ZMĚNA FRAKCÍ Cd V INKUBOVANÝCH ČISTÍRENSKÝCH KALECH PO OŠETŘENÍ VÁPENCEM A VÁPNEM

The Fluctuation of Cd Fractions in Incubated Sewage Sludge after Limestone and Lime Additions

Hanč Aleš, Tlustoš Pavel, Száková Jiřina, Balíková Miluše

Abstract

The influence of limestone and lime additions on the fluctuation of Cd among five fractions in sewage sludge was studied. Sewage sludge of three different sources was incubated under aerobic and anaerobic conditions. Lime reduced the portion of Cd in available fractions more than limestone. Higher efficiency of tested eliminators was found under aerobic condition than anaerobic. The highest content of Cd was bound in organic and residual fractions.

Při recyklaci odpadních kalů je velká pozornost věnována rizikovým prvkům, zejména z důvodu jejich velice omezené degradace. Kadmium může být v kalech vázáno do několika frakcí (vodorozpustné a nerozpustné, výměnně a nevýměnně sorbované na jílové minerály a oxidy, vázané do organické hmoty). Podíl jednotlivých frakcí závisí na jeho původu a na modifikacích vyvolaných biologickým zpracováním odpadních kalů (Petruzzeli, 1996). Mezi opatření vedoucí ke snížení mobility kadmia, ale i ostatních rizikových prvků v kalech, je řazen přídavek vápenatých hmot. Mezi výhody tohoto opatření se řadí i výrazný hygienizační účinek projevující se likvidací patogenních mikroorganismů (Kusá et al., 2000 ).

Cílem této práce bylo zjistit vliv přídavku vápence a vápna na změnu frakcí kadmia v aerobně a anaerobně skladovaném kalu.

Metodika

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

- kal

- kal + vápenec (v dávce 19,6 % CaCO3 z hmotnosti sušiny kalu, tj. 7 %

Ca z hmotnosti sušiny kalu)

- kal + pálené vápno (v dávce 10 % CaO z hmotnosti sušiny kalu, tj. 7 %

Ca z hmotnosti sušiny kalu)

Všechny varianty byly založeny ve 3 opakováních. Jednotlivé složky u každého opakování byly smíchány a homogenní materiál byl vsypán 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 ve 4. a 8. měsíci 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.

Byla sledována vazba obou prvků v těchto frakcích: vodorozpustná (H2O), výměnná (0,1 mol.l-1 CH3COOH), frakce vázaná na oxidy Mn a Fe (0,1 mol.l-1 NH2OH . HCl), organická (1 mol.l-1 CH3COONH4) a reziduální frakce (rozdíl mezi celkovým obsahem a součtem obsahů v jednotlivých frakcích).V každém odběru byla stanovena sušina, pH (0,01 mol.l-1 CaCl2), celkový dusík a obsah C. Obsah Cd v jednotlivých frakcích byl stanoven metodou ETA - AAS na přístroji Varian Spectr AA300.

Výsledky a diskuse

Z hodnot uvedených v tabulce I je zřejmé, že k největším změnám sledovaných vlastností kalu dochází na počátku inkubace. S rostoucí dobou skladování odpadního kalu se rozdíly zmenšují a případné výkyvy jsou z velké části způsobeny značnou heterogenitou analyzovaného kalu.

Hodnoty pH neošetřeného i ošetřeného kalu jsou nižší při aerobním než anaerobním skladování. Tento jev je patrně způsoben zvýšením mikrobiální aktivity a následujícím růstem množství vodíkových iontů u kalu skladovaného za přístupu vzduchu.

V průběhu první poloviny inkubace došlo k úbytku uhlíku (u aerobního způsobu skladování o 41 %, u anaerobního o 31 % v průměru všech variant). Úbytek organické hmoty byl způsoben zvýšenou činností mikroorganismů.

Bylo zjišťováno nižší množství celkového dusíku v aerobně skladovaných kalech ve srovnání s anaerobně skladovanými. U kalů ošetřených vápencem a vápnem je tento pokles patrnější, protože zvýšení pH způsobuje uvolňování amoniaku.

Distribuci jednotlivých frakcí kadmia při aerobním i anaerobním způsobu skladování čistírenských kalů lze vysledovat z grafu 1. Dostatečné množství vzduchu u neošetřené varianty vedlo ke zvýšení přijatelných frakcí Cd (vodorozpustná a výměnná) a naopak k poklesu organické frakce, což souvisí s intenzivnějším rozkladem organické hmoty. V těchto podmínkách bylo zaznamenáno zvýšení i u oxidové frakce (6,5 krát ve druhé polovině inkubace ve srovnání s kontrolou).

U kalů ošetřených vápenatými hmotami došlo ke snížení obsahu Cd ve vodorozpustné, výměnné i oxidové formě. Obsah Cd v organické formě se téměř nezměnil, což souvisí s ustáleným obsahem Cox.

U anaerobně skladovaných neošetřených i ošetřených čistírenských kalů se Cd v přijatelné formě v průběhu inkubace téměř nevyskytuje (0,4 % z celkového obsahu). U všech variant dochází také ke snížení koncentrace kadmia v oxidové frakci, což je zapříčiněno nedostatkem kyslíku. Přídavek vápence a vápna vedl ke snížení množství Cd v organické frakci (na konci inkubace o 30 % ve srovnání s neošetřeným kalem). Většina Cd v anaerobních podmínkách byla vázána v organické a reziduální frakci. V případě organické frakce je to pravděpodobně způsobeno vyšší hodnotou pH, která přispívá k disociaci karboxylových kyselin, což vede ke zvýšení množství adsorpčních míst. Vysoký obsah Cd v reziduální frakci je patrně způsoben jeho precipitací při nedostatku vzduchu ve formě CdS.

I. Změny pH a obsahu Cox a Ncelk. v čistírenských kalech během inkubace

(průměr 3 kalů)

Závěr

· K větším změnám parametrů čistírenských kalů dochází v počátečních

fázích skladování.

· V aerobně skladovaných kalech dochází k většímu poklesu pH ve srovnání

s anaerobním způsobem skladování.

· V aerobních podmínkách dochází k vyššímu rozkladu organické hmoty, a

tím ke snížení obsahu dusíku ve srovnání s anaerobními podmínkami.

· Projevil se příznivý účinek vápenatých hmot na snížení obsahu Cd

v přijatelných formách, nejlépe účinkovalo vápno, a to z důvodu vyšší

hodnoty pH takto ošetřeného kalu.

· V aerobních podmínkách bylo působení vápenatých hmot výraznější ve

srovnání s anaerobním způsobem skladování.

· V anaerobně skladovaných kalech bylo zjištěno větší množství Cd

v nepřístupných frakcích, což bylo pravděpodobně způsobeno precipitací

ve formě CdS.