Ispitivanje mogućnosti primene ubrzane karbonizacije u procesu colidifikacije/stabilizacije sedimenta zagađenog teškim metalima

Abstract

U disertaciji su prikazani rezultati ispitivanja primene ubrzane karbonizacije kao tehnike za unapređenje tretmana solidifikacije/stabilizacije sedimenta zagađenog teškim metalima.U prvom delu istraživanja izvršena je optimizacija metode ubrzane karbonizacije koja je korišćena za unapređenje tretmana solidifikacije/stabilizacije zagađenog sedimenta. U drugom delu istraživanja sprovedeni su tretmani solidifikacije/stabilizacije (S/S) i solidifikacije/stabilizacije sa ubrzanom karbonizacijom (S/S/K) zagađenog sedimenta kanala Begej, koji je prethodno prošao elektrokinetički tretman. Kao imobilizacioni agensi korišćeni su biopepeo od pšenične i sojine slame i biopepeo od melase. Nakon tretmana na monolitnim smešama izvršena je procena rizika primenom sekvencijalnog postupka ekstrakcije i testova izluživanja DIN 3841-4 S4 i TCLP. Istovremeno je procenjen uticaj ubrzane karbonizacije na efikasnost S/S tretmana kao i odabir efikasnijeg imobilizacionog agensa radi opširnijeg ispitivanja njegove primene u tretmanima S/S i S/S/K sedimenata Velikog bačkog kanala dodatno zagađenog metalima. Pored biopepela od pšenične i sojine slame kao imobilizacioni agens u ovom delu je korišćen i kalcijum-oksid. Testovi izluživanja i sekvencijalna ekstrakcija pokazali su da ubrzana karbonizacija pozitivno utiče na imobilizaciju kritičnih metala (Zn, Cu i Cd) u monolitnim smešama, što je u korelaciji sa povećanjem karbonatne faze (potvrđeno XRD i SEM/EDS analizom), kao i nižom stopom toksičnosti monolita u odnosu na zagađeni sediment. Na osnovu primenjenih DIN 3841-4 S4 i TCLP testova sve monolitne smeše se kategorišu kao neopasne i bezbedne za odlaganje sa aspekta izluženih Zn, Cu, Cd i Ni u skladu sa relevantnim srpskim Uredbama. Novorazvijena metoda S/S/K zagađenog sedimenta omogućava upotrebu velikih količina biopepela (upotreba otpada) i smanjenje emisije ugljen-dioksida u atmosferu njegovim dugoročnim skladištenjem i sekvestracijom u monolitnim smešama bezbednim za odlaganje.

This dissertation investigates the application of accelerated carbonization as a technique for improving the solidification/stabilization treatment of sediment contaminated with heavy metals. In the first part of the research, the accelerated carbonization method is optimised for use to improve the treatment of solidification/stabilization of contaminated sediment. In the second part of the research, solidification/stabilization (S/S) and solidification/stabilization with accelerated carbonization (S/S/K) treatments are applied to contaminated sediment of the Begej canal which had previously undergone electrokinetic treatment. Wheat and soybean straw bio-ash and molasses bio-ash were used as immobilizing agents. After treatment of the monolithic mixtures, risk assessment was performed using a sequential extraction procedure and the DIN 3841-4 S4 and TCLP leaching tests. The influence of accelerated carbonization on the efficiency of S/S treatment was assessed, and the most efficient immobilizing agent was investigated, in order to provide an in depth insight into the application of the S/S and S/S/K treatments on the metals-contaminated sediments of the Veliki bački canal. In addition to bio-ash from wheat and soybean straw, calcium oxide was also used as an immobilizing agent. Leaching tests and the sequential extraction showed that accelerated carbonization has a positive effect on the immobilization of critical metals (Zn, Cu and Cd) in monolithic mixtures, which correlates with an increase in carbonate phase (confirmed by XRD and SEM/EDS analysis), as well as a lower toxicity of the monolith relative to the contaminated sediment. The results of the applied DIN 3841-4 S4 and TCLP tests show that all the monolithic mixtures are categorized by the relevant Serbian Regulations as non-hazardous and safe for disposal, based on the leached concentrations of Zn, Cu, Cd and Ni. The newly developed S/S/K method for treating polluted sediment enables the use of large amounts of bio ash (waste use) and the reduction of carbon dioxide emissions into the atmosphere by its long-term storage and sequestration in monolithic mixtures which are safe for disposal.