The Use of Sequential Extraction for Assessing Environmental Risks of Waste Incineration Bottom Ash/Wykorzystanie Ekstrakcji Sekwencyjnej Do Oceny Zagrożeń Dla Środowiska Powodowanych Przez Żużle I Popioły Z

• Authors: Grzegorz Wielgosiński , Dorota Wasiak , Alicja Zawadzka
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

Thermal treatment of waste is one of the ways of their processing. It is commonly used in most developed countries of the European Union. Major by-products of the combustion processes are slag and bottom ash. In the majority of EU countries bottom ash and slag are used as a priming for road construction. In Poland slag and bottom ash from incineration process are stabilized with the addition of cement and some polymers and are landfilled as wastes. In accordance to Polish law, depending on the leaching of heavy metals from fly ash and slag after thermal treatment of waste can be regarded as both hazardous and non-hazardous wastes. At present work sequential extraction methods described in the literature: Tessier’s method, van Herck’s method and BCR method were compared experimentally with the results of using Swiss standard TVA.SA.1991 and European standard EN 12457 and total concentration of metals in sample analyzed after complete digestion of sample. The study sample was bottom ash from the medical waste incineration plant.

PL

Termiczne przekształcanie odpadów jest jednym ze sposobów ich przetwarzania. Głównymi produktami ubocznymi procesu spalania są żużel i popiół paleniskowy. W większości krajów UE są one wykorzystywane gospodarczo. W Polsce żużle i popioły po termicznym przekształcaniu stabilizuje się z dodatkiem cementu i polimerów i składuje jako odpad. Zgodnie z obowiązującym prawem, w zależności od wymywalności metali ciężkich, żużel i popioły po termicznym przekształcaniu odpadów mogą być uznawane zarówno za odpady niebezpieczne, jak i inne niż niebezpieczne. W pracy porównano doświadczalnie metody ekstrakcji sekwencyjnej opisane w literaturze: metodę Tessiera, metodę van Hercka oraz metodę BRC. Badaniu poddano próbkę popiołu pochodzącą ze spalarni odpadów medycznych.

Keywords

EN

waste incineration; slag and bottom ash; environmental impact; heavy metal leaching; sequential extraction

PL

spalanie odpadów; żużle i popioły; oddziaływanie na środowisko; wymywanie metali ciężkich; ekstrakcja sekwencyjna

• Publisher: De Gruyter Open
• Journal: Ecological Chemistry and Engineering S
• Year: 2014
• Volume: 21
• Issue: 3
• Pages: 413-423

Dates

published

1 - 10 - 2014

online

10 - 10 - 2014

Contributors

author

Grzegorz Wielgosiński

• Lodz University of Technology, ul. Wolczanska 175, 90-924 Lodz, Poland

author

Dorota Wasiak

• Lodz University of Technology, ul. Wolczanska 175, 90-924 Lodz, Poland,

author

Alicja Zawadzka

• Lodz University of Technology, ul. Wolczanska 175, 90-924 Lodz, Poland

References

• [1] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002 roku w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów (DzU 2002, Nr 37, poz. 339 z późn. zm.).
• [2] US EPA 1311 Leaching Test TCLP (toxicity characteristic leaching procedure).
• [3] Technische Verordnung uber Abfalle - TVA AS 1991 vom 10 Dezember 1990. Der Schweizerische Bundesrat.
• [4] Yang R, Liao WP, Wu PH. Basic characteristics of leachate produced by various washing processes for MSWI ashes in Taiwan. J Environ Manage. 2012;104:67-76. DOI 10.1016/j.jenvman.2013.03.0008.[Crossref][WoS][PubMed]
• [5] Kim YJ. Comparative Study of Leaching Characteristics of Industrial Sludge and Fly Ash using KSLP and TLPC Techniques. PhD. Department of Environmental Engineering, Kyungpook National University.
• [6] Dąbrowska L. Fractions of heavy metals in residue after incineration of sewage sludge. Environ Protect Eng. 2013;39:105-113. DOI 10.5277/EPE130210.[Crossref]
• [7] DIN EN 12457-4. Januar 2003. Charakterisierung von Abfällen - Auslaugung; Übereinstimmungsuntersuchung für die Auslaugung von körnigen Abfällen und Schlämmen - Teil 4: Einstufiges Schüttelverfahren mit einem Flüssigkeits-/Feststoffverhältnis von 10 l/kg für Materialien mit einer Korngröße unter 10 mm (ohne oder mit Korngrößenreduzierung); Deutsche Fassung EN 12457-4:2002.
• [8] NEN 7340:2000 Uitloogkarakteristieken van vaste grond- en steenachtige bouwmaterialen en afvalstoffen - Karakteriseringsproeven - Algemene aanwijzingen.
• [9] Ahnstrom ZS, Parker DR. Development and assessment of a sequential extraction procedure for the fractionation of soil cadmium. Soil Sci Society of America J. 1999;63:1650-1658.
• [10] Dahl O, Nurmesniemi H, Pöykiö R. Sequential extraction partitioning of metals, sulfur, and phosphorus in bottom ash from a coal-fired power plant. Inter J Environ Anal Chem. 2008;88:61-73. DOI: 10.1080/03067310701461615.[WoS][Crossref]
• [11] Pöykiöet R, Rönkkömäki H, Nurmesniemic H, Tennod T, Paamad L. Extractability of heavy metals in cyclone ash. Proc of the Estonian Academy of Sci. 2008;57:100-106. DOI: 10.3176/proc.2008.2.04.[Crossref]
• [12] Kennedy VH, Sanchez AL, Qughton DH, Rowland AP. Use of single and sequential chemical extractants to assess radionuclide and heavy metal availability from soils for root uptake. Analyst. 1997;122:89-100.[Crossref]
• [13] Świetlik R, Trojanowska M, Siwiec J. Formy występowania metali w popiołach lotnych. Ochrona powietrza w teorii i praktyce. Konieczyński J, editor. Zabrze: Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk w Zabrzu; 2008.
• [14] Szumska M, Gworek B. Metody oznaczania frakcji metali ciężkich w osadach ściekowych. Ochr. Środow. i Zasob. Natural. 2009;41:42-58.
• [15] Kalembkiewicz J. Soĉo E. Ekstrakcja sekwencyjna metali z próbek środowiskowych. Wiadomości Chem. 2005;40:601-607.
• [16] Pérez-Cid B, Lavilla I, Bendicho C. Analytical assessment of two sequential extraction schemes for metal partitioning in sewage sludge. Analyst. 1996;121:1474-1884.
• [17] Okoro HK, Fatoki OS, Adekola FA, Ximba BJ, Snyman RG. A review of sequential extraction procedures for heavy metals speciation in soil and sediments. Open Scientific Reports. 2012;1:181. DOI: 10.4172/scientificreports.181[Crossref]
• [18] Rauret G, Rubio R, Lopez-Sanchez JK. Optimization of Tessier procedure for metal solid speciation in river sediments. Intern J Environ Anal Chem. 1989;36:69-83.[Crossref]
• [19] Tessier A, Campbell P, Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metal. Anal Chem Acta. 1979;286:423-42.
• [20] Williams PT. Pollutants from Incineration: An Overview. In: Waste Incineration and the Environment. Hester RE, Harrison RM, editors. Cambridge: Royal Society of Chemistry; 1994.
• [21] Świetlik R, Trojanowska M. Metody frakcjonowania chemicznego stosowane w badaniach środowiskowych. Monit Środow Przyrod. 2008;9:29-36.
• [22] van Herck P, Vandecasteele C. Evaluation of the use of a sequential extraction procedure for the characterization and treatment of metal containing solid waste. Waste Manage. 2001;21:685-694. DOI: 10.1016/S0956-053X(01)00011-3[Crossref]
• [23] Fernández E, Jiménez R, Lalena AM, Aguilar J. Evaluation of the BCR sequential extraction procedure applied for two unpolluted Spanish soils. Environmental Pollution. 2004;131:355-364. DOI: 10.1016/j.envpol.2004.03.013[Crossref]
• [24] Sahuquillo A, Lopez-Sanchez JF, Rubio R, Rauret G, Thomas RP, Davidson CM, et al. Use of a certified reference for extractable trace metals to assess sources of uncertainty in the BRC three-stage sequential extraction procedure. Analytica Chimica Acta. 1999;382:317-327.
• [25] Sutherland RA. BCR®-701: a review of 10-years of sequential extraction analyses. Analytica Chimica Acta. 2010;680:10-20. DOI: 10.1016/j.aca.2010.09.016[WoS][Crossref]
• [26] Ure AM, Quevauviller Ph, Muntau H, Gripink B. Speciation of heavy metals in soils and sediments. An account of the improvement and harmonization of extraction techniques undertaken under auspices of the BCR of the Commission of the European Communities. Inter J Environ Anal Chem. 1993;51:135-151.
• [27] Petit MD, Rucondio MI. Sequential extractions for determination of cadmium distribution in coal flay ash, soil and sediment samples. Anal Chim Acta. 1999;401:283-291.
• [28] Rauret G, López-Sánchez JF, Lück D, Yli-Halla M, Muntau H, Quevauviller Ph. BCR information reference materials BCR-701.
• [29] Wang CH, Hu X, Chen ML, Wu YH. Total concentrations as fractions of Cd, Cr, Pb, Cu, Ni and Zn in sewage sludge from municipal and industrial wastewater treatment plants. J Hazard Mater. 2005;119:245-249. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2004.11.023.[Crossref]
• [30] PN-EN 12457-2:2006. Charakteryzowanie odpadów - Wymywanie - Badanie zgodności w odniesieniu do wymywania ziarnistych materiałów odpadowych i osadów - Część 2: Jednostopniowe badanie porcjowe przy stosunku cieczy do fazy stałej 10 l/kg w przypadku materiałów o wielkości cząstek poniżej 4 mm (bez redukcji lub z redukcją wielkości).
• [31] PN-EN 13346:2002. Charakterystyka osadów ściekowych. Oznaczanie pierwiastków śladowych i fosforu. Metody ekstrakcji wodą królewską.
• [32] PN-ISO 8288:2002. Jakość wody. Oznaczanie kobaltu, niklu, miedzi, cynku, kadmu i ołowiu. Metody atomowej spektrometrii absorpcyjnej z atomizacją w płomieniu.
• [33] Ciszewski D. Heavy metal in vertical profiles of the Middle Odra River owe bank sediments. Evidence for pollution changes. Water Air and Soil Pollut. 2003;143:81-98.
• [34] Dahlin CL, Williamson CA, Collins WK, Dahlin DC. Sequential extraction versus comprehensive characterization of heavy metal species in brownfield soils. Environ Forensics. 2002;2:191-201. DOI: 10.1006/enfo/2002.0090.[Crossref]
• [35] Patrick WH. Verloo M. Distribution of soluble heavy metals between ionic and complexed forms in a saturated sediments as affected by pH and redox conditions. Water Science & Technol. 1998;37:165-17
• [36] GUM - Guide to the Expression of Uncertainty in Measurements. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML. International Organization for Standardization. Switzerland; 1995.

Identifiers

DOI

10.2478/eces-2014-0030