Biosolids being recycled to the land for agriculture is not only cost-effective for municipalities but it is also beneficial to the environment. To protect public and environmental health, however, land application of biosolids is regulated for concentrations of pathogens and chemical contaminants, and for production of odours. Electro-dewatering (ED) of residual biosolids from wastewater treatment is a newly commercialized technology which can produce a drier biosolids cake compared to other advanced dewatering technologies. Additionally, it has been demonstrated that ED inactivates pathogen indicators below the detection limit and reduces the regrowth potential. In the current study, using olfactometry and headspace gas chromatography - mass spectrometry (GC/MS), reduced production of odours during storage of dewatered biosolids was documented, and possible mechanisms leading to this reduction were examined.The study compared centrifuged secondary biosolids as the untreated sample control with the same biosolids that had been either electro-dewatered for 10 min or simply heat-treated for 10 min as a secondary control. These samples were incubated at room temperature under anaerobic conditions. Qualitative analysis of the head space by a trained olfactometric panel showed that ED biosolids possessed lower perceived odour concentrations when characterized by detection threshold and recognition threshold compared to the untreated and the heat-treated biosolids (detection thresholds were 13,000 for ED biosolids, 25,000 for untreated biosolids, and 18,000 for heat-treated biosolids). Quantitative analysis by GC/MS of reduced sulphur compounds (methanethiol, dimethyl sulphide and dimethyl disulphide) showed relatively high concentrations for the untreated and heat treated samples, but these compounds remained below the detection limit (78 ppmv for methanethiol, 59 ppmv for dimethyl sulphide and 8 ppmv for dimethyl disulphide) for the ED samples during 14 days of anaerobic incubation. To investigate the reason for the lower odour production by ED biosolids, several factors were examined: (1) the lower pH of the electro-dewatered biosolids (pH 4.5-4.8 vs. pH 6.8-7.5 for the untreated and heat-treated biosolids), (2) the removal of odour precursors by ED, (3) the production of inhibitory compounds during ED. The low pH hypothesis was tested by increasing the pH of the ED biosolids to the level found in the untreated biosolids before anaerobic incubation. Increasing the pH of ED biosolids led to an increase in methanethiol generation. This suggests that lowering the pH of biosolids is one of the main factors causing the abatement of odour production by ED. The removal of odour precursor hypothesis was tested by adding back the filtrate extracted by ED. As the filtrate had a very high pH of 12.8, which also changed the pH of the ED biosolids, the filtrate pH was manipulated such that the pH of the resulting biosolids would be either ~4.5 or ~7. As in the pH-specific experiments, methanethiol emissions were not detected for all samples with a low pH, whereas methanethiol emissions from the high pH samples were increased in the ED biosolids with added filtrate. These methanethiol emissions were above those of the untreated, ED biosolids without filtrate and the heat-treated biosolids. These final results indicate that the dominant factor responsible for reduced odours in ED biosolids is the low pH, but that the removal of precursors may also contribute to lowering odour production. Once these factors were taken into account, there was no clear evidence that ED produced inhibitory compounds. Finally, these experiments confirmed that bacterial pathogen indicators did not regrow under the conditions tested. Therefore, it can be concluded that, under the conditions tested, ED achieved irreversible inactivation of pathogen indicator organisms and reduced odour production by lowering the pH. / L'électro-déshydratation (ED) des biosolides résiduels découlant du traitement des eaux usées est une technologie nouvellement commercialisée qui peut produire des biosolides plus secs que d'autres technologies de déshydratation avancées. Dans l'étude présentée dans ce mémoire, la réduction de la production d'odeurs durant l'entreposage des biosolides déshydratés a été documentée et les mécanismes possibles conduisant à cette réduction ont été examinés en utilisant l'olfactométrie et la spectrométrie de masse (GC/MS) en phase gazeuse de l'espace de tête. L'étude a comparé des biosolides secondaires centrifugés en tant que contrôle (échantillons non traité) avec les mêmes biosolides qui avaient été soit électro-déshydratées pendant 10 min, soit simplement traité à la chaleur pendant 10 min comme un contrôle secondaire. L'analyse qualitative de l'espace gazeux au-dessus des échantillons par un panel olfactométrique a montré que les biosolides électro-déshydratés produisaient des concentrations perçus d'odeurs inférieure selon les seuils de détection et de reconnaissance des odeurs par rapport aux échantillons non traités ou traités à la chaleur (seuils de détection étaient 13 000 pour les biosolides électro-déshydratés, 25 000 pour les biosolides non traités, et 18 000 pour les biosolides traités à la chaleur). L'analyse de GC/MS des composés soufrés réduits (méthanethiol, sulfure de diméthyle et le disulfure de diméthyle) a montré des concentrations relativement élevées pour les échantillons non traités et traités à la chaleur, mais ces composés sont restés sous la limite de détection pour les échantillons électro-déshydratés et incubés en anaérobie pendant 14 jours.Pour determiner la cause de la réduction de la production d'odeur par les biosolides électro-déshydratés, plusieurs hypothèses ont été émises: (1) le pH inférieur des biosolides électro-déshydratée (pH 4,5-4,8 vs pH 6.8 à 7.5 pour les biosolides non-traités et traités thermiquement), (2) l'élimination des précurseurs d'odeur par le processus d'électro-déshydratation, (3) la production de composés inhibiteurs au cours de l'électro-déshydratation. L'hypothèse d'un pH faible a été testée en augmentant le pH des biosolides électro-déshydratées au niveau des biosolides non traitées avant l'incubation anaérobie. L'augmentation du pH des boues électro-déshydratées a conduit à une augmentation de la production méthanethiol. Ceci suggère que l'abaissement du pH des boues est l'un des principaux facteurs responsables de la réduction de la production d'odeur par électro- déshydratation. L'hypothèse de la suppression du précurseur d'odeur a été testée en rajoutant le filtrat extrait par l'électro-déshydratation. Comme le filtrat présente un pH très élevé (12.8), le filtrat pH a été manipulé de telle sorte que le pH des biosolides résultant serait soit de ~ 4.5 ou de ~ 7. Comme dans les expériences spécifiques au pH, les émissions de méthanethiol n'ont pas été détectées pour les échantillons dont le pH était bas, alors que les émissions méthanethiol à partir des échantillons à pH élevé ont augmentés dans les biosolides électro-déshydratées avec filtrat ajoutée. Ces émissions de méthanethiol étaient supérieures à ceux des biosolides électro-déshydratées sans filtrat, des biosolids non traités et des biosolides traités à la chaleur. Ces derniers résultats indiquent que le facteur dominant responsable de la réduction des odeurs dans les biosolides électro-déshydratées est le faible pH, mais que l'élimination des précurseurs peut également contribuer à réduire la production d'odeurs. Une fois que ces facteurs eurent été pris en compte, il n'y avait pas de preuve claire que l'électro-déshydratation produit des composés inhibiteurs. Par conséquent, on peut conclure que, dans les conditions testées, l'électro-déshydratation atteint une inactivation irréversible d'organisme indicateur d'agent pathogène et a réduit la production d'odeur par abaissement du pH.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123224 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Enayet, Samia |
| Contributors | Dominic Frigon (Internal/Cosupervisor2), Ronald Gehr (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Civil Engineering & Applied Mechanics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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