Oznaczanie zawartości rozpuszczonego węgla organicznego w próbkach odcieków pochodzących z procesu podziemnego zgazowania węgla

• Autorzy: Juszczyk D. , Mitko K. , Bebek M. , Drobek L.

Warianty tytułu

EN

Determination of dissolved organic carbon content in the samples of effluents from the process of underground coal gasification

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki oznaczania węgla organicznego w ciekłych próbkach pochodzących z procesu podziemnego zgazowania węgla (PZW). Proces PZW polega na doprowadzeniu czynnika zgazowującego (np. tlenu, powietrza) do zapalonego złoża, a następnie na odbiorze wytworzonego gazu na powierzchni, co pozwala pozyskiwać energię w wyniku zgazowania pokładów węgla w miejscu ich występowania. Powstające w trakcie tego procesu ścieki zawierają liczne zanieczyszczenia (np. cyjanki, fenole lotne), przez co charakteryzują się skomplikowaną i niestabilną matrycą, mogącą utrudniać prawidłowe wykonanie pomiarów w procesie analitycznym. Badania prowadzono na próbkach zawierających znaczne ilości cyjanków ogólnych (od 0,10 do 26 mg/l), fenoli lotnych (od 17 do 2000 mg/l), azotu ogólnego (od 340 do 2100 mg/l) oraz ChZT(Cr) (od 975 do 11 300 mg/l). W badaniach wykorzystano analizator TOC_-LCPH (Shimadzu, Japonia), wyposażony w rurę do spalań wypełnioną katalizatorem platynowym, oraz detektor NDIR. Uzyskane wartości współczynnika zmienności CV (< 5%) oraz poprawności (odzysk wzorca 94÷105%) potwierdziły możliwość wykorzystania rutynowo stosowanej w Laboratorium metody oznaczania węgla organicznego zgodnej z PN-EN 1484 do analizy próbek pochodzących z procesu PZW. Również sposób utrwalania próbek poprzez zakwaszenie i zamrożenie jest właściwy dla próbek z PZW. Oznaczone zawartości węgla organicznego w próbkach przechowywanych przez 4 tygodnie nie różniły się o więcej niż 10% od wartości początkowej.

EN

The results of the determination of organic carbon in liquid samples from the process of underground coal gasification (UCG) are presented in this paper. The process consists of bringing the gasifying agent (e.g. oxygen, air) to the ignited bed and then collecting the gas produced at the surface, which enables to obtain energy by on-site gasification of coal. The wastewater formed during the process contains many impurities (e.g. cyanides, phenols) and is characterized by complex and unstable matrix, which makes proper measurements difficult. The tests were performed on samples containing significant amounts of cyanide (from 0.10 to 26 mg/L), volatile phenols (from 17 to 2000 mg/L), total nitrogen (from 340 to 2100 mg/L) and COD (from 975 to 11 300 mg/L). The samples after filtration through a membrane filter with a pore size of 0.45 μm were preserved by the addition of concentrated sulfuric(VI) acid to obtain pH value ≤ 2. Up to the time of the measurement samples were stored in plastic containers at 2 to 6°C. Additionally, portions of the samples after acidification were stored frozen (at a temperature of –18 to –20°C). The effectiveness of both methods of samples preservation were tested for a period of four weeks. TOC_-LCPH Shimadzu analyzer, equipped with a combustion tube heated at 680°C, filled with platinum catalyst, and non-dispersive infrared detector (NDIR) was used in this study. The analysis of samples from the UCG process was performed using a predetermined calibration function prepared in the range from 2 to 100 mg/L. The obtained values of the coefficient of variation CV (< 5%) and accuracy (recovery of 94-105%) confirmed the possibility of using tested method for the determination in accordance with PN-EN 1484 of organic carbon in samples from the process of UCG. This method is recommended as a reference for the determination of organic carbon in the sewage discharged into water or soil (Journal of Laws 2014 item 1800) and in surface and underground waters (Journal of Laws 2011, No. 258, item 1550, as amended in the Journal of Laws 2013, item 1558). Preservation of the samples by cooling and freezing is suitable for samples of UCG. The organic carbon content in the samples stored for four weeks (cooling and freezing) does not differ by more than 10% of the initial concentration.

Słowa kluczowe

PL

woda; ścieki; rozpuszczony węgiel organiczny; chemia analityczna; podziemne zgazowanie węgla

EN

water; wastewater; dissolved organic carbon; analytical chemistry; underground coal gasification

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 18, nr 1
• Strony: 43--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Juszczyk D.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Monitoringu Środowiska, Laboratorium Analiz Wód i Ścieków, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice

autor

Mitko K.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Monitoringu Środowiska, Laboratorium Analiz Wód i Ścieków, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice

autor

Bebek M.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Monitoringu Środowiska, Laboratorium Analiz Wód i Ścieków, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice

autor

Drobek L.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Monitoringu Środowiska, Laboratorium Analiz Wód i Ścieków, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice

Bibliografia

• [1] Burton E., Friedmann J., Upadhye R., Best practices in underground coal gasification, Lawrence Livermore National Laboratory, 2006.
• [2] Shafirovich E., Varma A., Underground coal gasification: a brief review of current status, Industrial & Engineering Chemistry Research 2009, 48, 7865-7875.
• [3] Bhutto A.W., Bazmi A.A., Zahedi B.F., Underground coal gasification; From fundamentals to applications, Progress in Energy and Combustion Science 2013, 39, 189-214.
• [4] Kapusta K., Stańczyk K., Uwarunkowania i ograniczenia rozwoju procesu podziemnego zgazowania węgla w Polsce, Przegląd Chemiczny 2009, 88/4, 331-338.
• [5] Stańczyk K., Czyste technologie użytkowania węgla, Główny Instytut Górnictwa, Katowice 2008.
• [6] Kapusta K., Stańczyk K., Wiatowski M., Chećko J., Environmental aspects of field-scale underground coal gasification trial in a shallow coal seam at the Experimental Mine Barbara in Poland, Fuel 2013, 113, 196-208.
• [7] Humenick M.J., Mattox C.F., Groundwater pollutants from underground coal gasification, Water Research 1978, 12(7), 463-469.
• [8] Campbell J.H., Wang F.T., Mead S.W., Busby J.F., Groundwater quality near an underground coal gasification experiment, Journal of Hydrology 1979, 44(3-4), 241-266.
• [9] Kamińska-Pietrzak N., Smoliński A., Selected environmental aspects of gasification and co-gasification of various types of waste, Journal of Sustainable Mining 2013, 12(4), 6-13.
• [10] Spyres G., Nimmo P.J., Worsfold E.P., Achterberg E.P., Miller A.E.J., Determination of dissolved organic carbon in seawater using high temperature catalytic oxidation techniques, Trends in Analytical Chemistry 2000, 19, 498-506.
• [11] Tugrul S., Comparison of TOC concentration by persulphate-UV and high-temperature catalytic oxidation techniques in the Marmara and Black Seas, Marine Chemistry 1993, 41, 265-270.
• [12] Emara H.I., Total organic carbon content in the waters of the Arabian Gulf, Environmental International 1998, 24, 1/2, 97-103.
• [13] Siepak J., Total organic carbon (TOC) as a sum parameter of water pollution in selected Polish rivers (Vistula, Odra and Warta), Acta Hydrochimica et Hydrobiologica 1999, 27(5), 282-285.
• [14] Ammann A.A., Ruttimann T.B., Burgi F., Simultaneous determination of TOC and TNb in surface and wastewater by optimised high temperature catalytic combution, Water Research 2000, 34, 14, 3573-3579.
• [15] Visco G., Campanella L., Nobili V., Organic carbons and TOC in waters: an overview of the international norm for its measurments, Microchemical Journal 2005, 79, 185-191.
• [16] Kaplan L.A., A field and laboratory procedure to collect, process, and preserve freshwater samples for dissolved organic carbon analysis, Limnology and Oceanography 1994, 39(6), 1470-1476.