Wymywanie arsenu z odpadów powęglowych: ocena metod badawczych

• Autorzy: Makowska D. , Świątek K. , Wierońska F. , Strugała A.

Identyfikatory

DOI

10.24425/124378

Warianty tytułu

EN

Leaching of arsenic from coal waste: evaluation of the analytical methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z parametrów oceny zagrożenia wynikającego ze składowania lub gospodarczego wykorzystania odpadów powęglowych jest badanie wymywalności szkodliwych substancji, takich jak arsen i jego związki. Wymywalność zależy zarówno od warunków środowiskowych terenu składowania, jak również od samych właściwości materiału odpadowego. Istnieje szereg metod badania wymywalności, które pozwalają modelować określone warunki lub mierzą swoiste właściwości procesu wymywania. Badania przeprowadzone w ramach opracowania miały na celu porównanie dwóch metod o odmiennych założeniach stosowania. Badanie wymywalności arsenu z odpadu pochodzącego z procesu wzbogacania węgla kamiennego przeprowadzono zgodnie z polską normą PN-EN 12457 oraz amerykańską procedurą TCLP. Wyniki wymywalności uzyskane obiema metodami nie przekraczały granicznych wartości tego parametru, określonych w polskim prawie. Obie metody charakteryzowały się również dobrą powtarzalnością wyników. Zastosowanie roztworu kwasu octowego (metoda TCLP) spowodowało jednak trzykrotnie większe wymycie arsenu z badanego odpadu w porównaniu do zastosowania wody dejonizowanej jako cieczy wymywającej (metoda PN-EN 12457). Należałoby w związku z tym rozważyć stosowanie testów z użyciem kwasów organicznych w przypadku składowania odpadów wydobywczych z odpadami komunalnymi, gdyż wyniki testu podstawowego opartego na wymywaniu czystą wodą mogą być nieadekwatne do rzeczywistej wymywalność arsenu w takich warunkach środowiskowych.

EN

The analysis of leaching behavior of harmful substances, such as arsenic, is one of the parameters of risk assessment resulting from the storage or economic use of coal waste. The leachability depends both on the environmental conditions of the storage area as well as on the properties of the waste material itself. There are a number of leaching tests that allow to model specific conditions or measure the specific properties of the leaching process. The conducted research aimed at comparing two methods with different application assumptions. The study of arsenic leaching from waste from the hard coal enrichment process was carried out in accordance with the Polish PN-EN 12457 standard and the US TCLP procedure. The leaching results obtained with both methods did not exceed the limit values of this parameter, defined in the Polish law. Both methods were also characterized by the good repeatability of the results. The use of an acetic acid solution (TCLP method) resulted in three times higher arsenic leaching from the examined waste compared to the use of deionized water as a leaching fluid (method PN-EN 12457). Therefore, the use of organic acid tests for mining waste intended for storage with municipal waste should be considered, as the results of the basic test based on clean water leaching may be inadequate to the actual leaching of arsenic under such environmental conditions.

Słowa kluczowe

PL

arsen; odpady powęglowe; wzbogacanie węgla; wymywanie metali ciężkich

EN

arsenic; coal waste; coal enrichment; leaching of heavy metals

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 105
• Strony: 157--171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Makowska D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

autor

Świątek K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

autor

Wierońska F.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

autor

Strugała A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków

Bibliografia

• [1] Baic i in. 2011 – Baic, I., Góralczyk, S. i Witkowska-Kita, B. 2011. Diagnoza stanu obecnego w zakresie rozwoju technologii zagospodarowania odpadów pochodzących z górnictwa węgla kamiennego – analiza SWOT [W:] Gospodarka surowcami odpadowymi z węgla kamiennego Góralczyk S. red. Warszawa: Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego.
• [2] Baic, I. 2013a. Technologies of Hard Coal Mining Waste Management – Results of the FORESIGHT OGWK Project. Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrony Środowiska t. 15, s. 1899–1915.
• [3] Baic, I. 2013b. Analysis of the Chemical, Physical and Energetic Parameters of Coal Sludge Deposits Inventoried in the Silesian Province. Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska t. 15, s. 1525–1548.
• [4] Decyzja Rady z dnia 19 grudnia 2002 r. ustanawiająca kryteria i procedury przyjęcia odpadów na składowiska, na podstawie art. 16 i załącznika II do dyrektywy 1999/31/WE (2003/33/WE).
• [5] Dziok i in. 2015 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A., Macherzyński, M. i Ziomber S. 2015. Rtęć w odpadach z procesu wzbogacania węgli kamiennych. Gospodarka Surowcami Mineralymi – Mineral Resources Management t. 31, z. 1, s. 107–122.
• [6] Godziszewski i in. 1987 – Godziszewski, J., Mania, R. i Pampuch, R. 1987. Zasady planowania doświadczeń i opracowywania wyników pomiarów. Skrypt Uczelniany nr 1093 (wyd. II). Kraków: Wyd. AGH.
• [7] Góralczyk, S. i Baic, I. 2009. Odpady z górnictwa węgla kamiennego I możliwości ich gospodarczego wykorzystania. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 12, z. 2/2, s. 145–157.
• [8] GUS 2017 – Ochrona Środowiska 2017, Informacje i oprcowania statystyczne. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny.
• [9] Jabłońska-Czapla i in. 2015 – Jabłońska-Czapla, M., Rosik-Dulewska, C., Szopa, S. i Zerzucha, P. 2015. Research Into the Metal/Metalloid Movements in Soil and Groundwater in the Areas Surrounding the Coal Waste Dump Hałda Ruda (Upper Silesia, Poland). Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska t. 17, s. 367–395.
• [10] Kabata-Pendias, A. i Pendias, H. 1999. Biogeochamia pierwiastków śladowych (wyd. II). Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• [11] Klojzy-Karczmarczyk, B. i Mazurek, J. 2015. Uwarunkowania prawne i środowiskowe rekultywacji wyrobisk odkrywkowych z wykorzystaniem odpadów górnictwa węgla kamiennego lub produktów na bazie skały płonnej. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN nr 90, s. 67–78.
• [12] Klojzy-Karczmarczyk i in. 2016a – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. i Paw, K. 2016. Możliwości zagospodarowania kruszyw i odpadów wydobywczych górnictwa węgla kamiennego ZG Janina w procesie rekultywacji wyrobisk odkrywkowych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 32, z. 3, s. 111–134.
• [13] Klojzy-Karczmarczyk i in. 2016b – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. i Staszczak, J. 2016. Analiza jakości odpadów z nieczynnej hałdy górnictwa węgla kamiennego w odniesieniu do wymagań stawianych odpadom wydobywczym obojętnym. Zesztyt Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN nr 95, s. 227–242.
• [14] Loeppert i in. 1995 – Loeppert, R.H., Jain, A., Raven, K. i Wang, J. 1995. Arsenate and Arsenite Retention and Release in Oxide and Sulfide Dominated Systems, Research Report, USDI Grant Nr 14-08-0001-G2048
• [15] Makowska i in. 2014 – Makowska, D., Bytnar, K., Dziok, T. i Rozwadowska, T. 2014. Wpływ procesu wzbogacania na zawartość niektórych metali ciężkich w polskich węglach kamiennych. Przemysł Chemiczny t. 93, z. 12, s. 2048–2053.
• [16] Makowska i in. 2016 – Makowska, D., Strugała, A., Wierońska, F. i Włodek A. 2016. Investigations of the effectiveness of lead disposal from hard coal through the cleaning process. E3S Web of Conferences t. 10, art. nr 00117.
• [17] Makowska i in. 2017 – Makowska, D., Strugała, A., Wierońska, F. i Bacior, M. 2017. Assessment of the content of selected ecotoxic elements in waste from the coal cleaning processes. Książka abstraktów: SEED’17: 2nd International Conference on the Sustainable Energy and Environmental Development, Kraków.
• [18] Michalska, A. i Białecka, B. 2012. Zawartość rtęci w węglu i odpadach górniczych. Prace Naukowe GIG – Górnictwo i Środowisko nr 3/12, s. 73–87.
• [19] Norma PN-EN 12457-4:2006 – Charakteryzowanie odpadów – Wymywanie – Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów – Część 4: Jednostopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 10 l/kg w przypadku materiałów o wielkości cząstek poniżej 10 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).
• [20] Norma PN-G-04582:1997 – Węgiel kamienny i brunatny – Oznaczenie zawartości siarki siarczanowej (VI) i pirytowej.
• [21] PN-ISO 1171:2002 – Paliwa stałe – Oznaczenie popiołu.
• [22] Norma PN-ISO 351:1999 – Paliwa stałe – Oznaczenie zawartości siarki całkowitej – Metoda spalania w wysokiej temperaturze.
• [23] Potempa, M. i Shyrin, A. 2017. Ekologiczna i geologiczna ocena obiektów możliwego składowania odpadów pogórniczych w kamieniołomie w Płazie. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN nr 100, s. 169–182.
• [24] Rosik-Dulewska, C. i Karwaczyńska, U. 2008. Metody ługowania zanieczyszczeń z odpadów mineralnych w aspekcie możliwości ich zastosowania w budownictwie hydrotechnicznym. Annual Set The Environment Protection – Rocznik Ochrona Środowiska t. 10, s. 205–219.
• [25] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 lipca 2011 r. w sprawie kryteriów zaliczania odpadów wydobywczych do odpadów obojętnych (Dz.U. z 2011, Nr 175, poz. 1048).
• [26] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 czerwca 2013 r. w sprawie charakterystyki odpadów wydobywczych (Dz.U. z 2013, poz. 759).
• [27] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziem, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. z 2014, poz. 1800).
• [28] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach (Dz.U. z 2015, poz. 1277).
• [29] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 grudnia 2015 r. w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu jednolitych części wód podziemnych (Dz.U. z 2016, poz. 85).
• [30] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 lipca 2016 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych oraz środowiskowych norm jakości dla substancji priorytetowych (Dz.U. z 2016, poz. 1187).
• [31] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 września 2016 r. w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi (Dz.U. z 2016, poz. 1395).
• [32] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U. z 2017, poz. 2294).
• [33] Szczepańska-Plewa i in. 2010 – Szczepańska-Plewa, J., Stefaniak, S. i Twardowska, I. 2010. Coal mining waste management and its impact on the groundwater chemical status exemplified in the Upper Silesia Coal Basin (Poland). Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego t. 441, s. 157–166.
• [34] Terakowski i in. 2011 – Terakowski, M., Kwosek, M., Witerscheim, E., Wilczko, G. i Kotuła, M. 2011. Wieloaspektowe badanie popiołu lotnego z Elektrownii Siersza w Trzebini (Raport). Katowice: Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych.
• [35] Uliasz-Bocheńczyk i in. 2015 – Uliasz-Bocheńczyk, A., Pawluk, A. i Sierka, J. 2015. Wymywalność zanieczyszczeń z popiołów lotnych ze spalania biomasy. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 31, z. 3, s. 145–156.
• [36] US EPA Test Method 1311: Toxicity Characteristic Leaching Procedure, part of Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods (SW-846), 1992.
• [37] US Report 2003 – An Assessment of Laboratory Leaching Tests for Predicting the Impacts of Fill Material on Graund Water and Surface Water Quality – A Report to the Legislature, No. 03-09-107, Washington State Department of Ecology, Olympia 2003.
• [38] Ustawa z dnia 10 lipca 2008 r. o odpadach wydobywczych (Dz.U. 2008, Nr 138, poz. 865).
• [39] Zhang i in. 2002 – Zhang, W., Cai, Y., Tu, C. i Ma, L.Q. 2002. Arsenic speciation and distribution in an arsenic hyperaccumulating plant. Science of The Total Environment t. 30, z. 1–3, s. 167–177.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).