Utlekking av metaller fra avfallshåndtering : effekt av optimalisert pH for stabilisering av metaller i flyveaske

Abstract

Tungmetaller i flyveaske fra avfallshåndterings anlegg kan forårsake store problemer for miljøet. I denne oppgaven blir det sett på om en økt pH ved stabilisering av asken, kan resultere i et mer stabilt produkt. Studiet er gjort med aske framskaffet av NOAH AS, lokalisert på Langøya (Norge). Fokus for oppgaven er bly (Pb), antimon (Sb), molybden (Mo) og kadmium (Cd), da disse kan være svært skadelige både for miljø og helse ved dårlig håndtering. Studiet er gjort ved å utføre prosessen på Langøya i miniatyrformat på lab. Syre, aske og prosessvann blandet sammen, for å stabilisere avfallet i gipsform. Utlekkingskonsentrasjonene målt i eluatene etter filtrering ble sammenlignet med utlekkingskriteriene presentert i avfallsforskriften. Bly og kadmium viste ved relevante pH-intervaller svært lave utlekkingskonsentrasjoner, og vil sannsynligvis ikke skape problemer. Pb(OH)2 styrte løseligheten av Pb ved høy pH, samt at det ble indikert at Pb ble adsorbert til Fe(hydr)oksider. For Cd ble det antatt at løseligheten var styrt av adsorpsjon til Fe(hydr)oksider ved høye pH-verdier, mens CdMoO4 styrte løseligheten ved pH>10. Antimon og molybden viste seg å være utfordrende, med høye konsentrasjoner innenfor pH-intervallet brukt ved NOAHs prosess. Antimon var antageligvis bundet i ettringitt formasjon før tilsetning av syre. Ved oppløsning av denne formasjonen gikk Sb i løsning, og vi fikk høyere konsentrasjoner ved pH<9. Molybden viste konsentrasjoner under utlekkingskriteiene ved pH<10, og det ble indikert at CaMoO4 og powellitt styrte løseligheten ved denne pH-verdien. Forventet var det at utlekking av metallene ville synke synkront med økende pH. Dette var tilfellet, etter å ha analysert resultatene og tilstandsformene. Ved pH 10 viste alle de nevnte metallene utlekking under utlekkingskriteriene. Mulige løsninger for en økt stabilitet av avfallet kan være tilsetning av Ca-rike forbindelser. Dette kan øke pH i løsning, og øke stabiliteten av formasjon til ettringitt. Et annet forslag er en økt konsentrasjon av Fe(hydr)oksider i løsningen, for en økt sorpsjonskapasitet.

Heavy metals in flyash from waste management facilities can cause major environmental problems. In this study, it is considered whether an increased pH value when stabilizing the ash can result in a more stable product. The study was executed with ash provided by NOAH AS. Located at Langøya (Norway). The elements focused on in this study was antimony (Sb), lead (Pb), molybdenum (Mo) and cadmium (Cd), as these can cause major damage to the environment. The study was done by performing the process from Langøya in a miniature format at the lab. Acid, ash and process water were mixed to stabilize the waste. The leaching concentrations measured in the eluates after filtration were compared to the leaching criteria presented in the waste regulations. Lead and cadmium showed low leaching concentrations at the relevant pH-ranges and are unlikely to cause problems. Pb(OH)2 controlled the solubility of Pb at high pH, and there were also indications that Pb was adsorbed to Fe(hydr)oxides. Regarding Cd, the solubility was assumed to be controlled by adsorption to Fe(hydr)oxides at high pH values, while CdMoO4 was in control of the solubility at pH>10. Antimony and molybdenum proved challenging, with high concentrations within the pH range operated with at NOAH. Antimony was probably bound to an ettringite formation before the addition of acid. Upon dissolution of this formation, Sb dissolved, and we obtained higher concentrations at pH<9. Molybdenum showed concentrations below the leaching criteria at pH<10, and it was indicated that CaMoO4 and powellite were controlling the solubility at this pH value. It was expected that the leaching of metals would decrease synchronously with increasing pH. This were proven to be the case, after analyzing the results and speciation of the metals. At pH 10, all the mentioned metals showed leaching concentrations under the leaching criteria. Possible solutions for increased stability of waste may be the addition of Ca-rich compounds. This could potentially increase the pH of the solution, and increase the stability of the ettringite formation. Another suggestion would be to increase the concentrations of Fe(hydr)oxides in the solution, which could increase the sorption capacity.