Properties of the waste products from the heavy metal contaminated energy crops gasification process

The phytoremediation ability of the energy crops is widely known. Unfortunately, the possibility of the effective, safe and ecological way for treatment such contaminated plants is still unresolved. It is postulated that one of such methods can be gasification - conversion process of organic matter into a combustible gas mixture. This process is associated with the formation of solid and liquid waste products. The paper presents the results of basic physico-chemical properties of solid (ash) and liquid (tar) waste products formed during the heavy metal contaminated energy crops gasification. Plant cultivation was carried out with the modification: 1) N, P, K fertilizer application and 2) inoculum made from specially selected microbial cultures application. The gasification process was carried out in a laboratory fixed bed reactor. Three types of energy crops were used: Miscanthus x giganteus, Sida hermaphrodita, Spartina pectinata. The experimental plots were established on heavy metal contaminated arable land located in Bytom (southern part of Poland, Silesian Voivodship). The influence of the type of additives on the liquid and solid waste products quality was analyzed. The results show that the addition of fertilizer (N, P, K) to soil couses that zinc content in ash is higher in comparison to control samples (biomass cultivated on soil without fertilization). The opposite situation is observed for lead. The application of the inoculum promotes the migration of lead into solid. In both cases, the cadmium content in ash is lower than detection limits. In the case of tars, there is no significant impact of the additive application on the heavy tars content.

Zdolność fitoremediacyjna roślin energetycznych jest powszechnie znana. Wciąż jednak niedostatecznie rozpoznanym problemem jest możliwość efektywnego, bezpiecznego i ekologicznego wykorzystania energetycznego takich zanieczyszczonych roślin. Postuluje się, że jednym z takich sposobów może być zgazowanie, polegające na przekształcaniu substancji organicznej w palną mieszaninę gazów. Niestety proces ten wiąże się z powstawaniem stałych i ciekłych produktów odpadowych. W pracy przedstawiono rezultaty badań podstawowych właściwości fizyczno-chemicznych stałych (popiół) i ciekłych (smoły) produktów odpadowych pochodzących z procesu zgazowania roślin energetycznych uprawianych na terenie zdegradowanym ekologicznie. Uprawa roślin prowadzona była z zastosowaniem modyfikacji polegających na dodawaniu do gleby nawozów (N, P, K) oraz aplikowania szczepionki, będącej preparatem złożonym ze specjalnie dobranych kultur mikroorganizmów. Proces zgazowania prowadzono w laboratoryjnym reaktorze ze złożem stałym. Wykorzystano trzy rodzaje roślin energetycznych: miskanta olbrzymiego, ślazowca pensylwańskiego i spartynę grzebieniastą. Rośliny pozyskano z gruntów ornych zanieczyszczonych metalami ciężkimi zlokalizowanych w okolicach Bytomia na Górnym Śląsku. Zbadano wpływ rodzaju dodatku do gleby na jakość powstałego odpadu. Wyniki pokazują, że dodatek nawozu (N, P, K) do gleby powoduje, że w fazie stałej po procesie zgazowania jest wyższa zawartość cynku w porównaniu z próbą kontrolną. Odwrotna sytuacja obserwowana jest w przypadku ołowiu. Aplikacja szczepionki sprzyja z kolei wiązaniu ołowiu, a utrudnia wiązanie cynku. W obu przypadkach zawartość kadmu w popiele jest poza granicą oznaczalności. W przypadku smół nie można stwierdzić istotnego wpływu rodzaju dodatku do gleby na zawartość metali ciężkich.