5. Wyniki badań
5.1. Charakterystyka materiału badawczego
Osad ściekowy wybrany do badań pochodził z Oczyszczalni Ścieków
„Hajdów” w Lublinie. Wybór ten nie był przypadkowy. Monitoring właściwości fizykochemicznych wykazywał bowiem nieprzydatność tego osadu do rolniczego wykorzystania, co zostanie omówione w następnym rozdziale. Do modyfikacji właściwości badanego osadu ściekowego zastosowano następujące odpady mineralne:
• lotny popiół energetyczny i produkt z odsiarczania spalin technologią półsuchą z urządzeń FUM „Kamax” Elektrociepłowni „Lublin” (Daewoo Motor Polska) w Lublinie,
• lotny popiół energetyczny i produkt z odsiarczania spalin technologią półsuchą z odpylaniem spalin z Elektrowni „Łagisza” w Będzinie,
• karbońskie odpady powęglowe z kopalń węgla kamiennego „Bogdanka”
i „Halemba”,
• glinę odpadową z odkrywki piasku w Sernikach (woj. lubelskie),
• masę poformierską (odwałową) z Fabryki Samochodów Ciężarowych Daewoo w Lublinie.
5 . 1 . 1 . K o m u n a l n e o s a d y ś c i e k o w e 5.1.1.1. Charakterystyka osadu ściekowego
Zgodnie z Ustawą z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach (Dz.U. nr 62, poz.
628) i Załącznikiem do Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. nr 112, poz. 1206) osady ściekowe z komunalnej Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie zostały zaliczone do grupy 19, podgrupy 08, pod kodem 19 08 05. Odpady o tym kodzie nie są oznaczone jako odpady niebezpieczne w załączniku do cytowanego Rozporządzenia.
Badany osad ściekowy pobrano z wyrzutnika taśmowego odprowadzającego osad po odwodnieniu na prasach Bellmera. W stanie wilgotności quasi-naturalnej, czyli po procesie odwadniania (prasowania), osad charakteryzował się 70% wilgotnością, dużą nasiąkliwością, niskimi parametrami wytrzymałościowymi: kątem tarcia wewnętrznego około 4–5° i spójnością – około 11–12 kPa oraz współczynnikiem filtracji 2,5·10-6 m/s (Bzowski, Zawiślak 1996). Ponadto, moduł ściśliwości pierwotnej wyznaczony dla zakresu obciążeń 50–200 kPa wynosił około 440 kPa.
Badania mineralogiczne osadu ściekowego z oczyszczalni „Hajdów” w Lublinie wykazały, że substancję mineralną osadu stanowił: kwarc, kalcyt, minerały ilaste oraz trudne do identyfikacji fosforany wapnia (rys. 1). Wśród minerałów ilastych oznaczono illit, kaolinit i wermikulit. Możliwe jest występowanie połączeń organomineralnych z udziałem minerałów ilastych, a także obecność illitu i kaolinitu w strukturach mieszanopakietowych oraz w połączeniach z fosforanami (Bzowski, Dawidowski 1996). Ponieważ monitoring podstawowego składu chemicznego osadów ściekowych
z tej oczyszczalni prowadzony w okresie zimowo-wiosennym w latach 1995-2000, nie wykazywał znaczących różnic (tab. 1), przyjąć można, że także skład mineralny nie ulegał w tym okresie gwałtownym zmianom.
Rys. 1. Dyfraktogramy suszonego (1) i sedymentowanego (2) osadu ściekowego z oczyszczalni
„Hajdów” w Lublinie: C – kalcyt, I – illit, K – kaolinit, F – fosforany Ca, Q – kwarc, W – wermikulit Fig. 1. Diffraction pattern of dried (1) and sedimented (2) sewage sludge from sewage-treatment plant
“Hajdów” in Lublin: C – calcite, I – illite, K – kaolinite, F – phosphate Ca, Q – quartz, W – vermiculite
Wyliczone wartości odchylenia standardowego i współczynników zmienności były małe (tab. 1). Świadczyć to może o stabilizacji procesu oczyszczania ścieków w oczyszczalni oraz małej zmienności ich chemizmu. Osady ściekowe wykazały niewielki wzrost zawartości substancji organicznej, o czym mogą świadczyć oznaczone wartości strat prażenia. Ponad połowę składu części nieorganicznej stanowiła krzemionka, znaczące były również ilości wapnia, żelaza i glinu. Zawartości fosforu, oznaczone w badanych osadach jako P2O5, związane prawdopodobnie z substancją organiczną, wynosiły od 2,28 do 4,6%
P2O5. Pozostałe składniki nie przekroczyły 2% składu osadu (tab. 1).
Tabela 1. Wyniki badań składu chemicznego osadów ściekowych z oczyszczalni ścieków „Hajdów”
prażenia 54,52 56,37 57,88 56,85 59,95 61,87 62,28 63,14 3,16 5,3 Suma 99,57 99,66 99,52 99,68 99,36 99,33 99,44 99,68 – –
Wniosek o stabilizacji właściwości chemicznych badanych osadów ściekowych z oczyszczalni „Hajdów” stał się wątpliwy po prześledzeniu wyników badań zawartości metali ciężkich w osadach. Już wcześniejszy, prowadzony w 1994 roku, monitoring ilości metali ciężkich w osadach ściekowych z oczyszczalni „Hajdów” wykazał dużą zmienność ich zawartości (Jackowska, Piotrowski 1995). Zmienność ta została potwierdzona wynikami badań uzyskanymi w latach 1995−2000 (rys. 2, tab. 2).
Szczegółowa analiza danych prowadzonego monitoringu dwutygodniowego, w ciągu całego 1996 roku, potwierdziła nie tylko zmienność roczną (w tym samym sezonie), ale również zmienność sezonową w ciągu całego roku (rys. 3). Wyniki badań prowadzonych od stycznia do września 2000 roku wykazały natomiast znaczny wzrost zawartości metali ciężkich (rys. 4). Całoroczne wysokie, ponadnormatywne zawartości kadmu i niklu oraz okresowe cynku, w stosunku do dopuszczalnych ilości dla rolniczego wykorzystania osadów, potwierdziły konieczność poszukiwania innych sposobów ich zagospodarowania.
Rys. 2. Monitoring (1995−2002) kadmu i miedzi w osadach ściekowych Oczyszczalni Ścieków „Hajdów”
w Lublinie. Linią czarwoną zaznaczono wartość dopuszczalną w komunalnych osadach ściekowych wykorzystywanych w rolnictwie oraz do rekultywacji gruntów na cele rolne, a linią czarną wartość dopuszczalną w osadzie przeznaczonym do rekultywacji terenów na cele nierolne (Rozp. Ministra Środowiska z 1.08.2002 r., Dz.U. nr 134, poz.1140)
Fig. 2. Monitoring of cadmium and cooper content in sewage sludge from sewage-treatment plant
“Hajdów” in Lublin. Limit value for sewage sludge utilized in agriculture and in ground reclamation for agricultural purpose is marked with a red line. Limit value for sewage sludge for reclamation of areas for non-agricultural purpose is marked with a black line (Ministry of Environment Decree from 1.08.2002, Journal of Act NR 134, item 1140)
Rys. 2 (cd). Monitoring (1995−2002) ołowiu i chromu w osadach ściekowych Oczyszczalni Ścieków
„Hajdów” w Lublinie. Linią czarwoną zaznaczono wartość dopuszczalną w komunalnych osadach ściekowych wykorzystywanych w rolnictwie oraz do rekultywacji gruntów na cele rolne, a linią czarną wartość dopuszczalną w osadzie przeznaczonym do rekultywacji terenów na cele nierolne (Rozp.
Ministra Środowiska z 1.08.2002 r., Dz.U. nr 134, poz.1140)
Fig. 2 (cont.). Monitoring of lead and chromium in sewage sludge from sewage-treatment plant Hajdów”
in Lublin. Limit value for sewage sludge utilized in agriculture and in ground reclamation for agricultural purpose is marked with a red line. Limit value for sewage sludge for reclamation of areas for non-agricultural purpose is marked with a black line (Ministry of Environment Decree from 1.08.2002, Journal of Act NR 134, item 1140)
Rys. 2 (cd). Monitoring (1995−2002) niklu i cynku w osadach ściekowych Oczyszczalni Ścieków
„Hajdów” w Lublinie. Linią czarwoną zaznaczono wartość dopuszczalną w komunalnych osadach ściekowych wykorzystywanych w rolnictwie oraz do rekultywacji gruntów na cele rolne, a linią czarną wartość dopuszczalną w osadzie przeznaczonym do rekultywacji terenów na cele nierolne (Rozp.
Ministra Środowiska z 1.08.2002 r., Dz.U. nr 134, poz.1140)
Fig. 2 (cont.). Monitoring of nickel and zinc in sewage sludge from sewage-treatment plant “Hajdów” in Lublin. Limit value for sewage sludge utilized in agriculture and in ground reclamation for agricultural purpose is marked with a red line. Limit value for sewage sludge for reclamation of areas for non-agricultural purpose is marked with a black line (Ministry of Environment Decree from 1.08.2002, Journal of Act NR 134, item 1140)
Tabela 2. Statystyczna zmienność zawartości metali ciężkich w osadach ściekowych Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie (lata 1995−2000)
Metal Liczba próbek
n
Zawartość Odchylenie
standardowe Współczynnik zmienności średnia minimalna maksymalna
ppm, [mg/kg] %
Cd 8 63 37 162 41,2 65,4 Co 6 43 15 68 18,9 43,9
Cr 8 147 99 254 47,2 32,1
Cu 8 256 180 347 61,7 24,1
Hg 6 2 < 1 5 2,3 115,0
Ni 8 160 86 344 94,0 58,7
Pb 8 82 19 190 50,6 61,7
Zn 8 2002 1086 2650 570,7 28,5
Metale ciężkie zawarte w osadach ściekowych z Oczyszczalni Ścieków
„Hajdów” w Lublinie związane są zarówno z substancją mineralną, jak i organiczną.
Podjęto próbę określenia form występowania cynku i miedzi w tych osadach.
Pierwiastki te wybrano dlatego, że w monitorowanym okresie (1995−2000) ich zawartość w osadach, wśród badanych metali ciężkich, była największa i wykazywała najmniejszą zmienność (tab. 2).
Rys. 3. Zawartość metali ciężkich, oznaczona w 1996 roku, w osadach ściekowych Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie
Fig. 3. Concentration of heavy metals, determined in 1996, in sewage sludge from sewage-treatment plant “Hajdów” in Lublin
Rys. 4. Zawartość metali ciężkich, oznaczona w 2000 roku, w osadach ściekowych Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie
Fig. 4. Concentration of heavy metals, determined in 2000, in sewage sludge from sewage-treatment plant “Hajdów” in Lublin
Do analizy specjacyjnej użyto wyciągów sekwencyjnych wykonanych według preparatyki W. Emmericha i współpracowników (1982). Miedź i cynk oznaczono w formach: wymiennej (1,0M KNO3), organicznej (0,5M NaOH), węglanowej (0,05M EDTA) i rezydualnej (4,0M HNO3). Z analizy wynika, że w porównaniu z ilościami całkowitymi, prawie 24% Cu i 15% Zn znajdowało się w formie organicznej.
Niewielkie były zawartości miedzi w formie wymiennej i węglanowej, a cynku w formie wymiennej (tab. 3). W porównaniu z ilością całkowitą, 38,5% miedzi oraz 50,3%
cynku występowało w formie organicznej i węglanowej. Badania specjacyjne innych osadów ściekowych wykazały, że nawet 90% miedzi może występować w formie organicznej, natomiast cynk może być związany zarówno w formie organicznej (28,7%), jak i tlenków żelaza oraz manganu (65,5%), (Rosik--Dulewska 2000).
Ponieważ 35,2% cynku występuje w formie węglanowej, w glebach nawożonych osadem z Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” wzrastać będą ilości cynku łatwo dostępnego dla roślin. Ponadto, metale ciężkie związane z tlenkami żelaza i manganu oraz materią organiczną, w tym przypadku cynk, także stanowią potencjalne źródło metali dostępnych dla roślin. Uwalnianie ich w środowisku glebowym zachodzi znacznie wolniej w porównaniu z uwalnianiem metali związanych z frakcją wymienną i węglanową (Rosik-Dulewska 2002). Zarówno całkowite zawartości cynku w osadzie ściekowym z Oczyszczalni Ścieków „Hajdów”, jak i wyniki badań specjacyjnych tego metalu, wskazały na potrzebę innego niż przyrodnicze wykorzystanie tego osadu.
Tabela 3. Wyniki specjacji Cu i Zn w osadzie ściekowym Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie
Metal
Uzupełnieniem charakterystyki chemicznej badanych osadów ściekowych są dane dotyczące zawartości składników podstawowych i metali ciężkich rozpuszczalnych w wodzie (tab. 4 i 5).
Przy pH od 7,1 do 7,8 z badanych osadów ściekowych wymywało się najwięcej: od 140 do 300 mg NNH4/dm3 oraz od 500 do 680 mg SO4/dm3. We wszystkich wyciągach wodnych (1:10) stwierdzono obecność: 21−51 mg Na/dm3, 12−33 mg K/dm3, 14−43 mg Cl/dm3, 0,03−0,48 mg Ni/dm3, 0,04−0,12 mg Zn/dm3. W niektórych wyciągach obecne były inne metale ciężkie: Cu od 0,05 do 0,10 mg/dm3, Cr do 0,07 mg/dm3, Cd do 0,01 mg/dm3 i Pb do 0,05 mg/dm3. Rtęci powyżej 0,001 mg/dm3, tj. granicy wykrywalności metodą
„zimnych par” ASA, nie stwierdzono.
Tabela 4. Wyniki badań składników podstawowych w wyciągach wodnych z osadów ściekowych Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie
Skład Data wykonania badań
01.1995 05.1995 01.1996 04.1996 04.1997 03.1998 01.1999 01.2000
pH 7,55 7,60 7,40 7,20 7,35 7,10 7,80 7,45
mg/dm3
Na+ 21,5 36,4 47,1 28,6 30,5 33,8 51,0 40,2
K+ 12,6 32,6 21,7 27,4 18,6 15,5 33,0 26,0
Cl- 23,7 14,2 24,4 18,5 34,0 42,6 24,8 28,5 SO42- 585,2 565,4 675,5 615,6 621,5 655,1 501,3 588,7 NNH4+ 141,6 292,0 270,0 212,0 203,0 187,0 234,5 255,0 NNO3- 1,05 0,94 n.o. n.o. 1,10 1,18 0,88 n.o.
n.o. – nie oznaczono.
Tabela 5. Wyniki badań metali ciężkich w wyciągach wodnych z osadów ściekowych Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie
Metal
Data wykonania badań
01.1995 05.1995 01.1996 04.1996 04.1997 03.1998 01.1999 01.2000 mg/dm3
Cd 0,010 < 0,005 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,007 < 0,005 0,007 Cr 0,07 < 0,05 < 0,05 < 0,05 0,02 0,02 < 0,02 0,04 Cu 0,08 < 0,05 < 0,05 0,06 0,08 0,06 0,02 0,06 Fe 2,05 2,98 2,55 2,10 1,75 0,70 1,28 1,55 Hg < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 Mn 0,64 0,32 0,40 0,25 0,36 0,50 0,39 0,28 Ni 0,36 0,43 0,48 0,36 0,12 0,03 0,25 0,15 Pb 0,04 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 0,05 < 0,05 < 0,05 Zn 0,08 0,04 0,05 0,04 0,10 0,12 0,12 0,10
W badanych wyciągach wodnych z osadów ściekowych pobranych w marcu 1998 roku i w styczniu 1999 roku nie stwierdzono obecności: arsenu, cyjanków, siarczynów, azotynów oraz pestycydów. Zawartość fenoli lotnych wahała się w zakresie 0,003−0,03 mg/dm3. Badania zanieczyszczeń organicznych w osadzie ściekowym, ze względu na wysokie koszty analiz, wykonano jednorazowo na próbce osadu ściekowego pobranego w 1998 roku. Oznaczono sumę wielopierścienowych węglowodorów aromatycznych (WWA) oraz polichlorowanych bifenyli (PCBs).
Całkowita zawartość sumy WWA w osadzie ściekowym wynosiła 220 μg/kg, a w wyciągu wodnym nie stwierdzono stężenia większego od 1 μg/dm3, tj. granicy wykrywalności metody. Świadczy to o związaniu WWA z substancją organiczną trudno rozpuszczalną w wodzie. Natomiast całkowita zawartość sumy wszystkich PCBs była niższa od 10 μg/kg.
Badania lizymetryczne osadu ściekowego z Oczyszczalni Ścieków „Hajdów”
w Lublinie wykazały, że ługowanie wodą o pH = 5,7 w ilości średniorocznych opadów atmosferycznych, w okresie 180 dni, powoduje usunięcie z 1 kg badanego osadu 45,3 mg sodu, 44,5 mg potasu, 77,4 mg chlorków i 918,7 mg siarczanów.
W porównaniu z ilością oznaczoną w wyciągu wodnym w przesączu lizymetrycznym stwierdzono jedynie 12,4% sodu, 13,6% potasu, 16,3% siarczanów i aż 54,5%
chlorków. Otrzymane wartości świadczą o równomiernym i powolnym ługowaniu sodu, potasu i siarczanów, co w przypadku oddziaływania wody deszczowe − osad, wyraźnie minimalizuje niekorzystny wpływ na środowisko. Jedynie chlorki wymywają się trzykrotnie szybciej. Przy małej ich zawartości w badanym osadzie i szybkim wymywaniu stwarza to krótkotrwałe zagrożenie dla środowiska przyrodniczego.
Znacznie większym była alkalizacja środowiska wynikająca z obecności amoniaku w odcieku lizymetrycznym w stężeniu 250 mgNNH4/dm3. Powodowało to wzrost pH tego przesączu do wartości 8,30 oraz osadu w lizymetrze (pH wody „zawieszonej” − 8,50).
Ilości NH4+ usuwane w okresie 180 dni badań lizymetrycznych stanowiły 26,7% ilości oznaczanych w wyciągu wodnym z tego samego osadu ściekowego.
Wynika z tego, że jony amonowe obecne w osadzie, związane prawdopodobnie z substancją organiczną oraz chlorkami i siarczanami, można usunąć przez jeszcze skuteczniejsze odwadnianie tych osadów. Jony amonowe, działając alkalizująco na osad, przyczyniają się do unieruchamiania metali ciężkich w masie osadu. W przesączu lizymetrycznym po 180 dniach ekstrakcji wodą nie stwierdzono obecności: rtęci − powyżej 0,001 mg/dm3, kadmu − powyżej 0,005 mg/dm3 oraz ołowiu − powyżej 0,01 mg/dm3. O występowaniu tego zjawiska świadczą małe stężenia innych metali ciężkich: miedzi 0,08 mg/dm3, cynku 0,19 mg/dm3 i niklu 0,63 mg/dm3. W stosunku do stężeń stwierdzonych w wyciągu wodnym z tego osadu ściekowego, usunięte z lizymetru zawartości cynku stanowiły 15%, niklu i miedzi około 4%, a żelaza zaledwie 2,6%. Wynika z tego, że ilości metali ciężkich oznaczane w wyciągu wodnym znacznie odbiegały od ilości ługowanych wodą deszczową w warunkach naturalnych.
Jest to spowodowane różnicą warunków fizykochemicznych tego procesu.
Właściwości radiometryczne i bakteriologiczne osadów ściekowych z Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” były i są monitorowane przez Miejskie Przedsiębiorstwo Wody i Kanalizacji w Lublinie. Z uzyskanych danych wynika, że w minionych latach (1993−1995) stężenia radionuklidów Ra wahały się od 11 do 35 Bq/kg, a 40K od 150 do 155 Bq/kg (Praca zbiorowa 1995). Wykonane pomiary wykazały zawartości: 226Ra − 30±3 i 35±4 Bq/kg, 228Ra − 16±2 i 18±2 Bq/kg, 224Ra − 14±2 i 11±2 Bq/kg oraz 40K − 140±21 i 165±23 Bq/kg. Prezentowane wartości stężeń
radionuklidów osadu ściekowego można porównać z typowymi naturalnymi wartościami występującymi w skorupie ziemskiej. Wartości podane w raporcie UNSCEAR (1982) są następujące:
226Ra 10−50 Bq/kg,
228Ra 7−50 Bq/kg,
224Ra 7−50 Bq/kg,
40K 100−700 Bq/kg.
Z porównania powyższych danych i stężeń w osadzie ściekowym wynika, że ilości w osadzie mieszczą się w pobliżu małych wartości podanych przedziałów.
W związku z tym osad ściekowy pod względem radiologicznym nie stanowi zagrożenia dla środowiska.
Pod względem sanitarnym osady ściekowe z Oczyszczalni Ścieków „Hajdów”
w Lublinie są dobrze ustabilizowane i już w 1995 roku, po badaniach mikrobiologiczno--parazytologicznych, zostały bezwarunkowo dopuszczone do przyrodniczego (rolniczego, rekultywacyjnego) wykorzystania (Praca zbiorowa 1995).
5.1.1.2. Ocena przydatności badanych osadów ściekowych
Osady ściekowe z Oczyszczalni Ścieków „Hajdów” w Lublinie, ze względu na zawartość kadmu, niklu i cynku, nie mogą być wykorzystywane rolniczo (rys. 2, 3, 4).
Wyniki monitoringu jakości osadów prowadzonego w latach 1995−2002 wykazały, że również w najbliższym czasie będzie to bardzo mało prawdopodobne. Ilość metali ciężkich nie wyklucza jednak możliwości zastosowania tego osadu jako materiału do przekładek technologicznych na składowiskach odpadów komunalnych.
Pod względem właściwości fizykomechanicznych ograniczeniem stosowania osadów ściekowych jako materiału konstrukcyjnego obwałowań wewnętrznych i przekładek technologicznych na składowiskach odpadów komunalnych może być ich duże zawodnienie sięgające ponad 70%. Przy takim zawodnieniu osady charakteryzują się dużą ściśliwością (440 kPa), współczynnikiem filtracji wynoszącym 2,5·10-6 m/s i niskimi parametrami wytrzymałościowymi. Z badań wynika, że przy uwodnieniu poniżej 50% osady ściekowe wykazują mniejszą ściśliwość oraz spójność około 30 kPa, przy kącie tarcia wewnętrznego około 10°. Zagęszczone (odwodnione) osady ściekowe charakteryzują się mniejszymi współczynnikami filtracji i nie wchłaniają wody opadowej (Zawiślak, Bzowski 1996). Zmianę fizycznych parametrów, wynikających z wilgotności osadów ściekowych, można uzyskać przez znaczne ich odwodnienie lub modyfikację, polegającą na dodawaniu różnych substancji mineralnych.
Pod względem chemicznym trudno jest porównywać osady ściekowe z odpadami komunalnymi. Na podobieństwo chemiczne wskazują ich składniki wymywane w wodzie, tj. w wyciągach wodnych z osadów ściekowych i odciekach ze składowisk odpadów komunalnych (Szymański 1987, 1996, 1999, Stefanicki 1993, Bzowski, Zawiślak 1996, Rosik-Dulewska 1999, Szpadt 1999). Z uzyskanych wyników badań stężeń składników wyciągów wodnych z osadów ściekowych wynika, że nie przekraczają ilości przyjętych w odpadach przeznaczonych do składowania na
składowiskach naziemnych (Czarnomski 1998), (tab. 6). Pozostałe parametry badanych osadów, wynikające z zawartości frakcji ilastej, stężenia radionuklidów i właściwości sanitarnych, wskazują na ich przydatność do gospodarczego wykorzystania (nieskładowania) jako materiału na przekładki technologiczne na składowiskach odpadów komunalnych.
Tabela 6. Właściwości wyciągu wodnego dla odpadów składowanych na składowisku naziemnym (wg danych niemieckich, za Czarnomskim 1998)
Oznaczenie Wartość
pH 4 – 13
przewodnictwo elektryczne < 100 000 μS/cm całkowity węgiel organiczny < 200 mg/l
fenole < 100 mg/l
arsen < 1 mg/l
ołów < 2 mg/l
kadm < 0,5 mg/l
chrom (6+) < 0,5 mg/l
miedź < 10 mg/l
nikiel < 2 mg/l
rtęć < 0,1 mg/l
cynk < 10 mg/l
fluorki < 50 mg/l
amoniak < 1000 mg/l
chlorki < 10 000 mg/l
cyjanki łatwo uwalniające 1 mg/l
siarczany < 5 000 mg/l
azotyny < 30 mg/l
związki halogenoorganiczne < 3 mg/l część rozpuszczalna w wodzie < 10% wag.
Badany osad pod względem geotechnicznym nie może być wykorzystywany na przekładki, ponieważ ma zbyt dużą wilgotność i nasiąkliwość. Czynnikiem mogącym poprawić te niekorzystne właściwości jest zaobserwowany w czasie badań
lizymetrycznych proces przesychania osadu i jego agregacja. Kilkakrotny proces namakania i przesuszania prowadzi do zmiany tekstury osadu, co wyraża się wzrostem wodoodporności powstałych agregatów. Zjawiska takie obserwowano w ilastych osadach i gruntach (Andrzejeszczak 1982).
W warunkach składowisk odpadów komunalnych osad ściekowy stosowany jako materiał przekładkowy będzie miał okresowy kontakt z wodą (okresy deszczowe) i z pewnością będzie znacznie wolniej ulegał agregacji. Proces agregacji może poprawić geotechniczne właściwości osadu, na co wskazują badania lizymetryczne.
Po półrocznym okresie przetrzymywania osadu ściekowego w lizymetrze zwiększyła się jego gęstość pozorna o 18,75%, tj. z 0,8 do około 0,95 g/cm3. Jest ona zbliżona do gęstości odpadów komunalnych, co w warunkach składowiska umożliwia samoczynne, niemechaniczne zagęszczanie odpadów. Trudno jednak liczyć na poprawę właściwości fizykomechanicznych badanych osadów ściekowych bezpośrednio związanych z nadmiarem wilgotności. Należy zatem, w celu poprawy właściwości geotechnicznych, poszukiwać dodatków, które aktywnie wpłyną na zmianę struktury, tekstury i składu fizykochemicznego osadów ściekowych nieprzydatnych przyrodniczo, aby mogły być gospodarczo wykorzystane jako materiał do przekładek technologicznych na składowiskach odpadów komunalnych.
Reasumując stwierdzić należy, że badane osady ściekowe wymagają dodatku suchego odpadu mineralnego do zmniejszenia wilgotności, przy równoczesnej modyfikacji właściwości fizykomechanicznych i ekochemicznych.
5.1.2. O d p a d y m i n e r a l n e 5.1.2.1. Popioły energetyczne
Jednym z popularnych odpadów, dostępnych prawie w całej Polsce, są popioły ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego. Do badań nad modyfikacją właściwości fizykochemicznych osadów ściekowych i możliwości wykorzystania mieszanin jako materiału przekładkowego na składowiskach odpadów komunalnych wybrano popioły pochodzące z Elektrociepłowni „Lublin” i Elektrowni „Łagisza”. Wspólną cechą tych popiołów jest brak w nich produktów odsiarczania spalin, a odrębną sposób ich powstawania. Popiół z elektrociepłowni wybrano również z powodów komercyjnych, tj.
bliskości źródła wytwarzania odpadu od oczyszczalni „Hajdów” i składowiska „Rokitno”, miejsca potencjalnego wykorzystania mieszanin.
Zgodnie z Ustawą z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach (Dz.U. nr 62, poz.
628) i Załącznikiem do Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. nr 112, poz. 1206) popioły energetyczne powstające w wyniku spalania węgla zalicza się do grupy 10 podgrupy 01, pod kodem 10 01 02. W Załączniku do cytowanego wcześniej Rozporządzenia, odpady o tym kodzie nie są oznaczone jako odpady niebezpieczne.
POPIÓŁ Z ELEKTROCIEPŁOWNI „LUBLIN”
Popiół energetyczny z Elektrociepłowni „Lublin” powstaje w wyniku spalania węgla kamiennego. Popiół ten jest pozbawiony produktów odsiarczania, ponieważ w zakładzie jest stosowana technologia półsuchego odsiarczania spalin z odpylaniem spalin przed procesem. Użyty do badań popiół był barwy beżowoszarej, o przewadze frakcji pylastej oraz z 7−15% udziałem frakcji ilastej. Sporadycznie w popiele spotkać można było grubsze piaszczyste okruchy, których udział nie przekraczał 10%.
Bezpośrednio pobrany ze zbiornika retencyjnego popiół miał małą wilgotność − około 0,3%, ale jego składowanie powodowało, że wzrastała ona do około 2−3%, co wpływało na obniżenie jego nasiąkliwości, która wahała się od 18 do 26%.
Wśród składników mineralnych popiołu z EC „Lublin” wydzielono fazę krystaliczną i masę amorficzną (szklistą). Badaniami dyfraktometrycznymi udokumen-towano występowanie takich faz krystalicznych, jak: kwarc, mullit i hematyt (rys. 5).
Fazy krystaliczne stanowiły od 50 do 70% składu popiołu, a pozostałość stanowiła substancja amorficzna. Składała się ona ze szkliwa krzemionkowego lub skaleniowcowego, niekrystalicznego mullitu i być może szkliwa krzemianowego. Pod względem chemicznym popiół był typu krzemionkowo-glinowego z około 7% udziałem Fe2O3 (tab. 7).
Rys. 5. Dyfraktogram popiołu (bez produktu odsiarczania spalin) z EC „Lublin”: M − mullit, Q − kwarc, H − hematyt
Fig. 5. Diffraction pattern of ash (without products of sulfur removal from combustion gas) from heat and power station “Lublin”: M – mullite, Q – quartz, H − hematite
Zawartość substancji organicznej w popiele wahała się od 2,5 do 4%, ale była to sadza lub zgrafityzowany węgiel, co nie miało wpływu na sanitarne zagrożenie środowiska w czasie gospodarczego wykorzystywania tego popiołu. Popiół z EC „Lublin” nie zawierał „wolnego” wapna (CaO < 0,1%) przy równoczesnej małej zawartości siarki całkowitej (St = 0,15%). Suma zawartych alkaliów (CaO+MgO+
+Na2O+K2O) wynosiła 8,57%, a alkaliczność (ACS) mierzona stosunkiem tej sumy do
ilości SiO2+Al2O3 równa była 0,104. Dopełnieniem charakterystyki chemicznej badanego popiołu są zawartości metali ciężkich (tab. 8).
Tabela 7. Skład chemiczny popiołów z Elektrociepłowni „Lublin” i Elektrowni „Łagisza”
Składnik EC „Lublin”
Elektrownia „Łagisza”
1998 r. 1999 r. 2000 r.
% wag.
SiO2 50,58 50,64 49,81 49,35
TiO2 1,10 1,23 1,03 0,97
Al2O3 26,89 27,28 23,11 26,36
Fe2O3 7,41 8,36 8,94 7,70
CaO 2,57 2,18 4,88 3,84
MgO 2,24 1,93 3,37 2,15
Na2O 0,54 0,40 0,97 0,74
K2O 2,70 2,87 2,45 2,36
P2O5 0,33 0,36 0,23 0,12
SO3 0,38 1,33 1,41 1,55
Straty prażenia 4,68 2,85 3,48 4,20
Suma 99,42 99,43 99,68 99,50
Tabela 8. Wyniki badań zawartości metali ciężkich w popiołach z Elektrociepłowni „Lublin” i Elektrowni „Łagisza”
Metal EC „Lublin” El. „Łagisza”
1998 1999 2000
mg/kg, [ppm]
Cd 10 < 3 < 3 < 3
Cd 10 < 3 < 3 < 3