Skład fizykochemiczny osadów z uzdatniania wody ze szczególnym uwzględnieniem składników toksycznych

• Autorzy: Sozański M. M. , Leszczyńska M.

Warianty tytułu

EN

Physico-chemical composition of water treatment sludge with special regard to the toxic substances

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono czynniki wpływające na skład fizykochemiczny osadów powstających w zakładach uzdatniania wody. Osady i popłuczyny w zakładach wodociągowych są efektem chemicznej, fizykochemicznej lub biochemicznej transformacji usuwanych domieszek z substancji rozpuszczonych lub koloidalnych w makroskopowe cząstki osadu. Skład i właściwości tych osadów zależą od składu ujmowanej wody oraz efektów i technologii uzdatniania. Z kolei technologie unieszkodliwiania osadów i popłuczyn determinuje ich objętość, podatność na odwadnianie, skład fazy stałej, a także obecność substancji toksycznych. Dominujące składniki fazy stałej osadów to: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO oraz substancja organiczna określana stratą prażenia. W większości zakładów uzdatniania wód podziemnych powstają jedynie popłuczyny z filtrów pospiesznych. Faza stała tych popłuczyn składa się głównie z tlenków żelaza i manganu, których masowy udział na ogół przekraczał 70 - 80%. Udział substancji organicznych w fazie stałej, określony stratami prażenia, nie przekraczał 20%. W zależności od rodzaju i jakości uzdatnianej wody - podziemnej lub powierzchniowej - obserwuje się znaczące różnice w składzie osadów powstających w procesie uzdatniania; w szczególności w ilości i rodzaju związków toksycznych. Chemiczny skład osadów zależy przede wszystkim od: rodzaju i stężenia związków chemicznych obecnych w wodzie uzdatnianej, rodzaju i dawek reagentów stosowanych w procesie uzdatniania, efektów uzdatniania określonych rodzajem i ilością usuwanych domieszek oraz rodzaju i stężenia produktów pośrednich i ubocznych reakcji zachodzących w procesie uzdatniania. Określenie potencjalnych zagrożeń, jakie stwarzają osady i popłuczyny dla środowiska, wymaga przeprowadzenia odpowiednich, zunifikowanych badań: składu osadu, w tym całkowitej zawartości związków chemicznych, stanowiących niebezpieczne zanieczyszczenia, wyciągu wodnego i/lub wymywalności tych zanieczyszczeń z osadu, toksycznego wpływu osadu na organizmy oraz wpływu czasu składowania i różnych czynników środowiskowych na wymywalność substancji niebezpiecznych. Badania te są tym bardziej konieczne, że stosowane w uzdatnianiu reagenty są zanieczyszczone różnymi metalami ciężkimi, występującymi w różnych stężeniach w zależności od producenta i partii produkcji. Ponadto, w zależności od rodzaju zastosowanego koagulantu obserwuje się też znaczące różnice w stężeniach metali obecnych w fazie stałej osadów.

EN

The paper provide an overview of problems associated with physico-chemical characteristics of water treatment plant sludge and its disposal in environmentally sound manner. Water treatment process sludges are results of chemical, physicochemical and biochemical transformation of solved or colloidal contaminants into macroparticles of waste. The composition and properties of sludges depend on quality of raw water, water treatment technology, its effects and particularly on reagents used. In practice, qualitative composition of solid-phase floccules is determined by components and indicators of coagulated contaminants that form the structure of floccules. The components and indicators of coagulated contaminants are mostly the ferric and aluminium hydroxide, turbidity, colour and calcium carbonate. Predominant components of the solid-phase sludges are: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO and organic matter determined by ignition losses. Predominance of these components results from the composition of coagulated contaminants, mostly colloids eluted from the soil e.g. aluminosilicates, humic acids and chemical state of coagulants used, mostly hydrolyzed ferric and aluminium salts. The increase of ferric and aluminium oxide participation in solid-phase sludge, which is the result of using appropriate coagulants, and increase in quantity of organic matter are a prognosis of the increase of technological difficulties in sludge dewatering. Groundwater treatment plants produce only washing from rapid filters. The solid phase of this washing consists mainly of ferric and manganese oxide with mass fraction exceeding 70 - 80% and concentration ranging from 180 to 620 mg/dm3 for ferric compounds, and 20 - 50 mg/dm3 for manganese compounds. Concentration of suspended solids ranged from 700 to 1800 mg/dm3 and hydratation was about 99.7 - 99.8%. Depending on type - fresh or groundwater - and quality of water considerable differences are observed in composition and quality of sludge. The chemical composition of sludge predominantly depends on: - type and concentration of chemicals contained in raw water, - composition and doses of treatment chemicals, - the effects of water treatment process determined by type and quantity of removed admixtures and type and concentration of by-products of chemical reactions occurring during water treatment process. The contaminants of reagents used may significantly influence the quality of sludge from water treatment plant. It was shown that contaminant levels depend on manufacturer, quantity and type of reagent used. For example zinc levels in ferric chloride changed from 69 to 7790 mg/kg and chromium levels varied in the range of 345 - 568 mg/kg. The choice of procedure of utilization or land disposal of water treatment sludges should guarantee that sludge is nonhazardous. It means that determination of the potential threats of water treatment plant sludge to the environment requires the investigation of: chemical composition of the sludge by a specific analytical procedure, hazardous substances leaching, toxicity of sludge to life organisms, analysis of long-term effects of environmental factors on teachability of toxic substances from sludges.

Słowa kluczowe

PL

osad; uzdatnianie wody; skład fizykochemiczny; toksyczność; koagulanty; metale ciężkie

EN

water treatment plant sludge; contaminants; toxic substance; toxicity; TCLP test

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2001
• Tom: T. 4, nr 2
• Strony: 197--206
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab.

Twórcy

autor

Sozański M. M.

• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, 61-138 Poznań, ul Piotrowo 5

autor

Leszczyńska M.

• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, 61-138 Poznań, ul Piotrowo 5

Bibliografia

• [1] Sałbut J., Osady pokoagulacyjne, Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa 1990.
• [2] Sozański M.M., Charakterystyka laminamego płynięcia osadów pokoagulacyjnych jako podstawa oceny parametrów ich transportu rurowego, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej, Monografia nr 28, Wrocław 1988.
• [3] Köppers H.M.M. et al., Composition of sludge produced by Water Treatment Plants in the province of South Holland., VEWIN Report, Rijswijk 1988.
• [4] Dixon K.L., Lee R.G., & Moser R.H., Water Treatment Plant Residuals: A Management Strategy for The Pennsylvania Region, American Water Works Service Company, Voorhees, N.J., 1988.
• [5] Fort D.J., Stover E.L., Impact of toxicities and potential interactions of flocculants and coagulant aids on whole effluent toxicity testing, Water Environ. Res. 1995, 67, 6, 921-925.
• [6] Fletcher J.S., Johnson F.L., McFarlance J.C., Influence of greenhouse versus field twisting and taxonomic differences on plant sensivity to chemical treatment, Environ. Toxicol. Chem. 1990, 9, 769-776.
• [7] Ferrari B., Ferard J.F., Effects on nutritional renewal frequency on survival and reproduction of Ceriodaphnia dubia, Environ. Toxicol. Chem. 1996, 15, 765-770.
• [8] Kapustka L.A., Reporter M., Terrestial primary producers, (w:) P. Calow i in., Handbook of Ecotoxicology, Blackwell, Oxford 1993, vol. 1, 278-298.
• [9] Elliot H.A., Dempsey B.A., Hamilton D.W., De Wolfe J.R., Land application of water treatment sludges: impacts and management, AWWA RF, Denver 1990.
• [10] Wortell N.C, Köppers H.M.M., Leaching of trace elements from water plant sludges, Investigative Report SWI-89:111, KIWA, Nieuwegein 1989.
• [11] Ramamoorty S., Effect of pH on speciation and toxicity of aluminum to rainbow trout (Salmo- Gardinen), Can. J. Fish. Aquat. Sei. 1988, 45, 634-642.
• [12] Reuter J.G.,O’Reilly K.T., Petersen R.R., Indirect aluminium toxicity to the green algae Scene- desmus through increased cupricion activity, Environ. Sei. Technol. 1987, 21 (5), 435-438.
• [13] Havas M., Aluminium bioaccumulation and toxicity to Daphnia magna in soft water at low pH, Can. J. Fish. Aquat. Sei. 1985, 42, 1741-1748.
• [14] Hall W.S., Hall L.W. Jr., Toxicity of alum sludge to Ceriodaphnia dubia and Pimephales pro- melas, Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1989, 42, 791-798.
• [15] Suchy M. (w:) PIOS - Gospodarka osadami ściekowymi - Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Rzeszowie, Bibl. Monitoringu Środowiska, Rzeszów 1998.
• [16] EEC Directive 91/689/EEC of 12 December on Hazardous Waste, Official Journal of the European Community, L 377, 31 December, Brussels 1991.