Badania zawartości jonów metali ciężkich w wodzie kontaktującej się z wykładziną cementową rur wodociągowych

• Autorzy: Kowalska B. , Kowalski D. , Kwietniewski M. , Miszta-Kruk K. , Chudzicki J.

Warianty tytułu

EN

Heavy metal content of water exposed to cement lining in the water pipe

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Mechanizm wymywania z cementu toksycznych metali ciężkich nie został jeszcze dokładnie rozpoznany. Istnieje wiele czynników mających wpływ na ten proces, jak np. jakość przepływającej wody, a zwłaszcza jej pH, zasadowość, temperatura, zawartość chloru itp. Wpływ mają także skład i mikrostruktura wykładziny cementowej rur wodociągowych. W badaniach modelowych określono zawartość wybranych metali ciężkich (ICP-OES, ICP-MS) w wodzie przed i po 6-miesięcznym czasie eksploatacji rurociągu z żeliwa sferoidalnego z wykładziną cementową. Stwierdzono, że zawartość pierwiastków śladowych (Ba, Fe, K, Ni, Mg, Na, Sr, Zn, V, Cd, Pb, Mn, Cu i As) w wodzie kontaktującej się zarówno z nową wykładziną cementową, jak i po 6-miesięcznej eksploatacji przewodu była niewielka, w większości przypadków poniżej progu detekcji (ICP-OES). Badania strukturalne wykładziny cementowej wykonane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej wykazały, że cienka warstewka kalcytowa pokrywająca zaczyn cementowy na wewnętrznej powierzchni rury bardzo szybko uległa zniszczeniu, jednakże jej skład chemiczny nie uległ zmianie po 6-miesięcznej eksploatacji układu badawczego. W miejscach zniszczenia wykładziny cementowej stwierdzono obecność znacznej liczby igiełek ettringitu, świadczących o rozpoczynającej się korozji betonu.

EN

The mechanism governing the release of toxic heavy metals from cement is still far from being well understood. The process is influenced by a diversity of factors such as the quality of the water flowing in the pipes (especially its pH, alkalinity, temperature and chlorine content), or the composition and microstructure of the internal lining applied. This paper reports on model investigations into the presence of selected heavy metals (determined by ICP-OES and ICP-MS) in the water before and after 6-month service. It has been found that in the majority of instances the trace element content (Ba, Fe, K, Ni, Mg, Na, Sr, Zn, V, Cd, Pb, Mn, Cu and As) was below the detection threshold (ICP-OES), regardless of whether the water was exposed to a fresh lining or after six months of service. Structural examinations of the cement lining by scanning electron microscopy (SEM) have produced the following findings: the thin calcite layer covering the cement paste on the internal surface of the pipe was destroyed within a very short time, the chemical composition of the layer, however, remained unchanged after 6-month service of the pipe being tested. At the points of cement lining destruction a large number of ettringite needles was detected, which is indicative of the onset of concrete corrosion.

Słowa kluczowe

PL

sieć wodociągowa; wykładzina cementowa; struktura porowata; metale ciężkie; wymywanie

EN

water-pipe network; cement lining; porous structure; heavy metals; release

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 33, nr 4
• Strony: 41--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalska B.

autor

Kowalski D.

autor

Kwietniewski M.

autor

Miszta-Kruk K.

autor

Chudzicki J.

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Wodociągów i Kanalizacji, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin,

Bibliografia

• 1. M. KWIETNIEWSKI, M. TŁOCZEK, L. WYSOCKI [red.]: Zasady doboru rozwiązań materiałowo-konstrukcyjnych do budowy przewodów wodociągowych. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie, Bydgoszcz 2011.
• 2. M. ŚWIDERSKA-BRÓŻ, M. WOLSKA: Korozyjność wody wodociągowej a zjawiska zachodzące w systemie jej dystrybucji. Gaz, Woda, Technika Sanitarna 2003, nr 1, ss. 10–15 (21).
• 3. I. ZIMOCH: Bezpieczeństwo działania systemu zaopatrzenia w wodę w warunkach zmian jakości wody w sieci wodociągowej. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 3, ss. 51–55.
• 4. B. KOŁWZAN: Zastosowanie czujników biologicznych (biosensorów) do oceny jakości wody. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 4, ss. 3–14.
• 5. A. NEVILLE: Effect of cement paste on drinking water. Materials and Structures/Matériaux et Constructions 2001, Vol. 34, No. 6, pp. 367–372.
• 6. Permeation and Leaching. AWWA 2002.
• 7. M. ŚWIDERSKA-BRÓŻ, M. WOLSKA: Główne przyczyny wtórnego zanieczyszczenia wody w systemie dystrybucji. Ochrona Środowiska 2006, vol. 28, nr 4, ss. 29–34.
• 8. M. ŚWIDERSKA-BRÓŻ: Czynniki współdecydujące o potencjale powstawania i rozwoju biofilmu w systemach dystrybucji wody. Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 3, ss. 7–13.
• 9. A. KOTOWSKI: Analiza hydrauliczna zjawisk wywołujących zmniejszenie przepływności rurociągów. Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 1, ss. 27–32.
• 10. M. ACHTERNBOSCH, K.R. BRAUTIGAM, N. HARTLIEB, C. KUPSCH, U. RICHERS, P. STEMMERMANN: Heavy metals in cement and concrete resulting from co-incineration of waste in cement kilns with regard to the legitimacy of waste utilization. Forschungszentrum Karlsruhe 2003 (Wissenschaftliche Berichte, FZKA 6923).
• 11. Q. GUO: Increases of lead and chromium in drinking water from using cement-mortar-lined pipes: Initial modeling and assessment. Journal of Hazardous Materials 1997, Vol. 56, No. 1–2, pp. 181–213.
• 12. J.O. ECKERT, Q. GUO: Heavy metals and cement kiln dust from kilns co-fired with hazardous waste-derived fuel: Application of EPA leaching and acid-digestion procedures. Journal of Hazardous Materials 1998, Vol. 59, pp. 55–93.
• 13. Q. GUO, P.J. TOOMULURI, J.O. ECKERT: Leachability of regulated metals from cement-mortar linings. Journal American Water Works Association 1998, Vol. 90, No. 3, pp. 62–73.
• 14. S.R. HILLIER, C.M. SANGHA, B.A. PLUNKETT, P.J. WALDEN: Long-term leaching of toxic trace metals from Portland cement concrete. Cement and Concrete Research 1999, Vol. 29, pp. 515–521.
• 15. M. FRIAS, M.I. SANCHEZ de ROJAS: Total and soluble chromium, nickel and cobalt content in the main materials used in the manufacturing of Spanish commercial cements. Cement and Concrete Research 2002, Vol. 32, pp. 435–440.
• 16. S.S. POTGIETER, N. PANICHEV, J.H. POTGIETER, S. PANICHEVA: Determination of hexavalent chromium in South African cements and cement-related materials with electrothermal atomic absorption spectrometry. Cement and Concrete Research 2003, Vol. 33, pp. 1589–1593.
• 17. Z. GIERGIECZNY, A. KRÓL: Immobilization of heavy metals (Pb, Cu, Cr, Cd, Zn, Mn) in the mineral additions containing concrete composites. Journal of Hazardous Materials 2008, Vol. 160, pp. 247–255.
• 18. Umweltdaten der Deutschen Zementindustrie. Verein Deutscher Zementwerke, Düsseldorf 1998–2009.
• 19. Stowarzyszenie Producentów Cementu – Informator 2010, www.polskicement.com.
• 20. B. KOWALSKA, D. KOWALSKI, M. KWIETNIEWSKI, A. MUSZ, J. WĄSOWSKI: Ocena wpływu wykładziny cementowej w rurociągach żeliwnych na jakość przesyłanej nimi wody – badania wstępne. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2010, nr 4, ss. 13–17.