Removal of Sulfonated Organic Compounds

Membrane Bioreactor (MBR) as an Advanced Wastewater Treatment Technology
83
et al. [245] studied the performance of MBR system in eliminating napht-
halene sulfonates and benzothiazoles. Technical mixtures of naphthalene
monosulfonates (NSAs) and disulfonates (NDSAs) are widely used as disper-
sants in industrial processes. Benzothiazoles are a class of industrial chemi-
cals that are used as fungicides, corrosion inhibitors and vulcanization accel-
erators. They reported very similar efficiencies of MBR and CAS treatment in
eliminating naphthalene sulfonates for most of isomers, except for 1,7- and
2,7-NDSA who were subjected to more complete degradation in MBR system,
probably due to low substrate supply and a high sludge age [245]. In both
treatments disulfonates were poorly removed, while the removal of NSAs was
a lot better (1-NSA and 2-NSA were had removal rates greater than 99%).
This was probably due to better capability of MBR sludge to biodegrade these
micropollutants, since due to their great polarity and low molecular weight
removals by sorption and membrane rejection can be excluded [245].
In the same study, benzothiazoles were removed by membrane treatment
with an average of 87%. However, strong differences were reported for various
benzothiazoles: while the concentration of benzothiazole (BT) was lowered
for only 37%, up to 99% of mercaptobenzothiazole (MBT) was degraded.
Practically no removal was noted for aminobenzothiazole (ABT), hydrox-
ybenzothiazole (OHBT), and methylthiobenzothiazole (MTBT). In another
study, two MBRs operating in parallel with CAS treatment were monitored in
Berlin, Germany [246]. Performance of two membrane units regarding the re-
moval of benzothiazoles was significantly better than in the treatment (43%
and 10%, respectively). The greatest difference in efficiency between MBR
and CAS was detected for BT, which was removed significantly better in the
MBR (70%) [246]. The process of the aerobic degradation benzothiazoles is
largely unknown: although some benzothiazoles are degraded in activated
sludge system, most of laboratory data on the pathways of their biodegrada-
tion are inconclusive.
Pesticides continue to be the focus of many environmental studies and
contamination of water resources by pesticide residues is one of the major
challenges for the preservation and sustainability of the environment. Inap-
propriate use of pesticides can give rise to severe and long-lasting ecological
damage through pesticide-containing wastewaters that enter the environment.
Acidic herbicides such as phenoxy acids (MCPP, MCPA, 2,4-D, 2,4-DP) and ben-
tazone represent an important class of pesticides used not only in the control of
weeds in crops but also as algicides in paints and coatings and roof-protection
agents. Bernhard et al. [228] compared removals of several persistent polar
pollutants in MBR and CAS. In the case of pesticides, some of them were
found to be poorly degradable in both WWTP and CAS (e.g., atrazine, ben-
tazone, isoproturon), while 2,4-dichlorobenzoic acid was rapidly eliminated
in both treatments. González et al. [168] also noted a good MBR removal of
2,4-D and persistence of bentazone on the other side. For compounds like
MCPP and MCPA, the importance of acclimation period was emphasized, con-

84
J. Radjenovi´c et al.
sidering that their degradation was significantly higher after a lag period of
microorganisms [168]. However, the advantage of MBR in comparison with
other investigated processes is high unit-volume removal rate. For example,
in other investigated treatments of 2,4-D polluted wastewaters such as con-
ventional activated sludge processes [247, 248], sequential batch reactors [249],
and the anaerobic fluidized bed reactor [250], it was found to be very low, even
at highest elimination efficiencies (0.02 to 0.3 kg 2,4-D m
–3
day
–1
). Significant
improvement in biodegradation when using MBR instead of CAS treatment
was reported for insect repellents and metabolites Bayrepel, Bayrepel acid
and DEET [228]. These compounds were very persistent during conventional
treatment, but achieved high removals in the membrane unit.
Polar compounds can spread along a partially closed water cycle after dis-
charge with municipal wastewater and occur in raw waters used for drinking
water production. For compounds like ethylenediamino tetraacetate (EDTA),
TCPP, and TCEP, their potential to spread with the water along its flow path and
penetrate into groundwater from infiltrated surface waters has been shown
in several studies [251–253]. EDTA is utilized in many industrial applica-
tions and in households and has been proven to be widely distributed in
aquatic systems [254]. EDTA was detected in very high medium concentra-
tion in European municipal WWTP effluents and surface waters, 60 µg L
–1
and
3.7
µ
g L
–1
, respectively [223]. This compound showed an extremely recalci-
trant behavior during conventional and membrane treatment as well [228].
Another poorly degradable compound in both CAS and MBR is flame retar-
dants (TCEP, TCPP) [228]. Moreover, no enhancement in their removal could
be observed when increasing SRT [228]. For the compounds that cannot be re-
moved effectively, new emission limits should be set and also certain strategies
for their avoidance, in order to prevent their entrance into closed water cycles.
Benzotriazoles are a class of high-production-volume chemicals that are
used as corrosion inhibitors in various industrial processes and in house-
holds. They were detected in WWTP effluents and surface waters [140, 255].
Treatment of municipal wastewater by MBR instead of CAS also improves the
removal of benzotriazoles (61 and 37% on average, respectively) [256]. Also,
MBR was able to cope with elevated influent concentrations without respond-
ing with elevated effluent ones, and stability of performance with changes
in temperature between summer and winter was found to be greater in the
membrane unit [256].
Submerged MBR also showed to be very efficient when treating polymeric
industrial wastewater, like high-strength acrylonitrile-butadiene-styrene
wastewater [257]. Moreover, very high removal of metals and polycyclic aro-
matic hydrocarbons (PAHs) was noted in submerged ultrafiltration MBR
operating in alternate aerobic/anoxic cycles mode [258].
Musk fragrances tonalide and galaxolide are generally removed to the
same extent (85%) in MBR and CAS, with slightly lower effluent concentra-
tions in the MBR unit [106, 137]. As both substances are very hydrophobic, for

Membrane Bioreactor (MBR) as an Advanced Wastewater Treatment Technology
85
an estimation of the mass flux, specific K
d
s have to be included. Sorption co-
efficients of these compounds were determined to be 5200 and 7900 L kg
–1
for
galaxolide in CAS and MBR sludge, respectively, and 10 800 and 16 000 L kg
–1
for tonalide, respectively [259]. Diurnal variation pattern of tonalide (AHTN)
and galaxolide (HHCB) were paralleled by the nitrogen load, suggesting that
human excretion was a major source of these micropollutants, as well as it
was the case with PhACs [146]. Their elimination was around 50% during bi-
ological wastewater treatment, which was estimated to be mainly due to their
sorption onto sludge particles [146].
Polar compounds may occur in WWTP effluents because of their persis-
tence during the activated sludge treatment or because of their incomplete
microbial degradation. Sorption of these polar pollutants to wastewater solids
can be neglected. However, there can be present significant ionic interactions,
especially for organic cations. Moreover, concentrations of metabolic prod-
ucts may increase after wastewater treatment, even though the compound
is degradable, provided that their formation proceeds faster than its further
transformation. General concern about the presence and behavior of organic
micropollutants and restrictive legislation on their management and final
destination invite to enhance the actual treatment processes and to find a re-
liable alternative.

tải về 0.95 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: