawant M., Herlekar M. et al. Assessing feasibility of sewage sludge composting in rotary drum reactor // Bio-resource Technology. 2024. Vol. 394. № 130219. DOI: 10.1016/j.biortech.2023.130219
  36. Чукаева М.А., Пухальский Я.В., Лоскутов С.И. и др. Оценка изменения фитоэкстракции тяжелых металлов бархатцами прямостоячими (Tagetes erecta) из загрязненных почв Норильска при использовании гуминовых добавок // Арктика: экология и экономика. 2024. Т. 14. № 1. С. 90-102. DOI: 10.25283/2223-4594-2024-1-90-102
  37. Хабарова Т.В., Виноградов Д.В., Кочуров Б.И. и др. Агроэкологическая эффективность использования осадка сточных вод и вермикомпостов в агроценозе овса посевного // Юг России: экология, развитие. 2018. Т. 13. № 2. С. 132-143. DOI: 10.18470/19921098-2018-2-132-143
  38. Заявка на изобретение № 2024108705 РФ. Техногенный почвогрунт / И.П.Сверчков, М.В.Быкова, Ю.Д.Смирнов, Д.М.Малюхин. Заявл. 02.04.2024.
Access statistics
Abstract Views
0
Full-Text Views
0
Cited
Scopus:
0
Crossref:
0
Article Menu

Similar articles

Assessing the effectiveness of sewage sludge in the reclamation of disturbed areas in the Kola subarctic zone (a case study of a sand quarry)
2024 Lyubov A. Ivanova, Marina V. Slukovskaya, Evgeniya A. Krasavtseva
Natural carbon matrices based on brown coal, humic acids and humine extracted from it for purification of aqueous solutions from low molecular weight organic impurities
2024 Sultan O. Karabaev, Aleksandr V. Kharchenko, Irina P. Gainullina, Valentina A. Kudryavtseva, Tatyana D. Shigaeva
Environmental safety and sustainable development: new approaches to wastewater treatmen
2024 Mariya A. Pashkevich, Aleksandr S. Danilov, Vera A. Matveeva
Assessment of the efficiency of acid mine drainage purification (using the example of copper-pyrite mines in the Middle Urals)
2024 Lyudmila S. Rybnikova, Petr A. Rybnikov, Vera Yu. Navolokina
Anomaly detection in wastewater treatment process for cyber resilience risks evaluation
2024 Evgeniya S. Novikova, Elena V. Fedorchenko, Marat A. Bukhtiyarov, Igor B. Saenko
Analysis of the geochemical barriers effectiveness as the basis for the use of nature-like water purification technologies
2024 Anatolii Yu Opekunov, Dariya V. Korshunova, Marina G. Opekunova, Vsevolod V. Somov, Daniil A. Akulov