Sprawozdanie cw 1

Politechnika Wrocławska Wrocław, 29.05.2011

Instytut Inżynierii Środowiska

GOSPODARKA ODPADAMI

-SPRAWOZDANIE Z ZAJĘC LABORATORYJNYCH

Temat: Stabilizacja/zestalanie niebezpiecznych odpadów mineralnych oraz odkażanie

osadów komunalnych różnymi formami wapna

Prowadzący: Wykonała:

mgr inż. Anna Joczyn Beata Rak

Nr albumu 174092

Rok III

2010/2011

Spis treści

  1. Stabilizacja/zestalanie.

  2. Odkażanie odpadów komunalnych przy użyciu CaO oraz Ca(OH)2.

  1. Stabilizacja i zestalanie.

    1. Wstęp.

Istnieje szereg technologii unieszkodliwiania niebezpiecznych odpadów mineralnych.

O wyborze optymalnego sposobu przetwarzania danego rodzaju odpadów decyduje przede wszystkim ich skład oraz ilość, jak również koszt jednostkowy przetworzenia tony materiału. Z tego tez powodu konieczne jest opracowywanie co raz to nowych, bardzie efektywnych metod unieszkodliwiania oraz ciągłe sprawdzanie skuteczności metod obecnie stosowanych, ich optymalizację i udoskonalenie w celu utrzymania zadowalających wyników.

  1. Opis ćwiczenia laboratoryjnego wraz z wynikami.

Proces stabilizacji i zestalania osadu galwanizerskiego przeprowadzono przy użyciu

popiołu i cementu portlandzkiego.

Stosowane osady galwanizerskie pochodzą z zakładu zlokalizowanego na Dolnym Śląsku specjalizującego się w pasywacji niebieskim chromem trójwartościowym oraz galwanicznym: cynkowaniu, niklowaniu i miedziowaniu. Materiał badawczy jest mieszaniną wodorotlenku: chromu (III), miedzi(II), cynku(II) i niklu(II).

W pierwszym etapie ćwiczenia określono uwodnienie i masę organiczną przetwarzanych odpadów. Wyniki przedstawiono w tabeli 1.

Wyniki zmian składu chemicznego osadu i stężenia kationów metali w ługach przedstawiono w tabelach.

Tabela 1. Uwodnieni i masa organiczna poszczególnych materiałów.

Materiał Uwodnienie Masa organiczna Przewodnictwo pH
1 2 3 4 5
PN-EN-12457-4 TCLP
[-] [%] [%] mS/cm mS/cm
Osad 74,07 29,09 1,933 1,828
Cement 0,17 0,12 3,310 10,840
Popiół 0,31 67,53 1,822 3,880

W kolejnym etapie dokonano oznaczenia pH i przewodnictwa unieszkodliwianych osadów galwanizerskich w oparciu o normę PN-EN-12457-4 oraz test TCLP.

Testy wykonano w następujący sposób:

Przygotowano trzy próbki zawierające kolejno 50 g osadu galwanizerskiego, cementu i popiołu, które zalano 500 ml wody destylowanej. Wszystkie próbki w kolejnym etapie wytrząsano przez 0,5h, a następnie sączono. W uzyskanych ługach dokonano pomiaru pH oraz przewodnictwa właściwego.

Przygotowano trzy próbki zawierające kolejno 25 g osadu galwanizerskiego, cementu i popiołu, które zalano 500 ml kwasu octowego o pH= 2,88. Wszystkie próbki w kolejnym etapie wytrząsano przez 0,5h, a następnie sączono. W uzyskanych ługach dokonano pomiaru pH oraz przewodnictwa właściwego.

Wyniki analizy składu chemicznego osadów oraz stężeń kationów metali w ługach z testów na wymywanie zanieczyszczeń zestawiono w tabelach i przedstawiono poniżej.

Tabela 2. Stężenie analizowanych kationów metali w osadzie galwanizerskim oraz ługu przeprowadzonego zgodnie z normą PN-EN-12457-4: 2006.

Wskaźnik Skład surowego osadu Ilość kationów metali w naważce osadu uwodnionego Ilość kationów metali jak przeszła z cieczy nadosadowej Stężenie kationów metali w cieczy nadosadowej Ilość kationów metali jak przeszła do roztworu Wartość pH cieczy nadosadowej
[mg/kgSm] [mg] [mg] [mg/dm3] [%] [-]
Cr(III) 78075 3571,62 0,96 2,1 0,03 5,64
Cu(III) 54712 2502,86 14,53 31,8 0,58
Zn(III) 37939 1735,56 299,34 655,0 17,25
Ni(III) 2196 100,46 9,97 21,6 9,83

Naważka- 178 g

Objętość analizowanej próbki- 457 cm3

Uwodnienie osadów- 74,3 %

Tabela 3. Stężenie analizowanych kationów metali w osadzie galwanizerskim oraz ługu przeprowadzonego zgodnie z testu TCLP.

Wskaźnik Skład surowego osadu Ilość kationów metali w naważce osadu uwodnionego Ilość kationów metali jak przeszła z cieczy nadosadowej Stężenie kationów metali w cieczy nadosadowej Ilość kationów metali jak przeszła do roztworu Wartość pH cieczy nadosadowej
[mg/kgSm] [mg] [mg] [mg/dm3] [%] [-]
Cr(III) 78075 601,96 31,35 209 5,21 4,38
Cu(III) 54712 421,83 69,00 460 16,36
Zn(III) 37939 292,51 79,20 528 27,08
Ni(III) 2196 16,93 2,60 17,3 15,33

Naważka- 30 g

Objętość analizowanej próbki- 150 cm3

Uwodnienie osadów- 74,3 %

Tabela 4. Stężenie analizowanych kationów metali w cemencie portlandzkim oraz ługu

z normą PN-EN-12457-4: 2006.

Wskaźnik Skład surowego osadu Ilość kationów metali w naważce osadu uwodnionego Ilość kationów metali jak przeszła z cieczy nadosadowej Stężenie kationów metali w cieczy nadosadowej Ilość kationów metali jak przeszła do roztworu Wartość pH cieczy nadosadowej
[mg/kgSm] [mg] [mg] [mg/dm3] [%] [-]
Cr(III) 39,4 1,76 0,09 0,21 5,38 12,24
Cu(III) 22,8 1,02 0,002 0,005 0,22
Zn(III) 108 4,82 0,02 0,04 0,37
Ni(III) 838 37,37 0,005 0,01 0,01

Naważka- 45 g

Objętość analizowanej próbki- 450 cm3

Uwodnienie osadów- 0,89 %

Tabela 5. Stężenie analizowanych kationów metali w cemencie portlandzkim oraz ługu z testu TCLP.

Wskaźnik Skład surowego osadu Ilość kationów metali w naważce osadu uwodnionego Ilość kationów metali jak przeszła z cieczy nadosadowej Stężenie kationów metali w cieczy nadosadowej Ilość kationów metali jak przeszła do roztworu Wartość pH cieczy nadosadowej
[mg/kgSm] [mg] [mg] [mg/dm3] [%] [-]
Cr(III) 39,4 0,98 0,075 0,15 7,68 10,84
Cu(III) 22,8 0,56 0,01 0,02 1,77
Zn(III) 108 2,68 0,005 0,01 0,19
Ni(III) 838 20,76 1,195 2,39 5,76

Naważka- 25 g

Objętość analizowanej próbki- 500 cm3

Uwodnienie osadów- 0,89 %

Tabela 6. Stężenie analizowanych kationów metali w popiołach lotnych oraz ługu przeprowadzonego zgodnie z normą PN-EN-12457-4: 2006.

Wskaźnik Skład surowego osadu Ilość kationów metali w naważce osadu uwodnionego Ilość kationów metali jak przeszła z cieczy nadosadowej Stężenie kationów metali w cieczy nadosadowej Ilość kationów metali jak przeszła do roztworu Wartość pH cieczy nadosadowej
[mg/kgSm] [mg] [mg] [mg/dm3] [%] [-]
Cr(III) 104 4,66 0,126 0,28 2,70 11,4
Cu(III) 198 8,87 0,00045 0,001 0,01
Zn(III) 375 16,80 0,0765 0,17 0,46
Ni(III) 156 6,99 0,144 0,32 2,06

Naważka- 45 g

Objętość analizowanej próbki- 450 cm3

Uwodnienie osadów- 0,45 %

Tabela 7. Stężenie analizowanych kationów metali w popiołach lotnych oraz ługu przeprowadzonego zgodnie z testu TCLP.

Wskaźnik Skład surowego osadu Ilość kationów metali w naważce osadu uwodnionego Ilość kationów metali jak przeszła z cieczy nadosadowej Stężenie kationów metali w cieczy nadosadowej Ilość kationów metali jak przeszła do roztworu Wartość pH cieczy nadosadowej
[mg/kgSm] [mg] [mg] [mg/dm3] [%] [-]
Cr(III) 104 2,59 0,10 0,20 3,86 4,61
Cu(III) 198 4,93 0,99 1,97 19,99
Zn(III) 375 9,34 1,85 3,69 19,77
Ni(III) 156 3,89 0,44 0,87 11,20

Naważka- 25 g

Objętość analizowanej próbki- 500 cm3

Uwodnienie osadów- 0,45 %

W kolejnym etapie zestalano osad galwanizerski przy użyciu cementu portlandzkiego oraz trzech mieszanin cementowo- popiołowych, w których udział procentowy cementu i popiołów lotnych C/P wynosi odpowiednio: 70/30, 50/50, 40/60.Do ww. mieszanin stabilizujących (MS) wprowadzono osady surowe (G) w proporcji G/MS= 3/1.

Wszystkie komponenty wymieszano mechanicznie w reaktorze do zapraw cementowych Tecnotest B205/X5 przez ok. 120 s do momentu uzyskania jednolitej barwy i konsystencji. Następnie do próbek dodano wodę zarobową i mieszano przez kolejne 180 s. Uzyskaną masę formowano w postaci walców i zagęszczono na stole wibracyjnym przez 300 s. Tak przygotowane próbki przechowywano przez 28 dni (tzw. okres dojrzewania w szafie termostatycznej w temp. 20°C), przy czym po 3 dniach próbki rozformowano i pozostawiono na kolejne 25 dni maturacji. Po 28 dniach dojrzewania oceniono efektywność procesów stabilizacji /zestalania na podstawie pomiarów wytrzymałości mechanicznej na ściskanie oraz analizy chemicznej ługów z testów na wymywanie zanieczyszczeń z godnie z procedurą TCLP oraz normą PN-EN-12457-4: 2006. Wyniki analizy przedstawiono poniżej.

Tabela 8. Skład próbek

Próba Osady Cement Popioły Woda zarobowa Wytrzymałość mechaniczna na ściskanie
[g] [g] [g] [cm3] [MPa]
3/1 100/0 200 67 0 Ok. 20 1,11
3/1 70/30 200 47 20 Ok. 20 0,77
3/1 50/50 200 33,5 33,5 Ok. 20 0,59
3/1 40/60 200 27 40 Ok. 20 0,68
3/1 0/100 200 0 67 Ok. 20 -

Tabela 9. Stężenie Cr, Cu, Zn i Ni w ługach z testów TCLP oraz PN-EN-12457 przeprowadzonych na próbkach zestalonych osadów surowych stabilizowanych przez 28 dni (proporcja osady/mieszanina stabilizująca 3/1)

Próba Czas pH cieczy nadosadowej Przewodnictwo właściwe Cr Cu Zn Ni
[h] [mS/cm] [mg/dm3] [mg/dm3] [mg/dm3] [mg/dm3] [mg/dm3]
100/0 3/1 24 11,10 3,18 5,08 0,73 <0,009 < 0,03
18 6,86 7,29 0,21 0,59 3,19 0,72
70/30 3/1 24 10,71 3,86 2,0 1,53 < 0,009 < 0,03
18 6,95 7,79 0,35 1,66 11,23 0,47
50/50 3/1 24 10,52 4,71 1,35 0,29 < 0,009 0,05
18 6,28 7,23 0,22 3,01 21,86 0,71
40/60 3/1 24 9,51 5,24 0,32 0,34 < 0,009 < 0,03
18 6,17 7,58 0,13 11,23 35,38 1,13
Wartości dopuszczalne 24 - - 2,5 30 15 3
18 - - 5 - - -
  1. Wnioski

Z analizy wyników wytrzymałości mechanicznej na ściskanie wynika, że im większa proporcja zawartości cementu do popiołu w próbie tym większa jej wytrzymałość na ściskanie. Aczkolwiek po dodaniu do próby cementu i popiołu w tej samej proporcji jej wytrzymałość mechaniczna na ściskanie jest mniejsza niż w przypadku zwiększenia tego stosunku na niewielka korzyść popiołu.

Z analizowanych prób zestalonych osadów surowyc, stabilizowanych przez 28 dni wynika, że im dłuższy czas stabilizacji próby, tym wyższe pH oraz niższe przewodnictwo właściwe.

Zaobserwowano, że po 24 h stabilizacji stężenie analizowanych metali w ługach w poszczególnych próbach maleje, poza stężeniem chromu, które niewiele wzrasta. Największą różnicę stężeń widać w próbie 40/60 3/1, gdzie stężenie analizowanych metali drastycznie spada w porównaniu do innych prób, po tym samym czasie stabilizacji. Wszystkie badane stężenia mieszczą się jednak w dopuszczalnych wartościach.

W próbie zwierającej jedynie dodatek cementu potwierdza się wcześniejsza teza, z wyjątkiem stężenia chromu, które po 24 h stabilizacji gwałtownie wzrasta przekraczając dopuszczalne wartości.

  1. Odkażanie odpadów komunalnych CaO i Ca(OH)2.

2.1. Wstęp.

W efekcie oczyszczania ścieków wydzielane są osady ściekowe, które z agrochemicznego z punktu widzenia mogą być czynnikiem poprawiającym jakość i strukturę gleby. Zanim jednak zostaną one wykorzystane na cele rolnicze, wymagają stabilizacji – likwidacji zdolności do zagniwania oraz eliminację organizmów chorobotwórczych.

  1. Opis ćwiczenia laboratoryjnego wraz z wynikami.

Do odkażania odpadów komunalnych użyto wapna palonego i hydratyzowanego. Wapno

cechuje się bardzo dużym rozdrobnieniem, wysoce egzotermiczną reakcją z wodą, silną zasadowością oraz zdolnością absorbowania znacznej ilości wody i jej retencji.

Wapno palone (CaO) składa się głównie z tlenku wapnia CaO oraz tlenku magnezu MgO. Występuje w postaci bezpośredniego produktu wypalenia jako wapno palone kawałkowe, które z wodą wchodzi w reakcję egzotermiczną i służy do wykonywania ciasta wapiennego lub do dalszej przeróbki przez rozdrobnienie na spoiwo proszkowe- wapno palone mielone, a także do produkcji wapna suchogaszonego.

Wapno gaszone ( hydratyzowane Ca(OH)2) do celów użytkowych jest poddawane gaszeniu (łączenie z wodą wg reakcji hydratacji, dając wapno hydratyzowane), któremu towarzyszy gwałtowne wydzielenie dużych ilości ciepła i zwiększenie objętości. Przy gaszeniu wapna należy bezwzględnie przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy z uwagi na wysoką temperaturę wapna, ryzyko rozprysku i poparzenia, a także ze względu na alkaliczny charakter wapna.

Tabela 10. Zawartość wapna palonego i hydratyzowanego w poszczególnych próbkach.

Nr próbki Naważka osadów surowych Dawka wapna palonego Dawka wapna hydratyzowanego
[g] [g] [g]
1 100 10 5
2 100 15 8
3 100 20 12
4 100 25 18
5 100 30 25

W pierwszym etapie ćwiczenia przygotowano 5 naważek zawierających po 100 g osadu

Galwanizerskiego, do których dodano wapno gaszone (Ca(OH)2) (zgodnie z tabelą 10). Składniki zmieszano razem i odstawiono na pół godziny. Po tym czasie z każdej próbie odważono 50 g i dodano 500 cm3 wody destylowanej. Próby przeniesiono na urządzenie wytrząsające i wytrząsano pół godziny. Następnie zlano ciecz znad osadu każdej próbki i dokonano pomiaru pH oraz przewodnictwa właściwego. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 11.

W kolejnym etapie przygotowano 5 kolejnych próbek z osadem galwanizerskim- po 100g każda- do których dodano wapno palone (CaO) (zgodnie z tabelą 10). Składniki wymieszano i dokonano natychmiastowego pomiaru temperatury co 1 min przez 30 min. Wyniki pomiaru przedstawiono na wykresie 1

.

Wykres 1. Wykres przebiegu zmian temperatury od czasu w próbach osadu galwanizerskiego

z wapnem palonym (CaO).

Po pomiarze temperatury próbki nastawiono na wyciąg wodny-odważono 50 g z każdej i dodano 500 cm3 wody destylowanej. Próby przeniesiono na urządzenie wytrząsające i wytrząsano pół godziny. Następnie zlano ciecz znad osadu każdej próbki i dokonano pomiaru pH oraz przewodnictwa właściwego. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 11.

Tabela 11. Wyniki pomiarów pH i przewodnictwa właściwego w badanych próbkach

osadu galwanizerskiego.

CaO Ca(OH)2
Próba pH przewodnictwo [mS/cm]
1 13,64 7,65
2 13,7 8,27
3 13,72 8,12
4 13,73 8,34
5 13,75 8,31

Tabela 12. pH oraz przewodnictwo badanego osadu komunalnego.

Badany materiał pH Przewodnictwo
Osad 8,06 0,708 mS/cm

We wszystkich badanych próbach oznaczono uwodnienie i masę organiczną. Wyniki przedstawiono w tabeli 13.

Tabela 13. Uwodnieni i masa organiczna poszczególnych materiałów.

Substancja Nr próbki Uwodnienie Masa organiczna
1 2 3
[-] [%] [%]
CaO 1 66,85 0,6047
2 64,30 0,3149
3 58,99 0,2536
4 57,14 0,1818
5 0,1211
Ca(OH)2 1 0,7445 0,4894
2 0,7398 0,4158
3 0,7340 0,3084
4 0,6716 0,2653
5 0,6376 0,1756

Tabela 14. Rezultaty dezaktywacji osadów przefermentowanych o uwodnieniu 80%.

Próbka Dawka wapna palonego Dawka wapna palonego Temperatura max. Czas konieczny do uzyskania temperatury max.

Glista świńska

(Ascaris l.suum)

kgCaO/kg osadów kgCaO/kg sm osadów °C min w 1cm3
1 0,1 0,5 37,5 4 (++)
2 0,15 0,75 52 4 (++)
3 0,2 1 62 5 -
4 0,25 1,25 97,7 1 -
5 0,3 1,5 100,1 1 -

Tabela 15. Zmiany składu biologicznego osadu wtórnego podczas alkalizacji wodorotlenkiem wapnia (uwodnienie początkowe osadu 98,97%).

Parametr/wskaźnik.jednostka Próbka po 1 dobie kontaktu Próbka po 2 dobie kontaktu Próbka po 3 dobie kontaktu
1 2 3
Dawka wapna kg Ca(OH)2/kg osadów 0,05 0,08
kg Ca(OH)2/kg Sm osadów 4,85 7,77
pH 9,23 10,30 11,63
Bakterie Salmonella w 1 cm3 Obecne brak brak
Grzyby pleśniowe w 1 cm3 Obecne (+++) Obecne (+++) brak
Glista świńska (Ascaris l. suum) w 100 cm3 Obecne (+++) Obecne (+++) Obecne (+++)
  1. Wnioski

W procesie wapnowania CaO dzięki uzyskaniu wysokiej temperatury procesu i silnie alkalicznego odczynu usunięto z osadu przefermentowanych jaj glisty świńskiej (Ascaris l. suum). W próbkach 3,4,5 nie wykryto ich wcale. Natomiast w próbkach 1 i 2 wykryto pojedyncze jaja (ze względu na niższą temperaturę procesu- przebiegał on w temperaturze do 100°C). Wynika stąd, że im silniej zasadowe środowisko i wyższa temperatura procesu tym silniejsze właściwości niszczące Ascaris l. suum.

W osadach wtórnych podczas alkalizacji wodorotlenkiem wapna (Ca(OH)2) obecność bakterii Salmonella wykryto w obu przypadkach w próbkach nr 1 w każdej dobie kontaktu. W pozostałych próbkach- brak. Świadczy to o tym, że bakteria ta ginie przy pH powyżej 10.

Grzyby pleśniowe wykryto w obu procesach wapnowania w próbkach 1 i 2 po 1 i 2 dobach kontaktu, natomiast w 3 dobie tylko w próbce nr 1. Wynika stąd, że na bakteriobójcze działanie wapna duży wpływ ma przy pleśniach czas.

Bakteria Ascaris l. suum w pierwszej dobie kontaktu jest obecna licznie we wszystkich próbach. Po dwóch dobach liczne bakterie obecne są w próbkach 1 i 2. W próbce 3 i 4 ilość bakterii uległa niewielkiemu zmniejszeniu. Natomiast w próbce nr 5 nie wykryto bakterii glisty świńskiej. W 3 dobie odnotowano liczne bakterie w próbie 1 i 2, natomiast w próbach 3,4,5 całkowity brak. Wynika stąd, że na likwidację bakterii Ascaris l. suum istotny wpływ ma nie tylko pH, ale przede wszystkim czas kontaktu wapna z osadami.

Większość bakterii, grzybów oraz jaj glisty świńskiej ginie przy pH 11,16-11,3 po upływie trzech dób.

Podobnie jak w przypadku wapnowania CaO, analiza pH oraz przewodnictwa właściwego wykazała, że wraz ze wzrostem zawartości wapna w próbie wartości badanych parametrów rosną. Pewne nieścisłości pojawiają się jednak w próbkach 3 i 4, prawdopodobnie wynikają one z przypadkowej zamiany próbek.

Z analizy danych wynika, że jaja glisty świńskiej giną najszybciej i najskuteczniej w silnie alkalicznym środowisku w temperaturze ok. 90°C już po 1 minucie.

Masa organiczna oraz uwodnienie poszczególnych prób maleje wraz ze wzrostem ilości dodanego do nich wapna.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Karta sprawozdania cw 10
chemia fizyczna wykłady, sprawozdania, opracowane zagadnienia do egzaminu Sprawozdanie ćw 7 zależ
Sprawozdanie ćw 1 Poprawa
Sprawozdanie ćw"
sprawozdanie z ćw 7,8 KWP1
nom sprawozdanie cw 5
SPRAWOZDANIE 3 Ćw
sprawozdanie ćw 2 diody
sprawozdanie ćw nr 1(1)
nom sprawozdanie cw 9
@sprawozdanie cw 3 id 38478 Nieznany (2)
@sprawozdanie cw 4 id 38479 Nieznany (2)
Karta sprawozdania cw 4
lampa Browna, studia, studia, sprawozdania, Ćw 24, ćw24 zaliczone
sprawozdanie1 cw.4, Technologia chemiczna, 5 semestr, analiza instrumentalna, sprawozdania
Sprawozdanie ćw.4, Technologia żywności, semestr II, fizyka, x
SPRAWOZDANIE CW 14, Semestr 1, Fizyka

więcej podobnych podstron