Frakcje chemiczne metali ciężkich w osadach ściekowych i w stałej pozostałości po ich spaleniu

• Autorzy: Dąbrowska L. , Nowak R.

Warianty tytułu

EN

Chemical fractions of heavy metals in sewage sludge and in residue after incineration of sewage sludge

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Spalanie osadów ściekowych powoduje, że stężenie metali ciężkich w powstałych stałych pozostałościach jest wyższe niż w osadach, z drugiej jednak strony może przyczynić się do przemian chemicznych w mniej mobilne formy metali. Celem badań było wykazanie, w jakich formach chemicznych występują metale w wybranych osadach ściekowych oraz w stałej pozostałości otrzymanej po ich spaleniu w temperaturze 800°C. Frakcjonowanie metali (Cu, Zn, Cd, Ni, Pb, Cr) w osadach ściekowych i w pozostałości po spaleniu osadów przeprowadzono zgodnie z procedurą ekstrakcji sekwencyjnej BCR. Wykazano, że w osadach ściekowych metale związane były głównie z frakcją organiczno-siarczkową (52÷90% całkowitej ilości). W znaczących ilościach cynk i kadm występowały również we frakcji tlenków żelaza i manganu, nikiel we frakcji wymienno-węglanowej, natomiast ołów we frakcji rezydualnej, uważanej za trudno dostępną i chemicznie stabilną (metale znajdujące się w siatce krystalograficznej minerałów). Potwierdzono, że w stałych pozostałościach po spaleniu osadów stężenia metali we frakcjach rezydualnych były wyższe w odniesieniu do stężeń w tych frakcjach w osadach. Najwyższą zawartość w tej frakcji uzyskano dla chromu (98%), cynku (91÷95%), ołowiu (85÷96%), niklu (82÷92%), miedzi (74÷85%).

EN

Sewage sludge combustion results in increase of heavy metal concentration in obtained ash, however it may contribute to chemical transitions into less mobile forms (heavy metals bond to residual fraction). The aim of this research was to determine whether sewage sludge combustion at temperature of 800°C results in formation of non-mobile forms of heavy metals in obtained ash. Dried sewage sludge samples were collected at two different mechanical-biological wastewater treatment plants. For sewage sludge and residue on ignition (ash) heavy metal speciation analysis according to BCR procedure was conducted. It is shown that in sewage sludge heavy metals are mainly associated with the organic sulfide fraction. The significant amounts of zinc were also present in the fraction of iron and manganese oxides, of nickel and cadmium in the exchangeable-carbonate fraction, and of lead in the residual fraction. In ash obtained after incineration in temperature of 800°C there occurred mainly metal enrichment of nearly insoluble compound fraction (residual fraction). The content of chromium in this fraction was 98%. The residual fraction is considered to be chemically stable and biologically inactive. For other metals: zinc, lead, and nickel, their content in the residual fraction was 91÷95; 85÷96; 82÷92%, respectively. The accumulation of the metals in the residual fraction is beneficial from the perspective of groundwater protection.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; spalanie; metale ciężkie; ekstrakcja sekwencyjna

EN

sewage sludge; incineration; heavy metals; sequential extraction

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 17, nr 3
• Strony: 403--414
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Dąbrowska L.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

autor

Nowak R.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Bień J.B., Wystalska K., Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych, Wyd. Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa 2009.
• [2] Marani D., Braguglia C.M., Mininni G., Maccioni F., Behaviour of Cd, Cr, Mn, Ni, Pb, and Zn in sewage sludge incineration by fluidised bed furnace, Waste Management 2003, 23, 117-124.
• [3] Han J., Xu M., H. Yao H., Furuuchi M., T. Sakano T., Kim H.J., Influence of calcium chloride on the thermal behavior of heavy and alkali metals in sewage sludge incineration, Waste Management 2008, 28, 833-839.
• [4] Szczepaniak W., Frakcjonowanie metali w procesach termicznego przetwarzania biomasy i stałych odpadów komunalnych, Wyd. Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław 2005.
• [5] Rauret G., Lopez-Sanchez J.F., Sahuquillo A., Barahona E., Lachica M., Ure A.M., Davidson C.M., Gomez A., Luck D., Bacon J., Yli-Halla J., Muntau H., Quevauviller Ph., Application of a modified BCR sequential extraction (three-step) procedure for the determination of extractable trace metal contents in a sewage sludge amended soil reference material (CRM 483), complemented by a three-year stability study of acetic acid and EDTA extractable metal content, Journal of Environmental Monitoring 2000, 2, 228-233.
• [6] Hulanicki A., Współczesna chemia analityczna. Wybrane zagadnienia, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2001.
• [7] Walter I., Martinez F., Cala V., Heavy metal speciation and phytotoxic effects of three representative sewage sludges for agricultural uses, Environmental Pollution 2006, 139, 507-514.
• [8] Chen M., Li X., Yang Q., Zeng G., Zhang Y., Liao D., Liu J., Hu J., Guo L., Total concentrations and speciation of heavy metals in municipal sludge from Changsha, Zhuzhou and Xiangtan in middle-south region of China, Journal of Hazardous Materials 2008, 160, 324-329.
• [9] Szymański K., Janowska B., Formy występowania metali ciężkich w osadach ściekowych, Mat. Konferencji Naukowo-Technicznej nt. Nowe spojrzenie na osady ściekowe - odnawialne źródła energii, Częstochowa 2003, 117-129.
• [10] Rosik-Dulewska C., Karwaczyńska U., Głowala K., Zmienność form występowania metali ciężkich w osadach ściekowych w zależności od technologii ich przeróbki, Zeszyty Naukowe Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Koszalińskiej, seria: Inżynieria Środowiska 2005, 22, 117-129.
• [11] Lasheen M.R., Ammar N.S., Assessment of metals speciation in sewage sludge and stabilized sludge from different Wastewater Treatment Plants, Greater Cairo, Egypt, Journal of Hazardous Materials 2009, 164, 740-749.
• [12] Jamali M.K., Kazi T.G., Arain M.B., Afridi H., Jalbani N., Kandhro G.A., Shah A.Q., Baig J.A., Speciation of heavy metals in untreated sewage sludge by using microwave assisted sequential extraction procedure, Journal of Hazardous Materials 2009, 163, 1157-1164.
• [13] Obarska-Pempkowiak H., Butajło W., Staniszewski A., Możliwości przyrodniczego wykorzystania osadów ściekowych ze względu na zawartość metali ciężkich, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2003, 6, 179-190.
• [14] Fuentes A., Llorens M., Saez J., Aguilar M.I., Ortuno J.F., Meseguer V.F., Comparative study of six different sludges by sequential speciation of heavy metals, Bioresource Technology 2008, 99, 517-525.
• [15] Alonso Alvarez E., Callejon Mochon M., Jimenez Sanchez J.C., Ternero Rodriguez M., Heavy metal extractable forms in sewage sludge from wastewater treatment plants, Chemosphere 2002, 47, 765-775.
• [16] Gawdzik J., Specjacja metali ciężkich w komunalnych osadach ściekowych na przykładzie wybranej oczyszczalni ściekowych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2011, 1, 29-31.
• [17] Chen T., Yan B., Fixation and partitioning of heavy metals in slag after incineration of sewage sludge, Waste Management 2012, 32, 956-964.