Article Prev. Article Next Article

Article

Prev. Article
Next Article
Table of Contents

Stabilization/Solidification of Heavy Metals in Sludge Ceramsite and Leachability Affected by Oxide Substances
Guoren Xu*†, Jinlong Zou†‡ and Guibai Li†
State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China, and School of Chemistry and Materials Science, Heilongjiang University, Harbin 150080, China
Environ. Sci. Technol., 2009, 43 (15), pp 5902–5907
DOI: 10.1021/es900139k
Publication Date (Web): July 6, 2009
Copyright © 2009 American Chemical Society
* Corresponding author phone: [phone]; fax: [phone]; e-mail: [e-mail]., †

Harbin Institute of Technology., ‡

Heilongjiang University.
Synopsis

Effect of oxide substances on the stability and leachability of heavy metals in ceramsite made with water and wastewater sludge.

Abstract

To investigate stabilization of heavy metals in ceramsite made from wastewater treatment sludge (WWTS) and drinking water treatment sludge (DWTS), leaching tests were conducted to find out the effect of SiO2:Al2O3, acidic oxides (SiO2 and Al2O3), Fe2O3:CaO:MgO, and basic oxides (Fe2O3, CaO, and MgO) on the binding ability of heavy metals. Results show that as ratios of SiO2:Al2O3 decrease, leaching contents of Cu and Pb increase, while leaching contents of Cd and Cr first decrease and then increase; under the variation of Fe2O3:CaO:MgO (Fe2O3 contents decrease), leaching contents of Cd, Cu, and Pb increase, while leaching contents of Cr decrease. Acidic and basic oxide leaching results show that higher contents of Al2O3, Fe2O3, and MgO are advantageous to improve the stability of heavy metals, while the binding capacity for Cd, Cu, and Pb is significantly reduced at higher contents of SiO2 and CaO. The solidifying efficiencies of heavy metals are improved by crystallization, and the main compounds in ceramsite are crocoite, chrome oxide, cadmium silicate, and copper oxide. These results can be considered as a basic understanding for new technologies of stabilization of heavy metals in heavily polluted WWTS.

Introduction
Disposal of wastewater treatment sludge (WWTS) is a pressing environmental problem at this time, which is aggravated by its accumulation around the world (1, 2). Improper sludge disposal can pose risks to both public health and the environment because most sludge contains heavy metals, disease-causing pathogens, and organic and inorganic compounds. It is, therefore, of great significance to find a proper way to dispose WWTS to avoid secondary pollution (3-6). The generally adopted sludge disposal is landfilling, but this option takes up valuable space and may generate methane that contributes to the greenhouse effect. Another commonly used method is thermal treatment (7-9) involving incineration, gasification, and pyrolysis, which can reduce the leachability of heavy metals in the obtained materials with a dramatic decrease in the volume of sludge (10). This method proposes an alternative waste management technology for sludge disposal, but some of the final products still have to be deposited in landfills. Continuous increases in the quantity of WWTS call for efficient and environmentally friendly approaches to solve its disposal problems.
The utilization of WWTS for making ceramic or ceramsite is a potential solution for the disposal problem due to the fact that it adds value to the sludge by transforming it into useful materials, which can provide a real potential for the application of wastes in significant quantities (11-18). The resulting ceramsite is usually made with WWTS and clay. To avoid more consumption of clay and protect the earth’s surface environment, the searching of other materials to replace clay in ceramsite production is to be prompted. Drinking water treatment sludge (DWTS) (major inorganic components in DWTS, such as SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, and MgO, and typical gas-producing materials such as carbonates, hydrates, and sulfates (19, 20), to a great extent are similar to those in clay) has successfully been utilized as a substitute for clay for the production of ceramsite (21). Now, the main concern is whether it is safe to use ceramsite made with WWTS containing heavy metals. Leaching of toxic heavy metals from ceramsite into water may be critically affected by metal compounds, components of raw materials, and the surrounding environment. Thus, the short-term and long-term durability of the metal compounds should be evaluated, especially in this case where the heavy metals are not separated but stabilized in the product (17, 18).
Although much work has reported the leaching behaviors of heavy metals in sludge and the derived products (17, 18, 22), few results have been reported on the relationship between leaching behaviors and chemical composition (such as SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, and MgO, the major acidic and basic oxides in DWTS and WWTS, which profoundly affect the bloating behavior and crystal formation of the ceramsite during the sintering process). The aim of the present work is (i) to obtain valuable information about the potential environmental risks of the use of ceramsite by studying the leachability of heavy metals, (ii) to demonstrate the effect of SiO2:Al2O3, acidic oxides (SiO2 and Al2O3), Fe2O3:CaO:MgO, and basic oxides (Fe2O3, CaO, and MgO) on the solidification of heavy metals in ceramsite, and (iii) to investigate the forms of heavy metals in ceramsite as well as to analyze the solidification mechanism and to establish effective parameters for evaluation.

Experimental Section
Materials
The WWTS used in this study was obtained from Wen-chang Wastewater Treatment Plant, Harbin, China. The dewatering of WWTS was performed with a belt filter press, and cationic polymeric flocculants were used for the flocculation and dewatering of the activated sludge. The DWTS was collected from the chemical coagulation/flocculation unit of the third drinking water treatment plant, Harbin, China. The coagulant is aluminum sulfate (Al2(SO4)3). Major components of WWTS and DWTS were analyzed using a Philips PW 4400 XR spectrometer (X-ray fluorescence-XRF, Amsterdam, The Netherlands) as shown in Tables S1 and S2 (Supporting Information). The parameters for the production of ceramsite were obtained and presented as follows: DWTS/WWTS = 45/55, sodium silicate (Na2O·(SiO2)x·(H2O)y)/(DWTS + WWTS) = 20%, sintering temperature = 1000 °C, and sintering time = 35 min (21). The original ratio of SiO2:Al2O3:Fe2O3:CaO:MgO in the mixture of DWTS, WWTS, and sodium silicate for production of ceramsite is 27.2:15.8:6.0:3.5:1.8. The simulated contents (wt%) of tested oxide (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, or MgO) were adjusted by adding the oxide or the other four oxides to the raw materials. All of the used oxides (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, and MgO) with particle sizes below 10 μm were of analytical grade.
The reference WWTS sample was made with heavy metals by adding metal solutions (Cd(NO3)2, K2CrO4, Pb(NO3)2, and CuSO4 were of analytical grade) into the dried WWTS, mixing the components, and allowing them to react for 30 days. The contents of Cd, Cr, Cu, and Pb were designed according to the basic data obtained from the analysis of activated sludge at different places in China as shown in Table S3 (Supporting Information) (17). The synthetic metal solutions were prepared by dissolving 0.05 g L−1 Cd2+, 0.1 g L−1 Cr6+, 0.1 g L−1 Pb2+, and 0.5 g L−1 Cu2+ in deionized water. Simulated heavy metal concentrations were prepared by adding the tested heavy metal compounds into sludge. The purpose for this simulation was to investigate whether it is harmless to utilize a different region’s sludge for production of ceramsite even at high concentrations of hazardous metals. The contents of heavy metals added into the reference WWTS samples are shown in Table S4 (Supporting Information).
Methods
The WWTS containing heavy metals and DWTS were treated by the air-dry method and were ground into sizes below 100 μm that are sufficiently fine to be homogeneously mixed. The ceramsite for determination of the stabilization of Cd, Cr, Cu, and Pb was made with DWTS, WWTS, and sodium silicate. The raw materials were mixed and pelletized to particle sizes of 5−8 mm and left in a room with a temperature of about 20 °C for about 5 days, and then the samples were dried at 110 °C in a DHG-9070A blast roaster (Shanghai Shenxian Thermostatic Equipment Factory, Shanghai, China) for 24 h. The heating of samples started at 20 °C. The samples were heated at a rate of 8 °C/min in a SX2-10-12 muffle furnace (Harbin Songjiang Electric Co., LTD, Harbin, China), and the samples were soaked at 200, 600, and 800 °C for a duration of 10 min and at 1000 °C for a duration of 35 min, and then these samples were naturally cooled until they reached room temperature (21).
The leachability of ceramsite samples was determined with a revised method derived from a toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) (17). The leaching test was conducted with the solution prepared at a liquid−solid ratio of 1 L/200 g (pH = 4.93) and stirred at 110 rpm for 24 h or 30 days. The supernatant was analyzed with a PerkinElmer Optima 5300DV Inductively Coupled Plasma Atomic Emission spectrometer (ICP-AES, Waltham, MA). The total contents of heavy metals in WWTS or sintered ceramsite were extracted by acid digestion (using HNO3/HClO4/HF) according to U.S. E.P.A. SW3050 and were examined by ICP-AES. The standard toxicity of heavy metals leached from hazardous waste in China requires the maximum leaching contents of 10, 150, 1000, and 50 ug g−1 for Cd, Cr(VI), Cu, and Pb, respectively (GB 5085.3-2007). Powder X-ray diffraction (XRD) patterns for main crystalline phases and forms of heavy metals in ceramsite were recorded on a D/max-γ β X-ray diffractometer with 50 mA and 40 kV Cu Kα radiation (Japan).

Results and Discussion
Effect of SiO2:Al2O3
In our investi

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทความก่อนหน้า บทความบทความถัดไปสารบัญเสถียรภาพ/ การแข็งตัวของโลหะหนักในตะกอน Ceramsite และการชะรับผลกระทบจากออกไซด์สารGuoren เสี่ยว * †, Jinlong Zou †‡และ Guibai Li †รัฐห้องปฏิบัติการที่สำคัญของทรัพยากรน้ำในเขตเมืองและสิ่งแวดล้อม, ฮาร์บินสถาบันเทคโนโลยีแห่งเมืองฮาร์บิน 150090, จีน, และสาขาวิชาเคมีและวัสดุศาสตร์มหาวิทยาลัยเฮย์หลงเจียงฮาร์บิน 150080, จีนEnviron วิทย์ . วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2009, 43 (15), หน้า 5902-5907 DOI: 10.1021 / es900139k วันที่ตีพิมพ์ (เว็บ): 6 กรกฎาคม 2009 ลิขสิทธิ์© 2009 สมาคมเคมีอเมริกัน* ผู้เขียนที่สอดคล้องโทรศัพท์: + 86-451-86282559; แฟกซ์: + 86-451-86282559; E-mail:. [e-mail], †. ฮาร์บินสถาบันเทคโนโลยี‡. มหาวิทยาลัยเฮย์หลงเจียงเรื่องย่อ. ผลของสารออกไซด์กับความมั่นคงและการชะละลายของโลหะหนักใน ceramsite ทำด้วยน้ำและกากตะกอนน้ำเสียบทคัดย่อเพื่อศึกษาการรักษาเสถียรภาพของโลหะหนักใน ceramsite ทำจากกากตะกอนระบบบำบัดน้ำเสีย (WWTS) และดื่มเครื่องดื่มตะกอนบำบัดน้ำ (DWTS) การทดสอบการชะล้างได้ดำเนินการเพื่อหาผลกระทบของ SiO2: Al2O3 ออกไซด์เป็นกรด (SiO2 และ Al2O3) Fe2O3: CaO: MgO, และออกไซด์ระดับล่าง (Fe2O3, CaO และ MgO) กับความสามารถที่มีผลผูกพันของโลหะหนัก ผลการศึกษาพบว่าอัตราส่วนของ SiO2: ลดลง Al2O3, ชะล้างเนื้อหาของทองแดงและตะกั่วที่เพิ่มขึ้นในขณะที่การชะล้างเนื้อหาของซีดีและ Cr ลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้น; ภายใต้รูปแบบของ Fe2O3 นี้: CaO: MgO (เนื้อหา Fe2O3 ลดลง) การชะล้างเนื้อหาของแคดเมียมทองแดงตะกั่วและการเพิ่มขึ้นในขณะที่เนื้อหาของการชะล้างลดลง Cr ที่เป็นกรดและผลการชะล้างออกไซด์พื้นฐานแสดงให้เห็นว่าเนื้อหาที่สูงขึ้นของ Al2O3, Fe2O3 และ MgO เป็นประโยชน์ในการปรับปรุงเสถียรภาพของโลหะหนักในขณะที่กำลังการผลิตที่มีผลผูกพันสำหรับแคดเมียมทองแดงและตะกั่วจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในเนื้อหาที่สูงขึ้นของ SiO2 และ CaO ประสิทธิภาพการแข็งตัวของโลหะหนักจะดีขึ้นโดยการตกผลึกและสารประกอบหลักใน ceramsite CROCOITE มีโครเมี่ยมออกไซด์ซิลิเกตแคดเมี่ยมและออกไซด์ทองแดง ผลลัพธ์เหล่านี้ถือได้ว่าเป็นความเข้าใจพื้นฐานสำหรับเทคโนโลยีใหม่ของการรักษาเสถียรภาพของโลหะหนักในการปนเปื้อนอย่างหนัก WWTS. การแนะนำการกำจัดกากตะกอนระบบบำบัดน้ำเสีย (WWTS) เป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่กดในเวลานี้ซึ่งกำเริบจากการสะสมทั่วโลก ( 1, 2) การกำจัดกากตะกอนที่ไม่เหมาะสมสามารถก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพของประชาชนทั้งสองและสภาพแวดล้อมมากที่สุดเพราะมีตะกอนโลหะหนักเชื้อโรคก่อให้เกิดโรคและสารอินทรีย์และอนินทรี มันจึงสำคัญมากที่จะหาวิธีการที่เหมาะสมในการกำจัด WWTS เพื่อหลีกเลี่ยงมลพิษทุติยภูมิ (3-6) การกำจัดกากตะกอนที่นำมาใช้โดยทั่วไปจะฝังกลบ แต่ตัวเลือกนี้จะใช้พื้นที่ที่มีคุณค่าและอาจสร้างก๊าซมีเทนที่ก่อให้เกิดภาวะเรือนกระจก อีกวิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือการรักษาความร้อน (7-9) ที่เกี่ยวข้องกับการเผาก๊าซและไพโรไลซิซึ่งสามารถลดการรั่วไหลของโลหะหนักในวัสดุที่ได้รับกับการลดลงอย่างมากในปริมาณของตะกอน (10) วิธีการนี้ได้นำเสนอเทคโนโลยีการจัดการของเสียทางเลือกสำหรับการกำจัดกากตะกอน แต่บางส่วนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายยังคงต้องนำมาฝากกันในหลุมฝังกลบ การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในปริมาณของการโทร WWTS สำหรับวิธีการที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในการแก้ปัญหาการกำจัดของ. การใช้ประโยชน์จาก WWTS สำหรับการทำเซรามิกหรือ ceramsite เป็นโซลูชั่นที่มีศักยภาพสำหรับปัญหาการกำจัดเนื่องจากความจริงที่ว่ามันเพิ่มมูลค่าให้กับกากตะกอนโดยการเปลี่ยน มันกลายเป็นวัสดุที่มีประโยชน์ซึ่งสามารถให้บริการที่มีศักยภาพที่แท้จริงสำหรับการประยุกต์ใช้ของเสียในปริมาณที่มีนัยสำคัญ (11-18) ceramsite ผลมักจะทำกับ WWTS และดินเหนียว เพื่อหลีกเลี่ยงการบริโภคมากขึ้นจากดินเหนียวและปกป้องสิ่งแวดล้อมพื้นผิวของโลก, การค้นหาจากวัสดุอื่น ๆ ที่จะเปลี่ยนดินในการผลิต ceramsite คือการได้รับแจ้ง ดื่มตะกอนบำบัดน้ำ (DWTS) (ส่วนประกอบนินทรีย์ที่สำคัญใน DWTS เช่น SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO และ MgO และวัสดุที่ใช้ก๊าซธรรมชาติผลิตทั่วไปเช่นคาร์บอเนต, ชุ่มชื้นและซัลเฟต (19, 20) เพื่อที่ดี ขอบเขตมีความคล้ายคลึงกับผู้ที่อยู่ในดิน) ได้รับการประสบความสำเร็จใช้เป็นแทนดินสำหรับการผลิต ceramsite นี้ (21) ตอนนี้ความกังวลที่สำคัญคือไม่ว่าจะเป็นความปลอดภัยในการใช้ ceramsite ทำด้วย WWTS ที่มีโลหะหนัก การชะล้างของโลหะหนักที่เป็นพิษจาก ceramsite ลงไปในน้ำอาจได้รับผลกระทบจากวิกฤตสารประกอบโลหะส่วนประกอบของวัตถุดิบและสภาพแวดล้อมโดยรอบ ดังนั้นในระยะสั้นและความทนทานในระยะยาวของสารประกอบโลหะควรได้รับการประเมินโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีนี้ที่โลหะหนักจะไม่แยกออกจากกัน แต่มีความเสถียรในผลิตภัณฑ์ (17, 18). แม้ว่าการทำงานมากมีรายงานพฤติกรรมการชะล้างของ โลหะหนักในตะกอนและผลิตภัณฑ์ที่ได้รับ (17, 18, ​​22) ผลไม่กี่ได้รับรายงานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างพฤติกรรมการชะล้างและองค์ประกอบทางเคมี (เช่น SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO และแมกนีเซียมออกไซด์, ออกไซด์เป็นกรดและพื้นฐานที่สำคัญ ใน DWTS และ WWTS ซึ่งส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมท้องอืดและการก่อตัวของผลึก ceramsite ในระหว่างขั้นตอนการเผา) จุดมุ่งหมายของการทำงานในปัจจุบันคือ (i) เพื่อให้ได้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นจากการใช้ ceramsite โดยศึกษาชะละลายของโลหะหนัก (ii) เพื่อแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของ SiO2: Al2O3 ออกไซด์เป็นกรด (SiO2 และ Al2O3 ) Fe2O3: CaO: MgO, และออกไซด์ระดับล่าง (Fe2O3, CaO และ MgO) ในการแข็งตัวของโลหะหนักใน ceramsite และ (iii) การตรวจสอบรูปแบบของโลหะหนักใน ceramsite เช่นเดียวกับการวิเคราะห์กลไกการแข็งตัวและ เพื่อสร้างพารามิเตอร์สำหรับการประเมินผลที่มีประสิทธิภาพ. ทดลองมาตราวัสดุWWTS ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ได้รับจากเหวินช้างระบบบำบัดน้ำเสีย, ฮาร์บินประเทศจีน dewatering ของ WWTS ได้ดำเนินการกับเข็มขัดกดตัวกรองและพอลิเมอ flocculants ประจุบวกกับที่ใช้ในตะกอน dewatering และของตะกอน DWTS ถูกเก็บรวบรวมจากการแข็งตัวของสารเคมี / หน่วยตะกอนของการดื่มบำบัดน้ำที่สามฮาร์บินประเทศจีน ตกตะกอนเป็นอลูมิเนียมซัลเฟต (Al2 (SO4) 3) ส่วนประกอบที่สำคัญของ WWTS DWTS และวิเคราะห์โดยใช้ฟิลิปส์ PW 4400 สเปกโตรมิเตอร์ XR (X-ray fluorescence เพื่อ-XRF, อัมสเตอร์ดัม, เนเธอร์แลนด์) ดังแสดงในตารางที่ S1 และ S2 (สนับสนุนข้อมูล) พารามิเตอร์สำหรับการผลิต ceramsite ได้รับและนำเสนอดังต่อไปนี้: DWTS / WWTS = 45/55, โซเดียมซิลิเกต (Na2O · (SiO2) x · (H2O) y) / (DWTS + WWTS) = 20%, อุณหภูมิการเผา = 1,000 องศาเซลเซียสและเวลาการเผา = 35 นาที (21) อัตราส่วนเดิมของ SiO2: Al2O3: Fe2O3: CaO: MgO ในส่วนผสมของ DWTS ที่ WWTS และโซเดียมซิลิเกตสำหรับการผลิต ceramsite เป็น 27.2: 15.8: 6.0: 3.5: 1.8 เนื้อหาจำลอง (น้ำหนัก%) ของการทดสอบออกไซด์ (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO หรือ MgO) มีการปรับโดยการเพิ่มออกไซด์หรืออีกสี่ออกไซด์กับวัตถุดิบ ทั้งหมดของออกไซด์ที่ใช้ (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO และ MgO) ที่มีขนาดอนุภาคต่ำกว่า 10 ไมครอนมีเกรดการวิเคราะห์. ตัวอย่าง WWTS อ้างอิงได้ทำด้วยโลหะหนักโดยการเพิ่มโซลูชั่นโลหะ (Cd (NO3) 2 K2CrO4, Pb (NO3) 2 และ CuSO 4 เป็นของเกรดวิเคราะห์) ลง WWTS แห้งผสมส่วนประกอบและช่วยให้พวกเขาที่จะตอบสนองเป็นเวลา 30 วัน เนื้อหาของแคดเมียมโครเมียมทองแดงและตะกั่วได้รับการออกแบบตามข้อมูลพื้นฐานที่ได้จากการวิเคราะห์ของตะกอนในสถานที่ที่แตกต่างกันในประเทศจีนดังแสดงในตาราง S3 (สนับสนุนข้อมูล) (17) โซลูชั่นโลหะสังเคราะห์ได้จัดทำขึ้นโดยการละลาย 0.05 กรัม L-1 Cd2 + 0.1 กรัม L-1 CR6 + 0.1 กรัม L-1 Pb2 + และ 0.5 กรัม L-1 Cu2 + ในน้ำปราศจากไอออน ความเข้มข้นของโลหะหนักจำลองได้จัดทำขึ้นโดยการเพิ่มสารโลหะหนักทดสอบลงในกากตะกอน วัตถุประสงค์สำหรับการจำลองนี้มีการตรวจสอบไม่ว่าจะเป็นอันตรายต่อใช้กากตะกอนภูมิภาคที่แตกต่างกันสำหรับการผลิต ceramsite แม้ในความเข้มข้นสูงของโลหะที่เป็นอันตราย เนื้อหาของโลหะหนักที่เพิ่มเข้ามาในการอ้างอิงตัวอย่าง WWTS แสดงในตารางที่ S4 (สนับสนุนข้อมูล). วิธีWWTS ที่มีโลหะหนักและ DWTS ได้รับการรักษาด้วยวิธีอากาศแห้งและบดเป็นขนาดต่ำกว่า 100 ไมโครเมตรที่มีพอปรับให้ จะผสมเป็นเนื้อเดียวกัน ceramsite สำหรับการกำหนดของการรักษาเสถียรภาพของแคดเมียมโครเมียมทองแดงและตะกั่วได้ถูกทำให้มี DWTS, WWTS และโซเดียมซิลิเกต วัตถุดิบที่ถูกผสมและอัดเม็ดขนาดอนุภาค 5-8 มิลลิเมตรและที่เหลืออยู่ในห้องที่มีอุณหภูมิประมาณ 20 องศาเซลเซียสเป็นเวลาประมาณ 5 วันแล้วตัวอย่างแห้งที่ 110 องศาเซลเซียสใน DHG-9070A คั่วระเบิด (Shanghai Shenxian อุณหภูมิอุปกรณ์โรงงาน, เซี่ยงไฮ้, จีน) เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ความร้อนของตัวอย่างเริ่มต้นที่ 20 ° C กลุ่มตัวอย่างที่ถูกความร้อนในอัตรา 8 องศาเซลเซียส / นาทีในเตาเผา SX2-10-12 (ฮาร์บิน Songjiang ไฟฟ้า จำกัด ฮาร์บินประเทศจีน) และกลุ่มตัวอย่างที่ถูกแช่ที่ 200, 600, และ 800 ° C ในช่วงระยะเวลา 10 นาทีและที่ 1000 องศาเซลเซียสเป็นระยะเวลา 35 นาทีและจากนั้นกลุ่มตัวอย่างเหล่านี้ถูกระบายความร้อนตามธรรมชาติจนถึงอุณหภูมิห้อง (21). ชะละลายของตัวอย่าง ceramsite ถูกกำหนดด้วยวิธีการแก้ไขที่ได้มาจากลักษณะความเป็นพิษ ขั้นตอนการชะล้าง (TCLP) (17) การทดสอบการชะล้างได้ดำเนินการกับการแก้ปัญหาที่เตรียมไว้ในอัตราส่วนของเหลวของแข็ง 1 L / 200 กรัม (pH = 4.93) และขยับที่ 110 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 24 ชั่วโมงหรือ 30 วัน สารละลายที่ได้รับการวิเคราะห์ด้วย PerkinElmer Optima 5300DV Inductively Coupled Plasma สเปกโตรมิเตอร์ Atomic Emission (ICP-AES, เคมบริดจ์) เนื้อหารวมของโลหะหนักใน WWTS หรือ ceramsite เผาถูกสกัดโดยการย่อยอาหารกรด (ใช้ HNO3 / HClO4 / HF) ตาม USEPA SW3050 และได้รับการตรวจสอบโดย ICP-AES มาตรฐานความเป็นพิษของโลหะหนักจากการชะล้างของเสียอันตรายในประเทศจีนต้องมีเนื้อหาชะล้างสูงสุด 10, 150, 1000 และ 50 ไมโครกรัม G-1 สำหรับแคดเมียมโครเมียม (VI) ทองแดงและตะกั่วตามลำดับ (GB 5,085.3-2007) . ผง X-ray diffraction (XRD) รูปแบบสำหรับขั้นตอนผลึกหลักและรูปแบบของโลหะหนักใน ceramsite ถูกบันทึกไว้ใน D / สูงสุดγβมาตรการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ 50 mA และ 40 กิโลโวลต์ Cu Kαรังสี (ญี่ปุ่น). ผลและอภิปรายผลของ SiO2: Al2O3 ใน investi ของเรา

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

บทความก่อนหน้า . บทความบทความต่อไป

สารบัญ

เสถียรภาพ / การแข็งตัวของโลหะหนักในตะกอน ceramsite การรั่วไหลผลกระทบจากออกไซด์และสาร
guoren Xu * ภีษมะ Jinlong Zou †‡ guibai หลี่ภีษมะและรัฐสำคัญของปฏิบัติการในเมือง
ทรัพยากรน้ำและสิ่งแวดล้อม ฮาร์บินสถาบันเทคโนโลยีฮาร์บิน 150090 , จีน , และโรงเรียนของเคมี วัสดุศาสตร์มหาวิทยาลัยฮาร์บิน มณฑลเฮย์หลงเจียง ประเทศจีน , 150080
, สิ่งแวดล้อม สภาวะโลกร้อน Technol . , 2009 , 43 ( 15 ) , PP 5902 – 5907
ดอย : 10.1021 / es900139k
วันที่ตีพิมพ์ ( เว็บ ) : กรกฎาคม 6 , 2009
ลิขสิทธิ์© 2009 อเมริกันสมาคมเคมี
* ที่เขียน 86-451-86282559 ; โทรศัพท์ : โทรสาร : 86-451-86282559 ; อีเมล์ : xgr @ ตี . edu cn . ภีษมะ

ฮาร์บินสถาบันเทคโนโลยี ‡




เรื่องย่อ หอการค้า มหาวิทยาลัยผลของสารออกไซด์บนความมั่นคง และการรั่วไหลของโลหะหนักในน้ำและตะกอนน้ำเสีย ceramsite ด้วย

นามธรรม

ศึกษาเสถียรภาพของโลหะหนักในตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย ceramsite ( wwts ) และดื่มน้ำตะกอน ( ข้อเท็จจริง ) การชะละลาย มีวัตถุประสงค์เพื่อหาผลของ SiO2 Al2O3 : กรดออกไซด์ ( SiO2 , Al2O3 และ ) โดย : เคา :แมกนีเซียมออกไซด์และออกไซด์ ( Fe2O3 และพื้นฐาน , CaO , MgO ) ความสามารถในการจับโลหะหนัก พบว่าอัตราส่วนของ SiO2 Al2O3 เป็น : ลดลง , การชะล้างเนื้อหาของทองแดงและตะกั่วเพิ่ม ในขณะที่การชะล้างเนื้อหาของซีดีและ CR แรกลดลง แล้วเพิ่มขึ้น ภายใต้การเปลี่ยนแปลงของแมกนีเซียมออกไซด์ ( Fe2O3 โดย : เคา : เนื้อหาลดลง ) การชะล้างเนื้อหาของแคดเมียม , ทองแดงและตะกั่ว เพิ่ม ในขณะที่การชะละลายของโครเมียมลดเนื้อหา .กรดและพื้นฐานออกไซด์การละลายพบว่าเนื้อหาที่สูงของ Al2O3 และ Fe2O3 , , MgO จะมีประโยชน์เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของโลหะหนัก ในขณะที่มีความจุแคดเมียม , ทองแดงและตะกั่วจะลดลงอย่างมากในเนื้อหาที่สูงของ SiO2 ที่เมือง . ประสิทธิภาพการแข็งตัวของโลหะหนักจะดีขึ้นโดยการตกผลึก และสารประกอบหลักใน ceramsite เป็นโครคอยต์ โครเมียมออกไซด์แคดเมียมซิลิเคตและทองแดงออกไซด์ ผลลัพธ์เหล่านี้ถือได้ว่าเป็นความเข้าใจพื้นฐานสำหรับเทคโนโลยีใหม่ของการปรับเสถียรโลหะหนักที่ปนเปื้อนอย่างหนักใน wwts


แนะนำการกำจัดน้ำเสียกากตะกอน ( wwts ) คือ การกดปัญหาสิ่งแวดล้อมในครั้งนี้ ซึ่งเป็น aggravated โดยการสะสมรอบโลก ( 1 , 2 )การกำจัดกากตะกอนที่ไม่เหมาะสมสามารถก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพของประชาชนและสิ่งแวดล้อม เนื่องจากตะกอนส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะหนัก โรคที่ก่อให้เกิดเชื้อโรค และอินทรีย์ และอนินทรีย์สาร มันจึงสำคัญมากที่จะหาวิธีการจัดการที่เหมาะสม wwts เพื่อหลีกเลี่ยงมลพิษรอง ( 3-6 ) โดยทั่วไปที่ใช้กากตะกอนเป็น landfilling ทิ้ง ,แต่ตัวเลือกนี้จะใช้พื้นที่อันมีค่า และอาจสร้างก๊าซที่ก่อให้เกิดภาวะเรือนกระจก อีกวิธีคือ การใช้ความร้อนที่ใช้กันทั่วไป ( 7-9 ) ที่เกี่ยวข้องกับการเผาก๊าซ , ไพโรไลซิส , และซึ่งสามารถลดการชะละลายของโลหะหนักในนำวัสดุที่มีการลดลงอย่างมากในปริมาตรของตะกอน ( 10 )วิธีนี้จึงเสนอทางเลือกการจัดการขยะเทคโนโลยีการกำจัดตะกอน แต่บางส่วนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายยังต้องฝากไว้ในหลุมฝังกลบ . เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในปริมาณ wwts โทรที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แนวทางการแก้ไขปัญหาการกำจัดของมัน
การใช้ wwts ทำให้เซรามิกหรือ ceramsite เป็นโซลูชั่นที่มีศักยภาพในการกำจัดปัญหาเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันจะเพิ่มมูลค่าของกากตะกอนโดยการเปลี่ยนมันเป็นวัสดุที่มีประโยชน์ซึ่งสามารถให้ศักยภาพที่แท้จริงสำหรับการประยุกต์ใช้ของเสียในปริมาณมาก ( 11-18 ) ผล ceramsite มักจะทำจาก wwts และดินเหนียวเพื่อหลีกเลี่ยงการบริโภคของดินเหนียวและปกป้องสิ่งแวดล้อม พื้นผิวโลก หาวัสดุอื่นทดแทนดินในการผลิต ceramsite จะได้รับการพร้อมท์ ดื่มน้ำตะกอน ( ข้อเท็จจริง ) ( สาขาสารอนินทรีย์อื่นๆ ในข้อเท็จจริง เช่น SiO2 Al2O3 , โดย , CaO , MgO , และ , และโดยทั่วไปก๊าซผลิตวัสดุเช่นคาร์บอเนต hydrates และซัลเฟต , 19 , 20 )มีขอบเขตที่ดีคล้ายกับผู้ที่อยู่ในดิน ) ได้ถูกใช้เป็นตัวแทนสำหรับเคลย์เพื่อการผลิต ceramsite ( 21 ) ตอนนี้ , ความกังวลหลักคือว่ามันปลอดภัยที่จะใช้ ceramsite ด้วย wwts ที่มีโลหะหนัก การชะละลายของโลหะหนักที่เป็นพิษจาก ceramsite ลงไปในน้ำ อาจจะได้รับผลกระทบ โดยวิกฤตสารประกอบโลหะ ส่วนประกอบของวัตถุดิบและสภาพแวดล้อมโดยรอบ . ดังนั้น ความคงทนระยะสั้นและระยะยาวของสารประกอบโลหะควรได้รับการประเมิน โดยเฉพาะในกรณีนี้ที่โลหะหนักที่แยกจากกันไม่ได้ แต่คงที่ในผลิตภัณฑ์ ( 17 , 18 ) .
ถึงแม้ว่างานมาก มีรายงานการการละลายพฤติกรรมของโลหะหนักในตะกอนและได้ผลิตภัณฑ์ ( 17 , 18 , 22 )ผลไม่กี่ได้รับรายงานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างการละลายพฤติกรรม และองค์ประกอบทางเคมี ( เช่น SiO2 Al2O3 , โดย , CaO , MgO , และ , สาขาของกรดและพื้นฐานและออกไซด์ในข้อเท็จจริง wwts ซึ่งลึกซึ้งต่อพฤติกรรมและการก่อตัวของ bloating คริสตัล ceramsite ช่วง sintering )วัตถุประสงค์ของงานวิจัยคือ ( 1 ) เพื่อให้ได้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นจากการใช้ ceramsite โดยการศึกษาการชะละลายของโลหะหนัก ( 2 ) แสดงให้เห็นผลกระทบของ SiO2 Al2O3 : เปรี้ยว ออกไซด์ ( SiO2 , Al2O3 และ ) โดย : เคา : แมกนีเซียมออกไซด์และออกไซด์ ( Fe2O3 พื้นฐาน , โจโฉและ MgO ) ในการแข็งตัวของโลหะหนักใน ceramsite ,และ ( 3 ) เพื่อศึกษารูปแบบของโลหะหนักใน ceramsite ตลอดจนวิเคราะห์กลไกการแข็งตัวและการสร้างที่มีประสิทธิภาพสำหรับการประเมินค่า



wwts ทดลอง ส่วนวัสดุที่ใช้ในการศึกษาได้จาก Wen ช้างบำบัดน้ำเสียโรงงาน , ฮาร์บิน , จีน ส่วนความสามารถของ wwts แสดงกับสายพานกรองกดพอลิเมอร์ประจุบวก และ flocculants ถูกใช้เพื่อรวมตะกอน และรีดของกากตะกอนน้ำเสีย . ข้อเท็จจริงที่รวบรวมจากการตกตะกอนทางเคมีรวมตะกอน / หน่วยที่สามของการดื่มน้ำพืช , ฮาร์บิน , จีน การตกตะกอนเป็นอลูมิเนียมซัลเฟต ( al2 ( ปา ) 3 ) ส่วนประกอบหลักของ wwts ข้อเท็จจริงและวิเคราะห์โดยฟิลิปส์ PW 4400 9000 Spectrometer ( XRF เรืองรังสีเอกซ์อัมสเตอร์ดัม , เนเธอร์แลนด์ ) ดังแสดงในรูปตาราง S1 และ S2 ( สนับสนุนข้อมูล ) พารามิเตอร์สำหรับการผลิต ceramsite ได้เสนอ ดังนี้ ข้อเท็จจริง / wwts = 45 / 55 , โซเดียมซิลิเกต ( na2o Suite ( SiO2 ) X ด้วย ( H2O ) Y ) / ( DWTS wwts ) = 20 % , อุณหภูมิซินเทอริง = 1000 องศา C และเผาเวลา = 35 นาที ( 21 ) อัตราส่วนเดิมของ SiO2 Al2O3 : : โดย : เคา : MgO ในส่วนผสมของข้อเท็จจริง wwts , ,และโซเดียมซิลิเกตเพื่อการผลิต ceramsite เป็น 27.2:15.8:6.0:3.5:1.8 . โดยเนื้อหา ( เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ) ของการทดสอบ ออกไซด์ ( SiO2 Al2O3 , โดย , CaO , MgO , หรือ ) คือ ปรับเปลี่ยนโดยเพิ่มออกไซด์หรืออื่น ๆสี่ออกไซด์กับวัตถุดิบ ทั้งหมดของใช้ออกไซด์ ( SiO2 Al2O3 Fe2O3 , , , CaO , MgO ที่มีขนาดอนุภาคและ ) กว่า 10 เมตรμวิเคราะห์
เกรดการ wwts ตัวอย่างทำจากโลหะหนักโดยการเพิ่มโซลูชั่นโลหะ ( ซีดี ( 3 ) 2 , k2cro4 , Pb ( 2 , 3 ) และจำนวนของ CuSO4 อิตเทอร์เบียม ) เป็นแห้ง wwts ผสม , ส่วนประกอบ , และช่วยให้พวกเขาเพื่อตอบสนองสำหรับ 30 วัน เนื้อหาของ แคดเมียม โครเมียม ทองแดงและตะกั่ว ถูกออกแบบมาตามพื้นฐานของข้อมูลที่ได้จากการวิเคราะห์กากตะกอนน้ำเสียในสถานที่ต่าง ๆ ในประเทศจีน ดังแสดงในตารางที่ S3 ( สนับสนุนข้อมูล ) ( 17 ) โซลูชั่นโลหะสังเคราะห์เตรียมจากการละลาย 0.05 g L − 1 CD1 , 0.1 g L − 1 cr6 0.1 g L − 1 แบบเคลื่อนที่และ 0.5 g L − 1 CU2 ในคล้ายเนื้อเยื่อประสานน้ำค่าปริมาณโลหะหนักถูกเตรียมโดยการเพิ่มโลหะหนักเข้าไปในการทดสอบสารตะกอน วัตถุประสงค์เพื่อจำลองนี้ เพื่อศึกษาว่า จะไม่เป็นอันตราย การใช้กากตะกอนพื้นที่อื่นสำหรับการผลิต ceramsite แม้ที่ความเข้มข้นสูงของโลหะที่เป็นอันตรายปริมาณโลหะหนักที่เพิ่มลงใน wwts อ้างอิงตัวอย่างแสดงในตาราง S4 ( สนับสนุนข้อมูล )

wwts วิธีการที่มีโลหะหนักและข้อเท็จจริง ได้รับการรักษาโดยวิธีการที่อากาศแห้งและมีพื้นในขนาดต่ำกว่า 100 μ M ที่เพียงพอดีที่จะผสมเป็นเนื้อเดียวกัน . การ ceramsite สำหรับการหาเสถียรภาพของ แคดเมียม โครเมียม ทองแดง และตะกั่ว สร้างโดยข้อเท็จจริง wwts , ,และโซเดียมซิลิเกต วัตถุดิบจะถูกผสม และอัดให้ขนาดอนุภาคของ 5 − 8 มม. และทิ้งไว้ในห้องที่มีอุณหภูมิประมาณ 20 องศา C ประมาณ 5 วัน แล้ว ตัวอย่างที่อุณหภูมิ 110 ° C ใน dhg-9070a ระเบิดคั่ว ( เซี่ยงไฮ้ shenxian thermostatic อุปกรณ์โรงงาน , เซี่ยงไฮ้ , จีน ) เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ความร้อน ตัวอย่างเริ่มที่ 20 องศาจำนวนความร้อนในอัตรา 8 ° C / นาที ใน sx2-10-12 เตาเผา ( Harbin Songjiang ไฟฟ้า Co . , Ltd , ฮาร์บิน , จีน ) และตัวอย่างที่แช่อยู่ที่ 200 , 600 และ 800 ° C ระยะเวลา 10 นาที และ 1000 องศา C ระยะเวลา 3 นาที และ แล้วคนเหล่านี้ย่อมเย็น จน ถึง อุณหภูมิในห้อง
( 21 )มีการรั่วไหลของตัวอย่าง ceramsite ถูกกำหนดด้วยวิธีแก้ไขมาจากพิษลักษณะการชะล้างขั้นตอน ( ตะกอน ) ( 17 ) จากการทดสอบการชะละลายจำนวนโซลูชั่นที่เตรียมไว้ที่ บริษัท เวสเทิร์น ของแข็ง ของเหลว อัตรา 1 ลิตร / 200 กรัม ( pH = 4.93 ) และกวน 110 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 24 ชั่วโมง หรือ 30 วันและน่าน วิเคราะห์ข้อมูลด้วย Perkinelmer Optima 5300dv อุปนัยพลาสมาอะตอมคู่ Emission Spectrometer ( เทคนิค Waltham , MA ) เนื้อหาทั้งหมดของโลหะหนักใน wwts หรือเผา ceramsite ถูกสกัดโดยย่อยสลายกรด ( ใช้ hclo4 / กรดดินประสิว / HF ) ตามสหรัฐให้กับองค์การพิทักษ์สิ่งแวดล้อมค่ะ sw3050 และถูกตรวจสอบโดยเทคนิค .ความเป็นพิษของโลหะหนักที่ถูกชะล้างจากมาตรฐานของเสียอันตรายในประเทศจีนมีการละลายสูงสุดเนื้อหา 10 , 150 , 000 และ 50 ไมโครกรัม G − 1 สำหรับแคดเมียม โครเมียม ( VI ) , ทองแดง และตะกั่ว ตามลำดับ ( GB 5085.3-2007 )ผงการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์แบบเฟสผลึกหลักและรูปแบบของโลหะหนักใน ceramsite ที่ถูกบันทึกไว้ใน D / แม็กซ์ - γเอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรกโทมิเตอร์บีตากับมา 50 และ 40 กิโล Cu K αรังสี ( ญี่ปุ่น )

ผลและการอภิปรายผลของ SiO2 Al2O3
ใน investi ของเรา :