Biological stability and phytotoxicity of sludge generated from extended aeration activated sludge systems
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Date
2025-02
Journal Title
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Volume Title
Publisher
Elsevier B.V.
Abstract
Activated sludge technology is widely used for treating municipal wastewater. In particular, the extended aeration activated sludge (EAAS) method shows longer sludge retention time (SRT), which may enhance the biological stability of the resulting sludge. In this study, the biological stability of secondary sludge without dewatering (SS) and dewatered secondary sludge (DSS), dried in a conventional drying bed for 25 days, were examined using two full-scale EAAS systems operating under varying environmental and operational conditions (EAAS1: 24 °C; 926 masl; SRT 16.8 days and EAAS2: 16 °C; 2513 masl; SRT 23.6 days). The volatile solids to total solids ratio (VS/TS), volatile solids reduction (VSR), and specific oxygen uptake rate (SOUR-20) were assessed as indicators of biological stability. Germination tests (phytotoxicity) using radish seeds were conducted with soil-to-sludge mixtures (0:100, 25:75, 50:50, 75:25) and controls of soil only and distilled water. SRT showed a strong correlation with the biological stability of sludge. The EAAS systems did not ensure biological stability for SS, DSS did achieve biological stability, indicating that the dewatering stage, in addition to reducing moisture, contributes to the biological stabilization of the sludge. Heavy metal concentrations in SS and DSS were within regulatory limits, but pathogen levels exceeded them. Phytotoxicity in the SS and DSS was observed at higher sludge concentrations (0:100, 25:75), but the 50:50 mixture showed no toxicity, and the 75:25 mixture even enhanced germination. The results showed that DSS from EAAS systems have agricultural potential; however, their use is contingent upon additional treatments to eliminate pathogens.
Description
La tecnología de lodos activados se usa ampliamente para el tratamiento de aguas residuales municipales. En particular, el método de lodos activados por aireación extendida (EAAS) muestra un tiempo de retención de lodos (SRT) más largo, lo que puede mejorar la estabilidad biológica del lodo resultante. En este estudio, se examinó la estabilidad biológica de los lodos secundarios sin deshidratación (SS) y los lodos secundarios deshidratados (DSS), secados en un lecho de secado convencional durante 25 días, utilizando dos sistemas EAAS a escala real que operan en diferentes condiciones ambientales y operativas (EAAS1: 24 °C; 926 msnm; SRT 16,8 días y EAAS2: 16 °C; 2513 msnm; SRT 23,6 días). La relación entre sólidos volátiles y sólidos totales (VS/TS), la reducción de sólidos volátiles (VSR) y la tasa específica de absorción de oxígeno (SOUR-20) se evaluaron como indicadores de estabilidad biológica. Se realizaron pruebas de germinación (fitotoxicidad) utilizando semillas de rábano con mezclas de suelo a lodo (0:100, 25:75, 50:50, 75:25) y controles de suelo solo y agua destilada. La TRS mostró una fuerte correlación con la estabilidad biológica de los lodos. Los sistemas EAAS no aseguraron la estabilidad biológica para SS, DSS sí logró estabilidad biológica, lo que indica que la etapa de deshidratación, además de reducir la humedad, contribuye a la estabilización biológica de los lodos. Las concentraciones de metales pesados en SS y DSS estaban dentro de los límites reglamentarios, pero los niveles de patógenos los superaban. Se observó fitotoxicidad en el SS y el DSS a concentraciones más altas de lodo (0:100, 25:75), pero la mezcla 50:50 no mostró toxicidad, y la mezcla 75:25 incluso mejoró la germinación. Los resultados mostraron que los DSS de los sistemas EAAS tienen potencial agrícola; sin embargo, su uso depende de tratamientos adicionales para eliminar patógenos.
Keywords
Biodegradation, Dewatering, Germination index, Organic matter, Secondary sludge, Specific oxygen uptake rate
Citation
Cárdenas–Talero, J. L., Millán–Castro, M. del M., Silva–Leal, J. A., Pérez–Vidal, A., & Torres–Lozada, P. (2025). Biological stability and phytotoxicity of sludge generated from extended aeration activated sludge systems. Environmental Technology and Innovation, 37(November 2024), 0–1. https://doi.org/10.1016/j.eti.2024.103961