Förbränning av hushållsavfall via pyrolys genererar stora mängder alkalisk aska. Den kan användas till avskiljning av tungmetaller i sura dränvatten från gruvor visas i denna labstudie från Kina.
Av: Jörgen Hanaeus
Surt gruvdränage produceras vid flera slag av gruvverksamhet. Här undersöktes i en bägarstudie dränagebehandling via adsorption. Hushållsavfall som förbränts med pyrolys till aska utgjorde efter viss behandling adsorbent.
En dosering av 30 mg aska/L dränage och en reaktionstid av 150 min. befanns lämplig för god reduktion av tungmetallerna Zn2+, Cu 2+, Mn 2+, Fe 2+, Pb 2+ och Cd 2+. Askan bidrog även till ett ökat pH-värde för det sura dränaget.
Artikeln
Mineralresurser är viktiga för samhällsutvecklingen, men dess utvinning åtföljs av miljöproblem som behöver åtgärdas. Surt dräneringsvatten är ett sådant. Ofta är svavelinnehållet via oxidation med luftsyre till svavelsyra orsak och ett lågt pH-värde håller tungmetaller i lösning.
För att behandla surt dräneringsvatten har på senare år adsorption blivit en attraktiv process.
Det är då angeläget att finna billiga adsorbentmaterial. I Kina är förbränning det dominerande sättet att behandla hushållsavfall. Underhand har intresset för pyrolys av avfallet växt som en alternativ metod till förbränning och aska från pyrolys genereras därför i stora volymer. Det har därför varit nära till hands att undersöka pyrolysaskans kapacitet som adsorbent; här gentemot surt dräneringsvatten från gruvor.
Försök
Insamlat hushållsavfall rensades från stenar, jord, plast, batterier och metall mm. Med presssning avskiljdes ca 20 % av vatteninnehållet. Pyrolysen genomfördes med förvärmning (350 ºC, 1 h, syrefritt), ugn, avkylningskammare och askutblås. Därefter fördes det nu i huvudsak organiska materialet till en ugn för slutlig sönderdelning vid 1000 ºC i 3 h.
Surt dränvatten komponerades via tillsats av ZnSO4.7H2O, CuSO4.5H2O, MnSO4.4H2O, Fe2 (SO4), PbSO4 och CdSO4.8H2O. Blandningen höll pH 3,8, 10 mg Zn/L, 10 mg Cu/L, 10 mg Mn/L, 100 mg Fe/L, 1 mg Pb/L och 1 mg Cd/L. Satsvisa bägarförsök (250 mL) genomfördes, där 1-6 g aska sattes till 100 mL dränvatten. pH justerades till 1,5-6,5 via tillsats av salpetersyra eller natronlut (0,1M). Omrörning med 500 rpm och sedimentering under 30 min. Dekantatet fick passera ett membranfilter, 0,45 µm. pH kontrollerades och metalljoninnehållet före och efter uppmättes.
Senare regenererades också askan genom att den blandades i 200 mL 1M Na2S-lösning och skakades under 5 h med 200 rpm vid 80 ºC.
Resultat
Pyrolysaskan sammansattes av, i %, CaO 32, SiO2 24, Na2O 9, Al2O3 8, SO3 6, MgO 5, K2O 2, P2O5 1, TiO2 0,8, ZnO 0,3. Halten CaO ger en ökning av alkaliniteten medförande upplösning av Al2O3 och SiO2; det senare ger en viss zeolitbildning. Röntgenfluorescensspektrofotometri bekräftade att Ca, Si, O och Al var de dominerade elementen. Den specifika ytan bestämdes till 24,9 m2/g.
Färsk sammansatt pyrolysaska doserades med 10-60 g per L av det preparerade dränvattnet. Med 10 g/L erhölls en pH-ökning från 2,8 till 9,2. Fortsatt doshöjning gav pH 10,15 vid dosen 60 g/L. Den alkaliska effekten berodde sannolikt på att CaO och CaCO3 löstes ur askan.
Med ökande asktillsats förbättrades även metallseparationen, vilket dock inte gällde för bly något som antogs bero på konkurrens om adsorptionsplatser. Det indikerade också att blyadsorptionen gynnades av lågt pH-värde. När tillsatsen överskred 30 mg/L avstannade förbättringen av reduktionen för de fem övriga metallerna. Detta hänfördes till det höga pH-värdet. Optimal dos antogs därför vara 30 mg aska/L.
Återbrukad aska efter regenerering tillsattes med 30 g/L, 30 min reaktionstid. Grovt kan sägas att adsorptionen då efter tre cykler sjönk från nivån 96% till nivån 82 %, därefter avtagande. Men bedömde att tre återvinningsvarv var möjliga med det aktuella vattnet.
Koefficienterna för en pseudo-andra ordningens adsorptionskinetik, R2, var alla >0,99. Adsorberad mängd metall, qe, var för metallerna Zn2+ 0,298 mg/g, Cu2+ 0,414 mg/g, Mn2+ 0,413 mg/g, Fe2+ 3,534 mg/g, Pb2+ 0,033 mg/g och Cd2+ 0,034 mg/g.
Ur sambanden drogs slutsatsen att adsorptionen av metaller på pyrolysaska dominerades av kemisorption.
Slutsatser
Restprodukten aska från pyrolys av hushållsavfall är intressant som adsorbent för surt gruvvattendränage. Den har stor specifik yta och innehåller alkaliska metalloxider som ger en snabb pH-höjning av vattnet tillika med adsorption av metaller.
Källa: Li, Xiangdong1), Guo, Yanwen 1), Cai, Jieying. 2,3) & Bao, Wei 1): Experimental study on the treatmant of acid mine drainage containing heavy metals with domestic waste pyrolysis ash. Water Science & Technology Vol 85, No 11, pp 3225-3239.
1) School of Environment and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China.
2) Center for Excellence in Regional Atmospheric Environment, Key Laboratory of Urban Pollutant Conversion, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Bejing 100049, China.
3) University of Chinese Academy of Sciences, Bejing 100049 China.
Kontakt: xdli123 [a] 126.com
