Vliv přídavku bentonitu a zeolitu na mobilitu Cd v inkubovaných odpadních kalech

The Influence of Bentonite and Zeolite Addition on the Mobility of Cd in Incubated Sewage Sludge

Hanč Aleš, Tlustoš Pavel, Száková Jiřina

Abstract

The influence of bentonite and zeolite additions on the reduction of the available amount of Cd (0.01 mol.l-1 CaCl2 extract) in sewage sludge was studied. Sewage sludge of three different sources was incubated under aerobic and anaerobic conditions. Bentonite reduced the available amount of Cd more than zeolite. Higher efficiency of tested eliminators was found under aerobic condition than anaerobic.

Odpadními kaly se dodává do půdy organická hmota a makroprvky (zejména dusík a fosfor). Avšak hlavním omezením pro použití kalů do zemědělské půdy jsou některé jejich negativní vlastnosti, ke kterým patří přítomnost rizikových prvků, organických polutantů a patogenů. Z důvodu velice omezené degradace je zvláštní pozornost věnována rizikovým prvkům. Tyto prvky mohou být přítomny v různých formách (vodorozpustné a nerozpustné, výměnně a nevýměnně sorbované na jílové minerály a oxidy, vázané do organické hmoty). Podíl jednotlivých frakcí závisí na původu těžkých kovů a na modifikacích vyvolaných biologickým zpracováním odpadních kalů (Petruzzeli, 1996). Mezi opatření vedoucí ke snížení mobility rizikových prvků v kalech je řazen přídavek bentonitu a zeolitu, které se vyznačují vysokou sorpční schopností (Chlopecka a Adriano, 1997; Sims et al., 1986; Tlustoš et al., 1996).

Cílem této práce bylo ověřit vliv přídavku bentonitu a zeolitu na snížení mobility Cd v kalech při aerobním a anaerobním způsobu skladování.

1. Metodika

Inkubační pokus byl založen s kaly ze 3 čistíren odpadních vod (Praha, České Budějovice a Tábor ) v aerobní a anaerobní variantě podle následujícího schematu:

- kal

- kal + bentonit v dávce 30% ze sušiny kalu

- kal + zeolit v dávce 30% ze sušiny kalu

Všechny varianty byly založeny ve 3 opakováních. Složky u každého opakování byly smíchány a homogenní materiál vložen do plastových nádob o průměru 23 cm. Množství směsi záviselo na sušině kalu. Aerobní varianty byly každých 14 dní míchány a doplňovány vodou na 60% úbytku hmotnosti. Materiál pro anaerobní podmínky byl v každé nádobě dokonale stlačen, přikryt folií a utěsněn. Nádoby se inkubovaly při teplotě 20°C a relativní vlhkosti 80%. Vzorky z každé nádoby byly odebírány v čase 1, 2 a 4 měsíce od založení pokusu a před analýzou uskladněny v mrazícím boxu při teplotě -26°C. Kvůli značné heterogenitě kalu byl ze 3 opakování vytvořen 1 směsný vzorek, ve kterém se měření jednotlivých vlastností dvakrát opakovalo.

V každém odběru byla stanoven sušina, pH (0,01 mol.l-1 CaCl2), celkový dusík a obsah C. Přijatelné množství Cd bylo stanoveno ve výluhu 0,01 mol.l-1 CaCl2 metodou ETA - AAS.

2. Výsledky a diskuse

Z hodnot uvedených v tabulce I je patrné, že v průběhu inkubace čistírenských kalů došlo ke změně sledovaných charakteristik, což následně vedlo ke změně přijatelnosti kadmia.

U všech tří sledovaných kalů došlo k poklesu pH. Tento pokles byl vyšší u aerobně skladovaných kalů, což je pravděpodobně způsobeno zvýšením mikrobiální aktivity, tvorbou organických kyselin a následujícím růstem množství vodíkových iontů.

V průběhu skladování došlo k úbytku uhlíku (u aerobního způsobu skladování o 41 %). Úbytek organické hmoty byl způsoben zvýšenou činností mikroorganismů a únikem CO2 do ovzduší.

U aerobně skladovaného kalu Praha v 1. měsíci inkubace byl zjištěný obsah přijatelného Cd v kontrolní variantě 24 krát větší ve srovnání s kalem s přídavkem bentonitu a 2,2 krát větší než u varianty kal + zeolit. U anaerobně skladovaného kalu v kontrolní variantě byl naměřen obsah přijatelného Cd po 4 měsících inkubace 3,2 krát větší než u variant s eliminátory (graf 1).

Podobně jako u předchozího kalu se chovaly eliminátory i u kalu České Budějovice (graf 2) v aerobní variantě. V anaerobní variantě byla zjištěna maximální koncentrace Cd ve 2. měsíci inkubace.

U kalu Tábor (graf 3) byl zjištěn nejvyšší obsah přijatelného Cd ve 2. měsíci inkubace u obou způsobů skladování, což může být způsobeno nižším obsahem uhlíku, a tedy nižší sorpcí.

Závěr

· Přístupnost vzduchu a přídavek eliminačních materiálů ovlivnily změny mobility Cd v čistírenských kalech.

· Bentonit prokázal větší snížení obsahu přijatelného Cd než zeolit.

· V aerobních podmínkách bylo působení eliminátorů výraznější ve srovnání s aerobním způsobem skladování.

· Po počátečním růstu přijatelného podílu Cd v kalech docházelo zpravidla ve druhé polovině inkubace k jeho poklesu.

· Přijatelnost Cd v anaerobně inkubovaných kalech byla nižší, což bylo pravděpodobně způsobeno vznikem velmi pevných vazeb se sulfidy.

I. Kolísání hodnot pH a Cox v odpadních kalech během inkubace