Immobilization of selected heavy metals from fly ash from thermal treatment of municipal sewage sludge in hardening slurries

• Autorzy: Szarek Łukasz , Falaciński Paweł , Wojtkowska Małgorzata

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0034

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The growing number of municipal sewage treatment plants in Poland raises the problem of managing more and more sludge. The thermal treatment of municipal sewage sludge (TTMSS), which significantly reduces the volume of waste, results in an increase in the concentration of heavy metals in the fly ashes – the final products of the process. The search for methods of utilization of fly ash from TTMSS resulted in attempts to use it in hardening slurries widely used in hydro-engineering. Due to the nature of the application of this material in the cut-off walls (exposure to groundwater flow) one of the key issues is the degree of heavy metal immobilization. The paper attempted to determine the degree of leaching of selected heavy metals from the hardened hardening slurry, composed of fly ash from TTMSS. For this purpose, the eluates were prepared from samples, after various periods of curing, using a dynamic short-term method called "Batch test". The liquid used for leaching was: distilled water and 0.1 molar EDTA solution – to determine the amount of potentially mobile heavy metal forms. The results show the possibility of the safe usage of fly ash from TTMSS as an additive for hardening slurries.

PL

Rosnąca liczba oczyszczalni ścieków komunalnych w Polsce, pożądanych z ekologicznego punktu widzenia, rodzi problem zagospodarowania rosnącej ilości osadów ściekowych. Metoda termicznego przekształcania osadów ściekowych, znacznie redukując objętość odpadu, powoduje wzrost koncentracji metali ciężkich w żużlach i popiołach – produktach końcowych procesu przekształcania. Poszukiwania metod utylizacji popiołu lotnego z TPKOŚ zaowocowały próbami wykorzystania go w zawiesinach twardniejących szeroko wykorzystywanych w budownictwie hydrotechnicznym, w realizacji przesłon przeciwfiltracyjnych. Ze względu na charakter pracy tego materiału w przesłonie (ekspozycja na przepływ filtracyjny wód gruntowych) jedną z kluczowych kwestii jest stopień związania w nim metali ciężkich. W pracy podjęto próbę określenia stopnia uwalniania wybranych metali ciężkich z matrycy stwardniałej zawiesiny twardniejącej, skomponowanej z cementu, bentonitu oraz popiołu lotnego z TPKOŚ. W tym celu pobrano eluaty z próbek, po różnym okresie ich dojrzewania, wykorzystując dynamiczną metodę krótkoterminową, tzw. „batch test”. Jako ciecz wymywającą wykorzystano: wodę destylowaną oraz 0,1 molowy roztwór EDTA – w celu określenia potencjalnie mobilnych form metali ciężkich. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość bezpiecznego zastosowania popiołu lotnego z TPKOŚ, jako dodatku do zawiesin twardniejących.

Słowa kluczowe

EN

hardening slurry; fly ash; thermal treatment; municipal sewage sludge; heavy metal; immobilization; microstructure

PL

zawiesina twardniejąca; popiół lotny; obróbka termiczna; osad ściekowy komunalny; metal ciężki; unieruchomienie; mikrostruktura

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 3
• Strony: 131--144
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Szarek Łukasz

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Poland

autor

Falaciński Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Poland

autor

Wojtkowska Małgorzata

• Warsaw University of Technology, Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Poland

Bibliografia

• 1. Główny Urząd Statystyczny. Ochrona Środowiska 2015. (2015)
• 2. Falacinski, P., Szarek, Ł., Possible applications of hardening slurries with fly ash from thermal treatment of municipal sewage sludge in environmental protection structures. Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics. 63(1), pp. 47-61, (2016)
• 3. Szarek, Ł., Wojtkowska, M. Properties of fly ash from thermal treatment of municipal sewage sludge in terms of EN 450-1. Archives of Environmental Protection, Vol. 44 no. 1 pp. 62-68 (2018).
• 4. Łukawska, M., Speciation analysis of phosphorus in sewage sludge after thermal utilization of sludge. Inżynieria i Ochrona Środowiska. 17(3), pp. 433-439. (2014).
• 5. Wojtkowska, M., Falaciński, P., Kosiorek, A., The release of heavy metals from hardening slurries with addition of selected combustion by-products. Inżynieria i Ochrona Środowiska. 19(4), pp. 479-491. (2016).
• 6. Kledyński, Z., Rafalski, L., Zawiesiny twardniejące. Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN, Warsaw. (2009).
• 7. MPWiK https://www.mpwik.com.pl/view/termiczne-przeksztalcanie-osadow (18.12.2017).
• 8. EN 12457-4:2002 Characterisation of waste – Leaching – Compatibility test on leaching of granular waste materials and sludges. Part 4: Singlestage batch testing with a ratio of the liquid to 10 l/kg solid phase in case of materials with particle sizes of less than 10 mm (with or without the size reduction). (2002).
• 9. Mizerna, K., & Król, A. Wpływ wybranych czynników na wymywalność metali ciężkich z odpadu hutniczego. Inżynieria Ekologiczna. (2015).
• 10. Karczewska A. Metale ciężkie w glebach zanieczyszczonych emisjami hut miedzi - formy i rozpuszczalność. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, 432, pp. 1-159. (2002).
• 11. Alvarez, J. M., Lopez-Valdivia, L. M., Novillo, J., Obrador, A., Rico, M. I. Comparison of EDTA and sequential extraction tests for phytoavailability prediction of manganese and zinc in agricultural alkaline soils. Geoderma. 132(3). pp. 450-463. (2006).
• 12. Li, Z., Shuman, L. M. Redistribution of forms of zinc, cadmium and nickel in soils treated with EDTA. Science of the Total Environment. 191(1). pp. 95-107. (1996).
• 13. EN ISO 15586:2003 Water quality – Determination of trace elements using atomic absorption spectrometry with a graphite furnace (2003).
• 14. Wojtkowska, M. Rola specjacji w ocenie mobilności metali ciężkich w płynących wodach powierzchniowych. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska. (62). pp. 3-119. (2013).
• 15. Van der Sloot, H. A., Dijkstra, J. J. Development of horizontally standardized leaching tests for construction materials: a material based or release based approach? Identical leaching mechanisms for different materials. Energy Research Centre of the Netherlands, Report No. ECN-C-04-060, 44 pp. & annexes. (2004).
• 16. Van der Sloot, H. A., Van Zomeren, A., Meeussen, J. C. L., Hoede, D., Rietra, R. P. J. J., Stenger, R., Lerat, A. Environmental Criteria for Cement Based Products Phase I : Ordinary Portland Cement Phase II : Blended Cements and methodology for impact assessment. Energy Research Centre of the Netherlands, Report No. ECN-E--11-020, 136pp. & annexes.( 2011).
• 17. Dijkstra, J. J., Van der Sloot, H. A., Spanka, G., Thielen, G., How to judge release of dangerous substances from construction products to soil and groundwater. ECNC-05-045. (2005).
• 18. Dijkstra, J. J., Van der Sloot, H. A., Comans, R. N., The leaching of major and trace elements from MSWI bottom ash as a function of pH and time. Applied Geochemistry. 21(2), pp. 335-351. (2006).
• 19. Król, A., Uwalnianie metali ciężkich z kompozytów mineralnych z uwzględnieniem oddziaływania środowiska. Wydawnictwo Politechniki Opolskiej, Opole. (2012).
• 20. Kledyński, Z., Wojtkowska, M., Falaciński, P., Szarek, Ł. Immobilizacja metali ciężkich w zawiesinach twardniejących z popiołami z termicznego przekształcania komunalnych osadów ściekowych w świetle dynamicznych badań krótkoterminowych. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych No. 30. pp. 79-93. (2018).
• 21. Tessier, A., Campbell, P. G., & Bisson, M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical chemistry. 51(7). pp. 844-851. (1979).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).