Ocena możliwości zastosowania procesu zestalania chemicznego do unieszkodliwiania gleby zanieczyszczonej toluenem

• Autorzy: Banaszkiewicz K. P. , Pasiecznik I.

Warianty tytułu

EN

Assessment of applicability of chemical solidification process to treat soils contaminated with toluene

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stabilizacja/zestalanie jest powszechnie stosowanym procesem do unieszkodliwiania odpadów mineralnych, głównie zanieczyszczonych metalami śladowymi. W procesie tym jony metali są chemicznie wiązane z produktami hydratacji cementu. W przypadku zanieczyszczeń organicznych, w szczególności lotnych związków organicznych, technologia stabilizacji/zestalania ma pewne ograniczenia. Największy problem stanowi uwalnianie lotnych związków organicznych w trakcie mechanicznego mieszania poszczególnych składników mieszaniny wiążącej. Mając to na uwadze, w testach laboratoryjnych oceniono możliwość zastosowania tej technologii do unieszkodliwiania gleby piaszczystej zanieczyszczonej toluenem. Do stabilizacji/zestalania takiej gleby zastosowano trzy mieszaniny wiążące (zestalające) na bazie cementu portlandzkiego (CEM I 42,5 R), zawierające ponadto ziemię okrzemkową lub kord tekstylny z dużą ilości odpadowej gumy z opon. Te dodatkowe składniki pełniły rolę adsorbentów ograniczających emisję toluenu. W trakcie procesu prowadzono monitoring emitowanych zanieczyszczeń gazowych. Ocenę wpływu składu mieszaniny wiążącej (zestalającej) na emisję toluenu przeprowadzono na podstawie analizy stężeń chwilowych C7H8 zarejestrowanych detektorem płomieniowo-jonizacyjnym nad powierzchnią mieszaniny reakcyjnej. Wyniki badań potwierdziły korzystny wpływ hermetyzacji zanieczyszczonej gleby z użyciem cementu portlandzkiego. Zastosowanie cementu w ilości 50% masy gleby zmniejszyło całkowitą emisję toluenu o ponad 26%. Podobne efekty uzyskano stosując cement z dodatkiem ziemi okrzemkowej lub kordu tekstylnego.

EN

Chemical solidification is an established technology used in treatment of inorganic wastes contaminated mainly with trace metals (Cd, Cu, Zn, Ni, Pb). During this process, metal ions are chemically bound to hydration products of cement. In case of organic compounds, particularly volatile organic compounds (VOCs), the solidification technology has some limitations. Volatilization of VOCs during mechanical mixing of individual components of the binding mixture is a major problem. With this in mind, applicability of the technology for treatment of sandy soil contaminated with toluene was assessed in laboratory tests. Three binding (solidifying) Portland cementbased (CEM I 42.5 R) formulations, additionally supplemented with diatomaceous earth and textile fibers of high waste-rubber content were tested for soil solidification. These additional components acted as adsorbents to reduce the toluene evaporation. In the course of treatment, emission of all the gaseous contaminants was monitored. Influence of the binding (solidifying) mixture composition on toluene emission was evaluated based on the momentary toluene concentrations monitored above the surface of the reactive mixture using flame-ionization detector. The research results confirmed beneficial effect of hermetization of the contaminated soil using Portland cement. Introduction of cement equivalent to 50% of the soil weight resulted in the reduction of total toluene emission by over 26%. The cement-based mixtures containing diatomaceous earth or textile fibers gave higher results (27–45%).

Słowa kluczowe

PL

lotne związki organiczne; toluen; cement; ziemia okrzemkowa; kord tekstylny; granulat gumy; zestalanie; adsorpcja; kapsułacja; wytrzymałość mechaniczna; nasiąkliwość wodą

EN

volatile organic compounds (VOCs); toluene; cement; diatomaceous earth; textile fibers; rubber granulate; solidification; adsorption; immobilization; compressive strength; capillary water absorption

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 39, nr 3
• Strony: 41--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Banaszkiewicz K. P.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Technologii Odpadów i Remediacji Gruntów, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Pasiecznik I.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Technologii Odpadów i Remediacji Gruntów, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. J. LI, J. WANG: Advances in cement solidification technology for waste radioactive ion exchange resins: A review. Journal of Hazardous Materials 2006, Vol. 135, No. 1–3, pp. 443–448.
• 2. C. SHI, A. FERNÁNDEZ-JIMÉNEZ: Stabilization/solidification of hazardous and radioactive wastes with alkali-activated cements. Journal of Hazardous Materials 2006, Vol. 137, No. 3, pp. 1656–1663.
• 3. P . G. MALONE, L. W. JONES, R. J. LARSON: Guide to the Disposal of Chemically Stabilized and Solidified Waste. Environmental Laboratory, U.S. Army Engineer Waterways Experimental Station, EPA-IAG-D4-0569, 1980.
• 4. A. KRÓL: Uwalnianie metali ciężkich z kompozytów mineralnych z uwzględnieniem oddziaływania środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole 2012.
• 5. J. A. STEGEMANN: Interactions between wastes and binders. In: R. D. SPENCE, C. SHI [Eds.]: Stabilization and Solidification of Hazardous, Radioactive and Mixed Wastes. CRC Press, Boca Raton 2005, pp. 151–176.
• 6. N. NESTLE, C. ZIMMERMANN, M. DAKKOURI, R. NIESSNER: Action and distribution of organic solvent contaminations in hydrating cement: Time-resolved insights into solidification of organic waste. Environmental Science and Technology 2001, Vol. 35, pp. 4953–4956.
• 7. K. BANASZKIEWICZ, T. MARCINKOWSKI: Cementation as a method of remediation of soil contaminated with xylene. Environment Protection Engineering 2014, Vol. 40, No. 1, pp. 57–66.
• 8. A. SZCZUREK, M. BADURA, K. BANASZKIEWICZ, M. MACIEJEWSKA, T. MARCINKOWSKI: Monitoring volatile organic compound emission based on semiconductor gas sensors. Environmental Engineering Science 2014, Vol. 31, No. 10, pp. 533–540.
• 9. S. PARIA, P. K. YUET: Solidification-stabilization of organic and inorganic contaminants using Portland cement: A literature review. Environmental Reviews 2006, Vol. 14, pp. 217–255.
• 10. P. A. O’DAY, D. VLASSOPOULOS: Mineral-based amendments for remediation. Elements (Que) 2010, Vol. 6, No. 6, pp. 375–381.
• 11. PN-EN ISO 14688-2:2006: Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikowanie gruntów. Część 2: Zasady klasyfikowania.
• 12. PN-B-02480:1986: Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.
• 13. PN-EN 197-1:2012: Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.
• 14. D. V. PETROWIĆ, Č. B. MITROVIĆ, N. R. TRIŠOVIC, Z. Z. GOLUBOVIĆ: On the particles size distributions of diatomaceous earth and perlite granulations. Journal of Mechanical Engineering 2011, Vol. 57, No. 11, pp. 843–850.
• 15. L. E. ANTONIDES: Diatomite. USGS Minerals Yearbook 1997, pp. 24.1–24.4 (http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/diatomite/250497.pdf).
• 16. A. R. DIVADASTA, J. TOGAWA, K. NAGANO, M. NAKAMURA, S. NAKABAYASHI, T. HOKOISHI: Evaluation of indoor odor adsorption by using wakkanai siliceous shale. Journal of the Society of Heating, Air-Conditioning Sanitary Engineers of Japan 2008, Vol. 20, No. 2, pp. 1321–1324.
• 17. T. ADACHI: Study on VOC adsorption improvement of Wakkanai siliceous shale. Master Thesis. Hokkaido University, Sapporo 2006.
• 18. J. R. CONNER: Recent findings on immobilization of organics as measured by total constituent analysis. Waste Management 1995, Vol. 15, No. 5/6, pp. 359–369.
• 19. J. R. CONNER, F. G. SMITH: Composition and method for immobilizing organic compounds in hazardous waste and soils. United States Patent No. 5536898, 1996.
• 20. Silicate Technology Corporation’s Solidification/Stabilization Technology for Organic and Inorganic Contaminants in Soils. Applications Analysis Report. EPA/540/AR-92/010, Cincinnati, 1992.
• 21. Z. JAMROŻY: Beton i jego technologie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009.
• 22. A. M. NEVILLE: Właściwości betonu. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2012.
• 23. N. FLORES-MEDINA, D. FLORES-MEDINA, F. HERNÁNDEZ-OLIVARES: Influence of fibres partially coated with rubber from tire recycling as aggregate on the acoustical properties of rubberized concrete. Construction and Building Materials 2016, Vol. 129, pp. 25–36.
• 24. N. HOLMES, A. BROWNE, C. MONTAGUE: Acoustic properties of concrete panels with crumb rubber as a fine aggregate replacement. Construction and Building Materials 2014, Vol. 73, pp. 195–204.
• 25. M. JAŚNIOK, A. ZYBURA: Zabezpieczenie i regeneracja zagrożonych korozją konstrukcji z betonu. O przeciwkorozyjnym działaniu otuliny betonowej na zbrojenie (cz. I). Przegląd Budowlany 2007, t. 78, nr 1, ss. 20–25.
• 26. A. MARCINIAK, M. KONIORCZYK: Wpływ cyklicznego zamarzania wody na mikrostrukturę zapraw cementowych. Materiały Budowlane 2014, nr 11, ss. 22–24.
• 27. J. JASICZAK, P. MIKOŁAJCZAK: Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami. Przegląd tendencji krajowych i zagranicznych. Politechnika Poznańska, Poznań 2003.
• 28. J. BABIŃSKA: Badania porowatości w ocenie mrozoodporności betonów napowietrzanych. Prace Instytutu Techniki Budowlanej 2011, t. 40, nr 4, ss. 3–16.
• 29. E. OŁDAKOWSKA: Ocena wybranych właściwości betonów zwykłych z rozdrobnioną gumą ze zużytych opon samochodowych. Inżynieria Ekologiczna 2015, z. 43, ss. 49–54.
• 30. B. S. THOMAS, R. C. GUPTA: Properties of high strength concrete containing scrap tire rubber. Journal of Cleaner Production 2016, Vol. 113, pp. 86–92.
• 31. E. GANJIAN, M. KHORAMI, A. A. MAGHSOUDI: Scraptyre-rubber replacement for aggregate and filler in concrete. Construction and Building Materials 2009, Vol. 23, No. 5, pp. 1828–1836.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).