Analysis of the properties of coal sludge in the context of the possibility of using it in biological reclamation

• Autorzy: Śliwka Małgorzata , Kępys Waldemar , Pawul Małgorzata

Identyfikatory

DOI

10.24425/gsm.2022.143629

Warianty tytułu

PL

Analiza właściwości mułów węglowych pod kątem możliwości ich wykorzystania w rekultywacji biologicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The mining industry, including hard-coal mining, has a significant and multifaceted impact on all components of the environment. One of the factors is the production of various types of waste which, due to their physico-chemical and ecotoxic properties, do not always pose a threat to the environment and can be used in various ways. Such treatment of waste perfectly fits into the concept of the circular economy through the protection of natural resources and the maximum re-use of waste. One of the wastes generated by hard-coal mines is coal sludge from the purification of underground water in surface settling tanks. The article presents the results of research on the physico-chemical and phytotoxic properties of carbon sludges from two settling tanks with regard to assessing the possibility of their re-use in the reclamation of degraded areas. These sludges contain mainly sand fractions. An analysis of their chemical composition revealed the presence of heavy metals. Leachability studies have shown that despite the high concentrations of metals, a small quantity of these metals passes into the solution. In this respect, therefore, they do not pose a threat to the environment. However, a threat may result from the presence of chlorides and sulphates, the amounts of which are influenced by, among other factors, the time of waste storage in the settling tank. Phytotoxicity tests performed on garden cress (Lepidium sativum) did not show a toxic effect at any concentration of the water extract. In addition, for one of the sludges, water extracts with concentrations starting from 12.5 and 50% stimulated the growth of the plant’s shoots and roots, respectively. The results show that the tested coal sludges may be used in appropriate doses for reclamation work, for example, when establishing a plant cover.

PL

Przemysł wydobywczy, w tym górnictwo węgla kamiennego, oddziałuje istotnie i wielokierunkowo na wszystkie składowe środowiska. Jednym z problemów jest wytwarzanie rożnego rodzaju odpadów, które ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne oraz ekotoksyczne nie zawsze stanowią zagrożenie dla środowiska i mogą być w różny sposób wykorzystane, np. w budownictwie, drogownictwie, przemyśle energetycznym, górnictwie, a także zagospodarowane przyrodniczo i w rolnictwie. Takie postępowanie z odpadami doskonale wpisuje się w koncepcję gospodarki obiegu zamkniętego, poprzez ochronę surowców naturalnych oraz maksymalne wykorzystanie powstających odpadów. Jednym z odpadów górnictwa węgla kamiennego są muły węglowe pochodzące z oczyszczania wód dołowych w powierzchniowych osadnikach. W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości fizykochemicznych oraz fitotoksycznych mułów węglowych pochodzących z dwóch osadników, pod kątem oceny możliwości ich wykorzystania w rekultywacji terenów zdegradowanych. Muły zawierają głównie frakcję piaskową. Analiza składu chemicznego wskazała obecność w odpadach metali ciężkich. Ze względu na ochronę gleb, wysokie zawartości baru i chromu ograniczają możliwość wykorzystania tego odpadu do terenów przemysłowych i komunikacyjnych. Badania wymywalności wykazały, że pomimo wysokich stężeń metali, do roztworu przechodzi ich niewielka ilość. Pod tym względem nie stanowią więc zagrożenia dla środowiska. Z kolei zagrożenie może wynikać z obecności chlorków oraz siarczanów, a na ich ilość wpływa m.in. czas składowania odpadu w osadniku. Wykonane testy fitotoksyczności względem Lepidium Sativum nie wykazały efektu toksycznego przy żadnym stężeniu wyciągu wodnego. Ponadto, w przypadku jednego z badanych odpadów, stwierdzono działanie stymulujące wzrost pędów oraz korzeni, przy stężeniach wyciągu wodnego od 12,5 do 50%. Uzyskane wyniki wskazują, że badane muły węglowe mogą być stosowane w odpowiedniej dawce do prac rekultywacyjnych, np. przy tworzeniu okrywy roślinnej.

Słowa kluczowe

EN

waste management; phytotoxicity; coal sludge; biological reclamation

PL

muł węglowy; gospodarka odpadami; fitotoksyczność; rekultywacja biologiczna

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2022
• Tom: T. 38, z. 4
• Strony: 173--189
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Śliwka Małgorzata

• AGH University of Science and Technology; Faculty of Civil Engineering and Resource Management, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2056-9849

autor

Kępys Waldemar

• AGH University of Science and Technology; Faculty of Civil Engineering and Resource Management, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1591-525X

autor

Pawul Małgorzata

• AGH University of Science and Technology; Faculty of Civil Engineering and Resource Management, Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7614-4831

Bibliografia

• [1] Adamczyk, J. and Pomykała, R. 2022. Coal Sludge Permeability Assessment Based on Rowe Cell Consolidation and Filtration Investigations. Minerals 12(2), DOI: 10.3390/min12020212.
• [2] Baic, I. 2013. Analysis of the Chemical. Physical and Energetic Parameters of Coal Sludge Deposits Inventoried in the Silesian Province (Analiza parametrów chemicznych. fizycznych i energetycznych depozytów mułów węglowych zinwentaryzowanych na terenie woj. Śląskiego) Rocznik Ochrona Środowiska – Annual Set The Environment Protection 15, pp. 525–1548 (in Polish).
• [3] Boroń et al. 2009 – Boroń, K., Klatka, S., Ryczek, M., Koperski, T. and Lech, B. 2009. Reaction and electrolytic conductivity of selected coal materials used in reclamation (Odczyn i przewodnictwo elektrolityczne wybranych materiałów powęglowych stosowanych w rekultywacji). Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych – Environmental Protection and Natural Resources 41, pp. 385-390 (in Polish).
• [4] Chałupnik et al. 2020 – Chałupnik S., Wysocka M., Chmielewska I. and Samolej K. 2020. Modern technologies for radium removal from water – Polish mining industry case study. Water Resources and Industry 23, DOI: 10.1016/j.wri.2020.100125.
• [5] Chugh, Y.P. and Behum, P.T. 2014. Coal waste management practices in the USA: An overview. International Journal of Coal Science and Technology 1, pp. 163–176, DOI: 10.1007/s40789-014-0023-4.
• [6] Decision EC 2014. Commission Decision of 18 December 2014 amending Decision 2000/532/EC on the list of waste pursuant to Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council (2014/955/EU).
• [7] EC 2014. Communication from the Commission – Towards a circular economy: A zero waste programme for Europe. COM no 398 European Commission.
• [8] Feliks, J. 2017. Innovative solution of coal slurry mixer. Mining – Informatics. Automation and Electrical Engineering 3(531), pp. 113-119, DOI: 10.7494/miag.2017.3.531.113.
• [9] Firpo et al. 2021 – Firpo, B.A., Weiler J. and Schneider, A.H.I. 2021. Technosol made from coal waste as a strategy to plant growth and environmental control. Energy Geoscience 2(2), pp 160–166, DOI: 10.1016/j.engeos.2020.09.006.
• [10] Fraś et al. 2013 – Fraś, A., Przytaś, R. and Hycnar, J.J. 2013. Economic aspects of waste management in the mining plants of Południowy Koncern Węglowy S.A. (Ekonomiczne aspekty gospodarki odpadami w zakładach górniczych Południowego Koncernu Węglowego S.A.). Materiały XXVII Konferencji z cyklu Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej – Proceedings of the XXVII Conference: Energy resources and issues in the national economy. Zakopane, pp. 45–59 (in Polish).
• [11] Gombert. P. et al. 2019. An Overview of Priority Pollutants in Selected Coal Mine Discharges in Europe. Mine Water and the Environment 38, pp. 16–23, DOI: 10.1007/s10230-018-0547-8.
• [12] Góralczyk, S. and Baic, I. 2009. Hard Coal Extractive Waste and Possibilities of their Usage (Odpady z górnictwa węgla kamiennego i ich możliwości gospodarczego wykorzystania). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 12(2), pp. 145–157 (in Polish).
• [13] Huidi et al. 2022 – Huidi, H., Minmin, Z., Jinxi, W., Zhiheng, F., Panchal, B. and Shuting, J. 2022 Barium in coal and coal combustion products: Distribution. enrichment and migration. Energy Exploration & Exploitation 40(3). pp. 889–907, DOI: 10.1177/01445987221086981.
• [14] Kabata-Pendias A. and Pendias H. 1999. Biogeochemistry of trace elements (Biogeochemia pierwiastków śladowych). Warszawa: PWN (in Polish).
• [15] Klojzy-Karczmarczyk et al. 2016 – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J. and Paw, K. 2016. Possibilities of Utilization of Aggregates and Extractive Waste from hard Coal Mining at Janina Mine in the Process of Reclamation of Open-pit Mines. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 32(3), pp. 111–133, DOI: 10.1515/gospo-2016-0030.
• [16] Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2017. Proposals to extend actions to the management of waste rock from hard coal mining (Propozycje rozszerzenia działań celem zagospodarowania materiałów odpadowych z górnictwa węgla kamiennego). Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk). Scientific Journals of the Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Science 98, pp. 151–165 (in Polish).
• [17] Klojzy-Karczmarczyk et al. 2019 – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J., Wiencek, M. and Feliks. J. 2019. Blends of hard coal sludge with pulverized lignite as alternative energy raw materials. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 22(3), pp. 83–98, DOI: 10.33223/epj/111988.
• [18] Kugiel, M. and Piekło, R. 2012. Direction of mining waste management at Haldex S.A (Kierunki zagospodarowania odpadów wydobywczych w Haldex S.A.). Górnictwo i Geologia 47(1), pp. 133–145 (in Polish).
• [19] Lutyński, A. and Szpyrka, J. 2012. Investigation of the physicochemical properties of coal slurries (Analiza właściwości fizykochemicznych depozytów mułów węglowych na Górnym Śląsku). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 15(3), pp. 273–285 (in Polish).
• [20] Ordinance ME 2016. Ordinance of the Minister of Environment of 1st September 2016 on the manner of conducting soil surface pollution assessments (Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 września 2016 r. w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi) (Dz.U. 2016, poz. 1395) (in Polish).
• [21] Ordinance MMEIN 2019. Ordinance of the Minister of Maritime Economy and Inland Navigation of 12 July 2019 on substances particularly harmful to the aquatic environment and the conditions to be met when discharging sewage into waters or ground, as well as when discharging rainwater or meltwater into waters or into devices aquatic (Rozporządzenie Ministra Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej z dnia 12 lipca 2019 r. w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego oraz warunków. jakie należy spełnić przy wprowadzaniu do wód lub do ziemi ścieków. a także przy odprowadzaniu wód opadowych lub roztopowych do wód lub do urządzeń wodnych) (Dz.U. 2019, poz. 1311) (in Polish).
• [22] PN-EN 12457-4:2006 Characterization of waste – Leaching – Compliance testing for granular waste materials and sludge (Charakteryzowanie odpadów – Wymywanie – Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów) (in Polish).
• [23] Pomykała, R. and Kępys, W. 2021. The properties of the backfill mixtures based on own fine-grained waste. In Minefill 2020–2021. CRC Press: Boca Raton. FL. USA.
• [24] Ptak, B. 1997. Chromium in coal in Upper Silesian Coal Basin. Proceedings of Second World Mining Environment Congres. Katowice.
• [25] Strzyszcz, Z. and Łukasik, A. 2008. Principles of using a variety of wastes for biological reclamation of post-industrial areas in Silesia (Zasady stosowania różnorodnych odpadów do rekultywacji biologicznej terenów poprzemysłowych na Śląsku) Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2/3, pp. 41–49 (in Polish).

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)