The Use of Fly Ash Formed in the CFBC Technology to Study the Efficiency of Heavy Metal Ion Removal from Municipal Wastewater

• Autorzy: Tomasz Kalak , Anna Kłopotek

Warianty tytułu

Zastosowanie popiołu lotnego powstałego w technologii CFBC do badania efektywności usuwania jonów metali ciężkich ze ścieków komunalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fly ash has been examined for the effectiveness of removing Cu(II), Cd(II), Ni(II), Pb(II) and Zn(II) metal ions from municipal wastewater. Fly ash is cheap waste resulting from the combustion of municipal sewage sludge by means of circulating fluidized bed combustion (CFBC) technology. This adsorbent has been characterized for organoleptic and physicochemical properties using selected methods, such as fraction analysis, bulk density, particle size distribution, elemental composition (SEM-EDS), thermogravimetry, texture using BET adsorption isotherms, specific surface area, pore volume, average pore diameter, BJH pore volume distribution, morphology using scanning electron microscope (SEM), ATR FT-IR. Based on the results obtained, the following reduction of heavy metal ions concentration in municipal wastewater samples was demonstrated: Cu - 66.7%, Zn - 61.5%, Ni - 61.1%, Cd - 49.4%, Pb - 47.9%. In summary, fly ash obtained in CFBC technology is a promising low-cost adsorbent for the effective removal of metals from municipal wastewater and can be considered for practical industrial applications in the future. (original abstract)

Popiół lotny został zbadany pod kątem skuteczności usuwania jonów metali Cu(II), Cd(II), Ni(II), Pb(II) i Zn(II) ze ścieków komunalnych. Popioły lotne są tanimi odpadami powstałymi w wyniku spalania miejskich osadów ściekowych za pomocą technologii spalania w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym (CFBC). Ten adsorbent został scharakteryzowany pod względem właściwości organoleptycznych i fizykochemicznych z użyciem wybranych metod, takich jak: analiza frakcji, gęstość nasypowa, rozkład wielkości ziaren, skład pierwiastkowy (SEM-EDS), analiza termograwimetryczna, analiza tekstury z wykorzystaniem izoterm adsorpcji BET, powierzchni właściwej, objętości i średnicy porów, rozkład objętości porów BJH, morfologia z zastosowaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) oraz analiza ATR FT-IR. Na podstawie uzyskanych wyników zaobserwowano następujące obniżenie stężenia badanych jonów metali ciężkich w próbkach ścieków komunalnych: Cu - 66.7%, Zn - 61.5%, Ni - 61.1%, Cd - 49.4%, Pb - 47.9%. Podsumowując, popioły lotne uzyskane w technologii CFBC są obiecującym, niedrogim adsorbentem do skutecznego usuwania metali ze ścieków komunalnych i mogą być w przyszłości brane pod uwagę w celu praktycznego zastosowania przemysłowego. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Water quality; Heavy metals; Sewage treatment

PL

Jakość wody; Metale ciężkie; Oczyszczanie ścieków

• Czasopismo: Towaroznawcze Problemy Jakości
• Rocznik: 2020
• Numer: nr 3
• Strony: 75--86

Twórcy

autor

Tomasz Kalak

• Poznań University of Economics and Business

autor

Anna Kłopotek

• Poznań University of Economics and Business

Bibliografia

• [1] Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach z 2012 r. (Dz. U. z 2013 r. poz. 21).
• [2] Główny Urząd Statystyczny. Ochrona Środowiska 2018, Analizy statystyczne, Departament Badań Przestrzennych i Środowiska, Warszawa, ISSN 0867-3217.
• [3] Urciuolo M., Solimene R., Chirone R., Salatino P. (2012) Fluidized bed combustion and fragmentation of wet sewage sludge. Experimental Thermal and Fluid Science, 43, 97-104.
• [4] Fytili D., Zabaniotou A. (2008) Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods - A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12 (1), 116-140.
• [5] Sayed M.H.A., Madany I.M., Buali A.R.M. (1995) Use of sewage sludge ash in asphaltic paving in hot regions. Construction and Building Materials, 9 (1), 19-23.
• [6] Lin Y., Zhou S., Li F., Lin Y. (2012) Utilization of municipal sewage sludge as additives for the production of eco-cement. Journal of Hazardous Materials, 30, 213-214.
• [7] Leda C., de Figueiredo Lopes Lucena L., Thome Juca J., Soares J., Portela M. (2013) Potential uses of sewage sludge in highway construction". Journal of Materials in Civil Engineering, 26 (9), 1-15.
• [8] Joan A.C., Lázaro V.C. (2012) Environmental effects of using clay bricks produced with sewage sludge: Leachability and toxicity studies. Waste Management, 32 (6), 1202-1208.
• [9] Yague A., Walls S., Vazquez E., Cushion V. (2002) Use of dry sewage sludge from waste water treatment plants as an additive in prefabricated concrete bricks. Construction and Building Materials, 267, 31-41.
• [10] Suzuki S., Tanaka M., Kaneko T. (1997) Glassceramic from sewage sludge ash. Journal of Material Science, 32 (7), 1775-1779.
• [11] Uzunow E., Mazela A. (2009) Lekkie kruszywo sztuczne z osadów ściekowych. Ekopartner, 209, 14-15.
• [12] Kartini K., Dahlia Lema A.M., Dyg. Siti Quraisyah A.A., Anthony A.D., Nuraini T., Siti Rahimah R. (2015) Incinerated domestic waste sludge powder as sustainable replacement material for concrete. Pertanika Journal of Science and Technology, 23 (2), 193-205.
• [13] Chen Z., Li J. S., Poon C.S. (2018) Combined use of sewage sludge ash and recycled glass cullet for the production of concrete blocks. Journal of Cleaner Production, 171, 1447-1459.
• [14] Pérez-Carrión M., Baeza-Brotons F., Payá J., Saval J.M., Zornoza E., Borrachero M.V., Garcés P. (2014) Potential use of sewage sludge ash (SSA) as a cement replacement in precast concrete blocks. Materiales de Construcción, 64 (313), e002.
• [15] Černatová L., Zamrazilová L., Miškovaá L. (2014) Verification of the utilization of fly ash generated by municipal sewage sludge incineraction as a pigment in mural painting. Inżynieria Mineralna - Journal of the Polish Mineral Engineering Society, 15 (1), 249-258.
• [16] Polowczyk I., Bastrzy A., Sawiński W., Koźlecki T., Rudnicki P., Sadowski Z., Sokołowski A. (2010) Właściwości sorpcyjne popiołów ze spalania węgla. Inżynieria i Apa-ratura Chemiczna, 49, 93-94.
• [17] Nowak B., Aschenbrenner P., Winter F. (2013) Heavy metal removal from sewage sludge ash and municipal solid waste fly ash - A comparison. Fuel Processing Technology, 105, 195-201.
• [18] Kumar Meena A., Mishra G.K., Rai P.K., Rajagopal C., Nagar P.N. (2005) Removal of heavy metal ions from aqueous solutions using carbon aerogel as an adsorbent. Journal of Hazardous Materials B, 122, 161-170.
• [19] Mohan S., Gandhimathi R. (2009) Removal of heavy metal ions from municipal solid waste leachate using coal fly ash as an adsorbent. Journal of Hazardous Materials, 169, 351-359.
• [20] Gala A., Sanak-Rydlewska S. (2010) Sorpcja jonów metali toksycznych z roztworów wodnych - przegląd literatury. Górnictwo i Geoinżynieria, 34, 49-59.
• [21] Daci M.N., Daci N.M., Zeneli L., Gashi S., Hoxha D. (2011) Coal ash as adsorbent for heavy metal ions in standard solutions, industrial wastewater and streams. Ecohydrology Hydrobiology, 11, 129-132.
• [22] Itskosa G., Koukouzasa N., Vasilatosb C., Megremib I., Moutsatsouc A. (2010) Comparative uptake study of toxic elements from aqueous media by the different particle-size-fractions of fly ash. Journal of Hazardous Materials, 183, 787-792.
• [23] Alinnor I.J. (2007) Adsorption of heavy metal ions from aqueous solution by fly ash. Fuel, 86, 853-857.
• [24] Thokchom S., Ghosh P., Ghosh S. (2009) Resistance of fly ash based geopolymer mortars in sulfuric acid. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 4, 65-70.
• [25] Hardjito D., Wallah S.E., Sumajouw D.M.J., Rangan B.V. (2005) Fly ash-based geopolymer concrete, Australian Journal of Structural Engineering, 6, 77-86.
• [26] Kong D.L.Y., Sanjayan J.G., Sagoe-Crentsil K. (2007) Comparative performance of geopolymers made with metakaolin and fly ash after exposure to elevated tempera-tures. Cement and Concrete Research, 37, 1583-1589.
• [27] Temuujin J., Riessen A.V. (2009) Effect of fly ash preliminary calcination on the properties of geopolymer. Journal of Hazardous Materials, 164, 634-639.
• [28] Mustafa A.M., Kamarudin H., Omar Karem A.K.A., Ruzaidi C.M., Rafiza A.R., Nora-zian M.N. (2011) Optimization of alkaline activator/fly ash ratio on the compressive strength of manufacturing fly ash-based geopolymer. Applied Mechanics and Materials, 110-116, 734-739.
• [29] Khan A.A., de Jong W., Jansens P.J., Spliethoff H. (2009) Biomass combustion in fluidized bed boilers: Potential problems and remedies. Fuel Processing Technology, 90, 21-50.
• [30] Mohebbi M., Rajabipour F., Scheetz B.E. (2015) Reliability of loss on ignition (LOI) Test for determining the unburned carbon content in fly ash. Proceedings of World of Coal Ash (WOCA) Conference in Nasvhill, Tennessee, May 5-7, 2015.
• [31] Bansal R.C., Goyal M. (2005) Activated carbon adsorption. CRC Press, Taylor and Francis Group, LLC, Boca Raton, FL.
• [32] Weng C.H., Huang C.P. (2004) Adsorption characteristics of Zn(II) from dilute aqueous solution by fly ash. Colloid Surface A, 247, 137-143.
• [33] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w sprawie sub-stancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. nr 137, poz. 984).