Heavy metal volatilization during vitrification of tannery sewage sludge with mineral waste

• Autorzy: Celary P. , Sobik-Szołtysek J. , Tajchman A.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.4.6

Warianty tytułu

PL

Wolatylizacja metali ciężkich podczas witryfikacji garbarskich osadów ściekowych z odpadami mineralnymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study investigated the volatilization of heavy metals during vitrification of tannery sludge with mineral waste such as fly ash from brown coal combustion, foundry sands and carbonate flotation waste generated during ore enrichment process from the zinc-lead industry. The experiment focused on 6 metals Cr, Cd, Ni, Pb, Zn, Fe and how different waste additives affected their volatilization. In the study mixtures containing 35% w/w sewage sludge and 65% w/w mineral waste were vitrified. The 65% share consisted of either only fly ash, waste foundry sands or a mix of the previous with carbonate flotation waste at the following ratios 1:1, 1.5:1, 2:1 and 3:1. It was found that vitrification of tannery sewage sludge with certain mineral waste can be accompanied by reasonably low emission levels of chromium (as low as 22.4 ± 1.4%) similar to those during incineration. The lowest chromium emission levels were noted for mixtures of sewage sludge with fly ash and a combination of fly ash and carbonate flotation waste at a ratio of 3:1. Very low nickel (as low as 9.5 ± 6.5%) and iron (lowest being 1.2 ± 0.6%) volatilization were also noted for the above mentioned mixtures although for one type of used sewage sludge the lowest amount of volatilized nickel was noted for the combination with foundry sands alone. However regardless of the used waste high degrees of volatilization were observed for cadmium (≥ 73.4%), lead (≥ 79.1%) and zinc (≥ 87.8%).

PL

Zbadano wolatylizację metali ciężkich podczas witryfikacji garbarskich osadów ściekowych z odpadami mineralnymi, takimi jak popioły lotne ze spalania węgla brunatnego, piaski poformierskie oraz odpady poflotacyjne powstające podczas procesów wzbogacania rud w przemyśle cynkowo-ołowiowym. Badania skupiły się na 6 metalach, tj.: chromie, kadmie, niklu, ołowiu, cynku i żelazie, oraz jak poszczególne dodatki w postaci odpadów mineralnych wpływały na ich wolatylizację. Witryfikacji poddano mieszaniny składające się z 35% wagowych osadów ściekowych oraz 65% wagowych odpadów mineralnych. Udział w postaci 65% odpadów mineralnych składał się z popiołów lotnych, piasków poformierskich albo ich mieszaniny z odpadami poflotacyjnymi w stosunku 1:1; 1,5:1; 2:1 oraz 3:1. Badania wykazały, że witryfikacja garbarskich osadów ściekowych z określonymi dodatkami mineralnymi może być prowadzona przy stosunkowo niskiej emisji chromu (najniższa odnotowana wynosząca 22,4 ± 1,4%), zbliżonej do wartości podawanych dla procesu spalania. Najniższą emisję chromu odnotowano dla witryfikacji mieszanin osadów ściekowych z popiołami lotnymi oraz osadów ściekowych z kombinacją popiołów lotnych z odpadami poflotacyjnymi w stosunku 3:1. W przypadku dwóch osadów ściekowych niewielką emisję niklu (nie niższą niż 9,5 ± 6,5%) oraz żelaza (najniższa odnotowana wynosząca 1,2 ± 0,6%) również uzyskano dla wyżej wspomnianych mieszanin, wyjątek stanowił jeden z badanych osadów ściekowych, dla którego najniższą wolatylizację niklu osiągnięto, witryfikując go z samymi piaskami poformierskimi. Niezależnie od użytych odpadów mineralnych wysoki stopień wolatylizacji odnotowano dla kadmu (≥ 73,4%), ołowiu (≥ 79,1%) oraz cynku (≥ 87,8%).

Słowa kluczowe

EN

chromium; fly ash; heavy metal volatilization; sewage sludge; tannery industry; vitrification

PL

chrom; osady ściekowe; popioły lotne; przemysł garbarski; wolatylizacja metali ciężkich; witryfikacja

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 4
• Strony: 503--515
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., wykr.

Twórcy

autor

Celary P.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Sobik-Szołtysek J.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Tajchman A.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Jiang X., Li C., Fei Z., Chi Y., Yan J., Combustion characteristics of tannery sludge and volatilization of heavy metals in combustion, Appl. Phys. Eng. 2010, 11, 7, 530-537.
• [2] Famielec S., Wieczorek-Ciurowa K., Waste from leather industry, Threats to the environment, Chemia Czasopismo Techniczne 2011, 8, 43-48.
• [3] Lopez-Luna J., Gonzalez-Chavez M.C., Esparza-Garcia F.J., Rodriguez-Vazquez R., Toxicity assessment of soil amended with tannery sludge, trivalent chromium and hexavalent chromium using wheat, oat and sorghum, plants, J. Hazard. Mater. 2009, 163, 829-834.
• [4] Altas L., Inhibitory effect of heavy metals on methane-producing anaerobic granular sludge, J. Hazard. Mater. 2009, 162, 1551-1556.
• [5] Avudainayagam S., Megharaj M., Owens G., Kookana R.S., Chittleborough D., Naidu R., Chemistry of chromium in soils with emphasis on tannery waste sites, Rev. Environ. Contam. T. 2003,178, 53-91.
• [6] Barajas Aceves M., Estrada Santos H., Rios Berber J.D., Oropeza Mota J.L., Rodriguez Vazquez R., Distribution and mobility of Cr in tannery waste amended semi-arid soils under simulated rainfall, J. Hazard. Mater. 2009, 171, 851-858.
• [7] Barajas-Aceves M., Rios-Berber J., Oropeza-Mota J., R. Rodriguez-Vazquez R., Assessment of tannery waste in semi-arid soils under a simulated rainfall system, Soil Sediment Contam.: An Int. J. 2014, 23, 8, 954-964.
• [8] Bień J.B., Celary P., Morzyk B., Sobik-Szołtysek J., Wystalska K., Effect of additives on heavy metal immobilization during vitrification of tannery sewage, Environ. Prot. Eng. 2013, 39, 2, 33-40.
• [9] Celary P., Sobik-Szołtysek J., Vitrification as an alternative to landfilling of tannery sewage sludge, Waste Manage. 2014, 34, 2520-2527.
• [10] Polish Act on Waste of 27 April 2001, Polish Journal of Laws, 2001, No. 62, item. 628.
• [11] Polish Ordinance of the Minister of Economy and Labour of 7 September 2005 on the criteria and procedures allowing to store wastes on landfills of a particular type as amended, Journal of Laws No. 186, item 1553.
• [12] Polish Ordinance of the Minister of Economy of 12 June 2007 amending the Ordinance of the Minister of Economy and Labour of 7 September 2005 on the criteria and procedures allowing to store wastes on landfills of a particular type, Polish Journal of Laws, 2007, No. 121, item 832.
• [13] Polish Ordinance of the Minister of Environment of 13 July 2011 on municipal sewage sludge, Polish Journal of Laws, 2011, No. 137, item. 924.
• [14] Bień J.B., Bień J.D., Białczak W., Wystalska W., Organic and mineral waste solidification by arc plasma technology, Eng. Protect. Environ. 2003, 6, 3-4, 469-477.
• [15] Huang D., Drummond C.H., Wang J., Blume R.D., Incorporation of chromium(lll) and chromium( VI) oxides in a simulated basaltic, industrial waste glass-ceramic, J. Am. Ceram. Soc. 2004, 87, 11, 2047-2052.
• [16] Malki M., Echegut P., Bessada C., Nuta I., Structure and properties of glasses obtained by recycling of secondary lead from acid battery plants, Glass Technol. 2005, 46, 4, 305-310.
• [17] Karamanov A., Aloisi M., Pelino M., Vitrification of copper flotation waste, J. Hazard. Mater. 2007, 140, 333-339.
• [18] Basegio T., Leăo A., Bernardes A., Bergmann C., Vitrification: An alternative to minimize environmental impact caused by leather industry wastes, J. Hazard. Mater. 2009, 165, 604-611.
• [19] Lay T., Rockwell M., Westreich P., Production and characteristics of glass-ceramics derived from manganese crust tailings, J. Mater. Sci. 2009, 44, 3508-3513.
• [20] Dunnett B.F., Gribble N.R., Short R., Turner E., Vitrification of high molybdenum waste, Glass Technol. Part A 2012, 53, 4, 166-171.
• [21] Pelino M., Pisciella P., Crisucci S., Karamanov A., Chemical durability of glasses obtained by vitrifcation of industrial wastes, Waste Manage. 2001, 21, 1-9.
• [22] Tang P, Zhao Y., Chen DZ, Xia F., Volatility of heavy metals during incineration of tannery sludge in the presence of chlorides and phosphoric acid, Waste Manage. Res. 2008, 26, 4, 369-376.
• [23] Tang P, Zhao Y., Xia F., Thermal behaviors and heavy metal vaporization of phosphatized tannery sludge in incineration process, J. Environ. Sci. 2008, 20, 9, 1146-1152.
• [24] Zhang H., He P., Shao L., Fate of heavy metals during municipal solid waste incineration in Shanghai, J. Hazard. Mater. 2008, 156, 1-3, 365-373.
• [25] Falcoz Q., Gauthier D., Abanades S., Patisson F., Flamant G., A general kinetic law for heavy metal vaporization during municipal solid waste incineration, Process Saf. Environ. Prot. 2010, 88, 2, 125-130.
• [26] Pelino M., Karamanov A., Pisciella P., Crisucci S., Zonetti D., Vitrification of electric arc furnace dusts, Waste Manage. 2002, 22, 945-949.
• [27] Cheng T., Chu J., Tzeng C., Chen Y., Treatment and recycling of incinerated ash using thermal plasma technology, Waste Manage. 2002, 22, 485-490.
• [28] Kuo Y., Lin T., Tsai P., Effect of SiO2 on immobilization of metals and encapsulation of a glass network in slag, J. Air Waste Manage. Assoc. 2003, 53, 1412-1416.
• [29] Tang P., Zhou Y., Xie Z., Effects of hydroxyapatite addition on heavy metal volatility during tannery sludge incineration, Environ. Sci. Pollut. Res. 2013, 20, 4405-4413.

Uwagi

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