Physicochemical, thermal and kinetic analysis of sewage sludge

Sewage sludge (SS) is the residual matter generated from waste water treatment. Current treatment methods consist of mechanical dewatering and thermochemical treatment, which have become expensive, inefficient and energy consuming. Furthermore, European Union (EU) laws prohibit landfilling, agricultural and storage utilization of sewage slude (SS). Consequently, innovative and sustainable treatment, management and utilization technologies for SS are urgently required. The pyrolysis of sewage sludge can be potentially address the outlined challenges. Therefore, the main aim of this investigation was to examine the physicochemical, thermal and kinetic properties of selected sewage sludge samples (SS1 and SS2). Thermogravimetric analysis was examined to provide comprehensive description of the decomposition behaviour and kinetic characteristics of SS1 and SS2 under pyrolysis conditions at heating rates: 5, 10, 20 and 40°C/min from 30-800°C. The kinetic parameters such activation energy Ea and pre-exponential factor, A were calculated using the Kissinger model. The Ea and A values for SS1 are 205.87 kJ/mol and 9.68 · 1014 whereas SS2 are 320.40 kJ/mol and 7.44 · 1024. The general conclusion based on experimental studies is that the physicochemical and thermal kinetic properties of SS1 and SS2 are comparable with other pyrolysis feedstock and suitable for pyrolysis conversion.

Osady ściekowe są stałym produktem procesu oczyszczania ścieków. Obecne metody zagospodarowania osadów obejmujące mechaniczne odwadnianie oraz termiczne wykorzystanie stają się drogie, nieefektywne i energochłonne. Co więcej, prawo Unii Europejskiej ogranicza składowanie oraz wykorzystanie rolnicze osadów ściekowych. W efekcie znalezienie innowacyjnych oraz zrównoważonych metod zagospodarowania i utylizacji osadów ściekowych jest niezwykle istotne. Proces pirolizy wydaje się odpowiedni, by sprostać tym wymaganiom. Celem pracy jest określenie fizykochemicznych, termicznych oraz kinetycznych właściwości wybranych próbek osadów ściekowych (SS1 i SS2). Zastosowano analizę termograwimetryczną w celu przeprowadzenia analizy porównawczej opisującej proces przemian termicznych oraz ich kinetyki w warunkach pirolizy dla stałych szybkości grzania wynoszących 5, 10, 20 i 40°C/min w zakresie temperatur od 30-800°C. Parametry kinetyczne: energia aktywacji Ea oraz czynnik przedekspotencjalny A zostały wyznaczone przy użyciu modelu Kissingera. Wartość Ea oraz A dla osadu ściekowego SS1 wynosi odpowiednio 205,87 kJ/mol i 9,68×1014, podczas gdy dla osadu SS2 odpowiednio 320,40 kJ/mol i 7,44×1024. Wyniki analiz zostały porównane z innymi materiałami poddawanymi pirolizie.