Adsorption of micropollutants in wastewater using pulverized activate carbon - The influence of organic matter content and characteristics

Abstract

Wastewater is one of the biggest emission sources of organic micropollutants to the aquatic environment. Due to the negative effects of micropollutants on the receiving waters, advanced treatment steps are needed to reduce these emissions. Activated carbon is one promising approach. However, the adsorption of micropollutants to activated carbon is affected by the content of organic matter in the wastewater. This study aims to investigate how the adsorption capacity of activated carbon varies between different organic micropollutants, and how the adsorption is affected by the presence of organic compounds in different wastewaters. The adsorption of the micropollutants carbamazepine, mecoprop, sulfamethoxazole and diclofenac onto pulverized organic carbon (PAC) was tested in three wastewaters with different amounts of organic matter. Eight PAC doses were added ranging from 0 to 100 mg PAC/L and the remaining micropollutants in the water were measured after equilibrium was reached. The results were then normalized with three different measurements of organic content, DOC (dissolved organic carbon) and UVA254 (Adsorption of UV light at 254 nm) for filtered and raw water. Carbamazepine was adsorbed to the highest extent followed by diclofenac, mecoprop and sulfamethoxazole. A difference in adsorption between the three wastewaters was observed and DOC was observed to be a too broad measurement of organic matter to be used for normalization. The normalization with UVA254 of raw and filtered water superimposed the adsorption data from the different wastewaters equally well and they could potentially both be used as a parameter for PAC dosing in wastewater treatment plants.

Popular Abstract (Swedish)

Var försvinner egentligen huvudvärkstabletten efter att den har lindrat din huvudvärk? Jo, du kissar ut substansen och spolar iväg den till reningsverket. Det enda problemet är att dagens reningsverk inte är anpassade för att rena vattnet ifrån läkemedel och andra liknande föroreningar. Istället förs dessa substanser ut i våra vattendrag, sjöar och hav där de kan påverkar den akvatiska miljön. Självklart är det omöjligt att helt sluta använda läkemedel. Vi kan dock utveckla våra reningsverk så att de klarar dagens reningsbehov. Aktivt kol är ett lovande alternativ, då organiska föroreningar, så som läkemedel eller bekämpningsmedel, kan fästas på det aktiva kolets yta. Avloppsvatten innehåller dock mycket organiskt material som är ofarlig för miljön men som kan konkurrera med de organiska föroreningarna för plats på det aktiva kolets yta.

Denna studie syftar till att identifiera parametrar med vilka man kan avgöra hur mycket aktivt kol som bör doseras för att uppnå den reningsgraden som är eftertraktad. I studien undersöktes skillnaden i adsorption beroende på förorening och den organiska halten i vattnet. Utöver det undersöktes ifall de tre parametrarna löst organiskt kol (DOC, engelska: dissolved organic carbon), och UVA254 för filtrerat och ofiltrerat vatten skulle kunna användas som parameter för att förklara skillnaden i rening mellan olika avloppsvatten. UVA254 är absorbansen av UV ljus med våglängden 254 nm, vilket mäter dubbelbindningar och aromatiska strukturer i vattnet. De flesta organiska föroreningar består av aromatiska strukturer, därför valdes parametern UVA254 för att se om organiska substanser med liknande strukturer konkurrera mer.

Fyra olika föroreningar mekoprop (ett bekämpningsmedel), sulfametoxazole (ett antibiotikum), diklofenak (ett anti-inflammations läkemedel) och karbamazepin (ett läkemedel mot epilepsi) undersöktes. Reningen med aktivt kol skilde sig markant mellan de olika föroreningar. Karbamazepin hade högst reningsgrad följd utav diklofenak, mekoprop och sulfametoxazole. Skillnaden kan bero på väldigt många olika faktorer, så som deras struktur, storlek, laddning och vattenlöslighet vilket är anledningen till att ingen specifik faktor kunde identifieras. Reningen med aktivt kol av de fyra nämnda föroreningar mättes i tre olika vatten med olika mängder organiskt material i vardera. Reningen skilde sig inte lika mycket mellan de tre vattenproverna som mellan de olika föroreningar, men reningen fungerade bäst i vattnet med minst organiskt material för alla föroreningar och sämst i vattnet med mest.

Reningen normaliserades sedan med DOC och UVA254 för filtrerat och ofiltrerat avloppsvatten, vilket innebär att mängden aktivt kol justerades för med mängden DOC och UVA254 i avloppsvatten. DOC visade sig vara ett allt för övergripande mått på det organiskt material som konkurrerar för adsorption. Normaliseringen med UV254 för filtrerat och ofiltrerat vatten fungerade dock väl. Slutsatsen av denna studien är därav att vilken förorening som ska renas bort gör stor skillnad samt att aromatiska ämnen och andra ämnen med dubbelbindningar, mätt med UV254, verkar kunna kompensera bäst för skillnaden mellan olika avloppsvatten.

• author: Messinger, Anna Nicola
• supervisor: Per Falås; Alexander Betsholtz
• organization: Studies in Environmental Science
• course: MVEK02 20191
• year: 2019
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Pulverised Activated carbon, PAC, UVA254, Wastewater treatment, Micropollutants, Activated carbon
• language: English
• id: 8988962
• date added to LUP: 2019-07-02 09:30:53
• date last changed: 2019-07-02 09:30:53