Wykorzystanie popiołów lotnych do usuwania metali ciężkich z osadów ściekowych przeznaczonych do nawożenia pól uprawnych

Jednym z problemów związanych z wykorzystaniem ścieków przemysłowych oraz osadów ściekowych powstających w miejskich oczyszczalniach ścieków komunalnych do nawożenia pól uprawnych czy innych rolniczych zastosowań jest zbyt duża zawartość w nich metali ciężkich. Celem pracy było zbadanie możliwości adsorpcji metali ciężkich (Zn, Pb, Cr, Cd) przez popioły lotne pochodzące ze spalania węgla kamiennego oraz brunatnego. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem roztworów wodnych soli danego metalu o udziałach molowych odpowiednio: 50, 5 i 0,5 mmol. Wykazano, że popioły lotne charakteryzują się dobrymi własnościami adsorpcyjnymi. Wzrost wartości wskaźnika pH powoduje zwiększenie efektywności adsoprcji metali ciężkich. Dla pH = 8,0 uzyskano efektywność adsorpcji powyżej 95% dla każdego z badanych metali ciężkich, niezależnie od stężenia roztworu. Obniżenie pH w zależności od stężenia roztworu i rodzaju metalu ciężkiego skutkowało jednak pogorszeniem własności adsorpcyjnych. Utrzymanie odpowiednich warunków procesowych oraz użycie jako adsorbentów popiołów lotnych pozwala na zastosowanie w rolnictwie oczyszczonych z zanieczyszczeń metalicznych osadów ściekowych.

In Poland, there are annually produced ca. 20 million Mg of wastes containing ashes, out of this, the fly ashes are 4.5 million Mg. However, fly ashes require proper management or expensive storage. From the other hand, sewage treatment plants produce also large amounts of sludges having valuable organic compounds for agriculture. Unfortunately, one of the main issues of industrial and sewage sludge applications for agricultural purposes is a high content of heavy metals. The reduction of heavy metals concentration in the sewage sludge may make the product attractive for farm field fertilization. The aim of the work was to investigate the possibility of selected heavy metals retention (Zn, Pb, Cr, Cd) using fly ashes coming from bituminous coal and lignite combustion. The research were carried out with the use of aqueous solutions of given soluble metal hydrated salts [Cr₂(SO₄)₃⋅18H₂O, ZnSO₄⋅7H₂O, Cd(CH₃OO)₂⋅2H₂O, Pb(CH₃OO)₂⋅3H₂O] at molar concentrations 50, 5 and 0.5 mmol, respectively. To the solution sample the amount of 5 g of fly ash was added and mixed for 24 h. The initial and final pH (in the test pH = 2.0; 4.0; 6.0 and 8.0 was maintained) was regulated by the addition of HCl and NaOH. The obtained solution samples were analysed for metal ions by spectroscopic methods ICP-AES employing a VARIAN spectrometer Liberty 220. The efficiency of retention of the selected metals by the fly ashes was calculated as ratio of molar concentrations of the metal in the solution before and after contact with the fly ash. It was shown that fly ashes are characterized by the good adsorption propensities. The increase of pH causes the increase of heavy metals retention effectiveness. For pH = 8.0 the retention effectiveness above 95% for each investigated heavy metal, independently of the concentration of metal ions in the aqueous solution, was observed. However, for lower pH values the decrease of adsorption effectiveness was identified. Moreover, the retention efficiency was different for investigated heavy metals and depended also on the aqueous concentration of the solution. Higher sorption effectiveness of heavy metals at greater pH values is caused also by the change of electric potential of fly ash particles. Negative potential of fly ashes used in the tests (isoelectric point pHIEP < 3) increased the attraction of metal cations in the solution. It was concluded, that the use of fly ashes from combustion of fossil fuels and maintenance of proper process conditions may insure high effectiveness of heavy metals retention and prepare the sewage sludge for fertilization in the agriculture.