Heavy Metal Stabilization in Sewage Sludge Composting Process

Abstract

The most important factor limiting the soil application of sewage sludge is the presence of heavy metals.
 This study was conducted to evaluate the effect of composting on nutrient content, heavy metal (Cd, Cr, Ni and Pb) concentration and heavy metal fractions in the sewage composts with different bulking agents (sawdust and coirpith), heavy metal adsorbent (zeolite) and liming materials (lime and flyash). Experimental results revealed that sewage sludge composts were rich in organic carbon and plant nutrients. Total nutrients and heavy metal concentration showed an increasing trend towards the maturity of composts. Heavy metal fractionation studies pointed out that mobile fractions of heavy metals such as exchangeable and carbonate fractions decreased at the end of composting whereas the residual fractions increased which indicates that composting of sewage sludge with heavy metal adsorbent and different bulking agents decreased the mobility and bioavailability of heavy metals. The compost C8 (Sewage sludge + sawdust + zeolite (50:30:20) + flyash) was superior with respect to stabilization of heavy metals studied. The concentration of Cd, Cr and Pb were within the permissible limit as per Fertilizer Control Order (FCO). The addition of coal flyash and zeolite enhanced the stabilization of heavy metals due to the higher alkalinity and ion exchange capacity of flyash and zeolite respectively. Polyphenolic group and organic compounds present in sawdust also have the ability to bind heavy metal. The study revealed that composting is an effective technology for reducing the heavy metal bioavailability and the heavy metal speciation studies of the matured composts revealed that considerable portion of the heavy metals were associated with immobile fractions indicating less bioavailability and ecotoxicity.

Scenario Analysis for Selecting Sewage Sludge-to-Energy/Matter Recovery Processes

“…The added elements allowed to improve the bioavailability of heavy metals and their solubility, making the compost suitable for spreading on agricultural land. As part of the study, eight different samples were analyzed and, with particular reference to the presence of nutrients, a maximum percentage of N of 1.72%, of P of 1.24%, of K of 0.29%, of Ca of 19.06%, of Mg of 12.72%, and 0.492% of S was recorded [42].…”

Efeitos da compostagem termofílica industrial na qualidade do lodo de esgoto e na dissipação de resistência antimicrobiana em solos

“…Elementos como As, Ba, Cd, Cr, Pb, Fe, Al, Mn e Cu apresentaram acentuada redução em seus teores totais na comparação a antes (LEFi) e após a compostagem (BS e BSc) e isso se deve à eficiência do processo na redução da solubilidade e formação de complexos metálicos durante a estabilização da matéria orgânica. (Zhang et al, 2017;Rehana et al, 2020) No entanto, a degradação acelerada promovida pelo processo de compostagem também foi capaz de reduzir nutrientes, resultando em perdas principalmente dos elementos voláteis como carbono total (TC), N e S. Além disso, os teores de P, Ca, Mo e Ni dos biossólidos também foram inferiores à sua versão in natura. Perdas de C são esperadas devido à redução da biomassa do resíduo e à estabilização do carbono orgânico pela humificação, liberando CO 2 à atmosfera , contudo, as reduções de TC observadas no presente trabalho foram menores do que o esperado.…”

“…Já a adição de calcário no biossólido (BSc) foi suficiente para contrapor o impacto negativo da adição deste resíduo na diversidade dos solos. A adição de calcário como tratamento conjunto à compostagem de lodo de esgoto (BSc) pode potencializar a complexação de metais pesados, reduzir a população de patógenos e ampliar a fase termofílica sem interferir no período de maturação do composto (Wong & Fang, 2000;Wong & Selvam, 2006;Farzadkia & Bazrafshan, 2014;Rehana et al, 2020), o que pode favorecer a diversidade da comunidade bacteriana. A ausência de calcário (BS) provavelmente interferiu no processo de estabilização do lodo de esgoto, impactando negativamente a diversidade bacteriana dos solos, embora tenha havido reversão deste cenário com o decorrer do experimento (100 dias).…”