FIZYKOCHEMIA ODPADÓW-ostateczna wersja, Polibuda, Ochrona Środowiska, Fizykochemia odpadów


Wrocław, 8 grudnia 2012

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska,

Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej

SPRAWOZDANIE Z ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH FIZYKOCHEMIA ODPADÓW

Wykonali:

Agnieszka Grzelka 186555

Adam Ostafiński 188886
TERMIN ZAJĘĆ: WT/TN 12.15-15.00
GRUPA: 15

I CZĘŚĆ TEORETYCZNA

  1. Cel i zakres zajęć laboratoryjnych fizykochemii odpadów

Celem zajęć laboratoryjnych jest sprawdzenie właściwości badanych odpadów pod kątem wykorzystania ich w formie stabilizatu (produktu biologicznej stabilizacji) do rekultywacji terenów zdegradowanych, do wspomagania upraw roślin (po uprzednim zbadaniu właściwości paliwowych), bądź składowania na składowiskach, a także określenie właściwości paliwowych badanych odpadów w celu ewentualnego skierowania ich do spalarni bądź do produkcji paliwa.

Zakres zajęć laboratoryjnych obejmuje określenie morfologii odpadów zgodnie z metodologią SWA-Tool, a także określenie właściwości paliwowych opadów poprzez oznaczenie ich uwodnienia , zawartości masy organicznej i substancji palnych oraz popiołu i substancji niepalnych w odpadzie surowym. Ponadto w zakresie zajęć mieści się określenie zawartości azotu ogólnego, fosforu ogólnego i metali (potasu, chromu, niklu) w badanym odpadzie oraz analiza właściwości wyciągu wodnego pod kątem jego pH, przewodnictwa właściwego, utlenialności i zawartości azotu amonowego.

II CZĘŚĆ BADAWCZA

  1. Sposób wykonania oznaczeń

  1. Morfologia odpadów

Przesiano surowy odpad przez sito o otworach wielkości 60mm, uzyskując 2 wielkości frakcji: powyżej i poniżej 60mm. Do analizy wybrano próbę o wielkości frakcji poniżej 60mm. Wykonano morfologię odpadów zgodnie z metodologią SWA-Tool, następnie zważono wszystkie frakcje, uśredniono próby z wszystkich kategorii, a następnie uśredniono próby ze wszystkich kategorii, wybrano ich reprezentatywną próbę w ilości 300g. Próbę rozdrobniono i dokładnie wymieszano, po czym zamknięto ją w szczelnym naczyniu.

  1. Uwodnienie, masa organiczna i popiół

Na wadze analitycznej zważono 2 oznakowane, puste krystalizatory, a następnie krystalizatory z naważkami odpadu surowego. Krystalizatory wstawiono do suszarki o temperaturze 105°C. Po wysuszeniu zważono krystalizatory z odpadem, obliczono uwodnienie i uśredniono wynik z obu prób. Jeden z krystalizatorów z odpadem wysuszonym wstawiono do pieca o temperaturze 600°C w celu oznaczenia masy organicznej, natomiast zawartość drugiego posłużyła do oznaczenia fosforanów i metali oraz popiołu. W celu oznaczenia popiołu zważono pusty tygiel, a następnie odważono w tyglu ok. 1 g zmielonego odpadu. Próbę wstawiono do pieca o temperaturze 800OC i prażono ok. 1 h do uzyskania stałej masy.

  1. Wyciąg wodny

Do wytarowanego pojemnika o pojemności 1dm3 odważono 50 g odpadu surowego, następnie dodano wodę destylowaną w ilości 100 cm3 na każde 10 g odpadu surowego. Pojemnik szczelnie zamknięto i umieszczono na wytrząsarce z cyklem pracy: 4 h wytrząsania 12 h postoju 2 h wytrząsania 6 h postoju. Po 24 godzinach kontaktu z wodą, próbę przesączono przez sączek twardy. W uzyskanym przesączu oznaczono pH za pomocą pH-metru oraz przewodnictwo właściwe konduktometrem. Następnie dokonano oznaczenia utlenialności w następujący sposób: do kolby odmierzono 100 cm3 próby i dodano 10 cm3 kwasu siarkowego oraz 10 cm3 nadmanganianu potasu. Próbę odstawiono do łaźni wodnej na 30 minut. Następnie dodano 10 cm3 szczawianu sodowego w celu odbarwienia. Miareczkowano nadmanganianem potasu do lekko różowego zabarwienia. Oznaczenie to wykonano dla 3 prób: dla wody destylowanej (tzw. próba „0”), dla rozcieńczenia 1:400 i dla rozcieńczenia 1:500 (w celu wykonania tych rozcieńczeń do cylindra miarowego pobrano 1 cm3 wyciągu wodnego i rozcieńczono wodą destylowaną do objętości 10 cm3, następnie pobrano do dwóch cylindrów odpowiednio 2,5 cm3 i 2 cm3 powstałego roztworu i dopełniono do 100 cm3 wodą destylowaną). Następnie oznaczono azot amonowy przy użyciu metody bezpośredniej nessleryzacji z rozcieńczenia próby 1:100.

  1. Destylacja azotu ogólnego

Na wadze analitycznej odważono ok. 5g odpadu surowego i umieszczono w kolbie okrągłodennej (500cm3). Do kolby dodano 10cm3 stężonego H2SO4, delikatnie zamieszano, następnie dodano 5cm3 10% CuSO4, ponownie delikatnie zamieszano i odstawiono do mineralizacji. Po mineralizacji spłukano lejek i kolbę destylacyjną ze zmineralizowaną próbą wodą destylowaną, dodano 5 kropli fenoloftaleiny i wlano resztę wody destylowanej z tryskawki (100 cm3). Do odbieralnika dodano 20 cm3 0,1 n HCl, następnie dodano 5 kropli czerwieni metylowej. Do kolby destylacyjnej dodano 20% NaOH w ilości do uzyskania odczynu zasadowego (kolor niebiesko-czerwony) i szybko podłączono do zestawu destylacyjnego. Destylację prowadzono do uzyskania 130cm3 destylatu. Destylat miareczkowano 0,1 n NaOH do barwy łososiowo-żółtej.

  1. Metale i fosfor ogólny

Na wadze analitycznej odważono ok. 0,5 g zmielonego odpadu, naważkę umieszczono w kolbie Kiejdahla (250 cm3), dodano po 5 cm3 stężonego HNO3 i stężonego HClO4, delikatnie zamieszano i odstawiono do mineralizacji, która została wykonana przez pracownika laboratorium. Po mineralizacji dokonano oznaczenia fosforanów kolorymetryczną metodą molibdenianową.

III WYNIKI

  1. Morfologia badanych odpadów surowych

W tabeli poniżej przedstawiono odpady pochodzące z frakcji o wielkości poniżej 60 mm pogrupowane zgodnie z metodologią SWA-Tool.

Tabela 1.: Morfologia badanych odpadów surowych:

Lp.

Kategoria

Masa w odpadzie surowym, g

Udział w odpadzie surowym, %

Masa w 300g, g

1.

Metale

137

3,02

9,06

2.

Szkło

117

2,58

7,74

3.

Wielomateriałowe

84

1,85

5,55

4.

Tekstylia

9

0,22

0,60

5.

Papier

102

2,25

6,75

6.

Odpady niebezpieczne

107

2,36

7,08

7.

Tworzywa

221

4,87

14,61

8.

Drewno

16

0,35

1,05

9.

Inertne

1388

30,61

91,83

10.

Biodegradowalne

1237

27,28

81,84

11.

Inne

1116

24,61

73,83

SUMA

4534

100

299,94

  1. Uwodnienie, masa organiczna, popiół, azot ogólny, fosfor ogólny, metale (potas, chrom, nikiel), wyciąg wodny (pH, przewodnictwo, utlenialność, azot amonowy)

Oznaczenie uwodnienia zostało wykonane w dwóch próbach, a następnie z wyników uzyskanych z tych prób została obliczona średnia arytmetyczna.

Tabela 2.: Uwodnienie odpadów surowych

Nr krystalizatora

Masa naważki odpadu surowego, g

Masa odpadu wysuszonego, g

Uwodnienie odpadu surowego, %

Średnie uwodnienie, %

AJ-59,5

18,9854

10,8338

42,94

43,36

L-108

22,8983

12,8716

43,79

Po wysuszeniu, jedna z prób użytych do oznaczenia uwodnienia została skierowana do spalenia w celu oznaczenia masy organicznej. Procentową zawartość masy organicznej w odpadzie ilustruje tabela nr 3.

Tabela 3.: Masa organiczna

Nr krystalizatora

Masa odpadu wysuszonego, g

Masa odpadu po spaleniu, g

Masa organiczna, %

AJ-59,5

10,8338

1,5609

85,59

Procentowa zawartość popiołu w badanych odpadach została przedstawiona w tabeli poniżej.

Tabela 4.: Popiół

Nr tygla

Masa naważki, g

Masa po prażeniu w 800°C, g

Popiół, %

A6

1,0042

0,1125

11,20

Tabela nr 5 przedstawia zawartość azotu ogólnego w badanej próbie. Masa NOG w próbie została przeliczona, by zobrazować masę i zawartość procentową azotu ogólnego w 1kg suchej masy odpadu.

Tabela 5.: Azot ogólny

Lp.

Masa naważki, g

Sucha masa odpadu*, g

Objętość HCl w destylacie po miareczkowaniu, cm3

Nog w suchej masie odpadu*, mg

Azot ogólny, mg Nog/kg s.m.

Azot ogólny, %/kg s.m.

1

5,0366

2,8527

19,4

27,16

9520,8

0,95

Zawartość fosforanów została oznaczona kolorymetrycznie metodą molibdenową, a następnie przeliczona na masę fosforanów przypadającą na 1 kg suchej masy, a następnie na masę fosforu ogólnego w 1 kg s.m. oraz na zawartość procentową (%P2O5) POG.

Tabela 6.: Fosfor ogólny

Lp.

Masa naważki, g s.m.

Absorbancja

Rozcieńczenie

Fosforany, mg PO4/100cm3

Fosforany, mg PO4/kg s.m.

Fosfor ogólny, mg Pog/kg s.m.

Fosfor ogólny, %P2O5

1

0,4987

0,613

1:20

1,5325

3072,9

1001,8

0,23

W tabeli nr 7 została przedstawiona zawartości metali (potas, chrom, nikiel) w odpadach, która zostały oznaczone przez pracowników laboratorium.

Tabela 7.: Metale

Metal

Masa naważki, g s.m.

Masa metalu, mg/kg s.m.

Potas, %K2O

Potas

0,4987

3590,4

0,43

Chrom

24,9

Nikiel

49,7

Tabela poniżej ilustruje onaczenia wykonane w wyciągu wodnym(pH, przewodnictwo właściwe, utlenialność oraz azot amonowy).

Tabela 8.: Wyciąg wodny

pH

Odczyt

4,97

Przewodnictwo właściwe, μS/cm

Odczyt

2,19

Utlenialność

Objętość wyciągu wodnego w miareczkowanym roztworze, cm3

Objętość KMnO4 użyta do zmiareczkowania próby, cm3

Objętość KMnO4 użyta do zmiareczkowania wody destylowanej, cm3

Utlenialność, mg O2/dm3

0,25

5,3

0,4

1960

Azot amonowy

Objętość pobranego wyciągu wodnego, cm3

Rozcieńczenie

Wzorzec, mg NH4/100cm3

Azot amonowy, mg NH4/dm3

1

1:100

0,02

20

  1. Właściwości paliwowe odpadów

0x08 graphic
Charakterystykę odpadów pod względem paliwowym określa trójkąt spalania Tannera. Jeśli charakterystyka odpadu mieści się w obszarze autotermicznego spalania, znaczy to, iż odpad może być spalany bez dodatkowego paliwa.

U0 = 43,36 % Sm = 56,64 %

Popiół = 11,2 %

Snp = 11,2 ∙ 0,5664 = 6,34 %

Sp = (100 - 11,2) ∙ 0,5664 = 50,30 %

Rys. 1.: Trójkąt Tannera dla badanego odpadu

IV WNIOSKI KOŃCOWE

  1. Recykling

Aby odpady mogły być poddane recyklingowi, powinny one być segregowane u źródła. Badane odpady są mieszaniną odpadów różnych kategorii, przez co nie można ich poddać recyklingowi.

  1. Spalanie

Możliwość wykorzystania badanego odpadu w charakterze paliwa określa trójkąt Tannera, który dla zawartości popiołu ≤ 60%, wilgotności ≤ 50% i substancji palnych ≥ 25% wykreśla obszar autotermicznego spalania.

Charakterystyka badanych odpadów mieści się w obszarze autotermicznego spalania. Znaczy to, iż odpad może być spalany bez dodatku paliwa. Wykorzystanie odpadów w charakterze paliwa zależy jedak od kosztów ich transportu do spalarnii, które mogą być zbyt wysokie, w związku z czym metoda ta może okazać się nieopłacalna.

  1. Biologiczna stabilizacja

Podczas biologicznej stabilizacji zawartość masy organicznej w odpadach zmniejsza się o 40%, a zawartość chromu i niklu wzrasta dwukrotnie.

Tabela 9.: Charakterystyka składu odpadu surowego i stabilizatu.

Odpad

Stabilizat

Azot, %Nog

0,95

0,95

Fosfor, %P2O5

0,23

0,23

Potas, %K2O

0,43

0,43

Masa organiczna, %

85,59

51,35

Chrom, mg/kg s.m.

24,9

49,8

Nikiel, mg/kg s.m.

49,7

99,4

  1. Wykorzystanie w charakterze nawozów organicznych i środków wspomagających uprawę roślin

Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu (Dz. U. z dnia 7 lipca 2008 r.) określa następujące dopuszczalne wartości zanieczyszczeń w nawozach organicznych i środkach wspomagających uprawę roślin:

1) chromu (Cr) - 100 mg/kg s.m.,

2) kadmu (Cd) - 5 mg/kg s.m.,

3) niklu (Ni) - 60 mg/kg s.m.,

4) ołowiu (Pb) - 140 mg/kg s.m.,

5) rtęci (Hg) - 2 mg/kg s.m.

W badanym odpadzie nie została oznaczona zawartość rtęci, kadmu i ołowiu, jednak jego nieprzydatność do wykorzystania w charakterze nawozów organicznych i środków wspomagających uprawę roślin można stwierdzić na podstawie przekroczonej dopuszczalnej zawartości niklu w stabilizacie.

  1. Rekultywacja terenów zdegradowanych

Rozporządzenie Ministra Środowiska Nr 1685 z 2007 r. w sprawie R10 - rozprowadzanie na

powierzchni ziemi w celu nawożenia lub ulepszania gleby, ex 19 05 03 - materiał po procesie kompostowania określa wymagania jakościowe dla stabilizatu, który może być wykorzystany do rekultywacji terenów zdegradowanych:

  1. granulacja <40 mm,

  2. szkło i ceramika <2%,

  3. Cd<25, Cr<800, Cu<800, Ni<200, Pb<800, Zn<2500, Hg<25 mg/kg s.m.

Na podstawie morfologii odpadu i przeprowadzonych oznaczeń można stwierdzić, iż badany odpad nie nadaje się do wykorzystania w rekultywacji, z powodu zbyt wysokiej granulacji (<60mm) i przekroczonej dopuszczalnej zawartości szkła i ceramiki (2,58%).

  1. Składowanie

W przypadku zbyt wysokich kosztów transportu odpadów do spalarni odpad należałoby skierować na składowisko.

V BIBLIOGRAFIA/LITERATURA

powierzchni ziemi w celu nawożenia lub ulepszania gleby, ex 19 05 03 - materiał po procesie kompostowania

2


Wyszukiwarka