Leșierea metalelor (loid) din cenușă de sorbent uzat și efect stabilizator al bogatului în calciu
Abstract
Introducere
În mod natural, metalele (piele) se găsesc în scoarța Pământului și sunt dispersate în mediu prin intemperii. De obicei, solurile conțin o gamă completă de metal (loid), dar, deoarece ciclurile geochimice sunt foarte lente, metalele (loid) sunt prezente la concentrații urme. Unele metale (loid) s (adică micronutrienți, cum ar fi Cr, Cu și Zn) sunt esențiale pentru organismele vii în concentrații mici, dar dozele mai mari pot deveni ușor toxice (Kabata-Pendias 2011). Metalele (esențiale) neesențiale (de exemplu, As, Cd, Hg și Pb) devin toxice imediat ce intră într-un organism viu. Metalul (loidul) interacționează apoi cu biomoleculele, perturbă funcțiile biologice esențiale și provoacă efecte negative (Gall et al. 2015). Prin bioacumulare și biomagnificare, metalele (loidul) sunt transferate din ecosistemele terestre și acvatice în lanțul alimentar și prezintă riscuri pentru sănătatea umană (Alexander și Fairbridge 1999).
Creșterea Deoarece concentrațiile în apele subterane pot apărea prin mijloace naturale și antropice. Sursele naturale sunt preponderent geogene. Cele antropogene includ mineritul și topirea materialelor bogate în As, utilizarea pesticidelor care conțin As, conservarea lemnului și sticlăria. Metale precum Cr, Cu și Zn se găsesc adesea la concentrații crescute ca co-contaminanți (Bhattacharya și colab. 2002a, b; Townsend și colab. 2004). Diverse tehnologii biologice/biochimice, chimice și fizico-chimice sunt aplicate pentru tratarea apelor subterane contaminate pentru a preveni infiltrarea contaminanților în acvifere adânci (Hashim și colab. 2011; Mudhoo și colab. 2012; Ahmad și colab. 2017; Azimi și colab. . 2017).
Adsorbția este una dintre metodele convenționale bine stabilite folosite pentru îndepărtarea metalelor (plăcilor) din apa contaminată. Câteva exemple de sorbanți cu capacități mari de adsorbție sunt alumina activă, hidroxidul feric granular, nisipul acoperit cu oxid de Fe, cărbunele activ, mineralele argiloase și zeoliții (Sarkar și Paul 2016; Carolin și colab. 2017; Uddin 2017). Cu toate acestea, din cauza caracteristicilor chimice diferite ale contaminanților, apa contaminată cu mai multe elemente necesită de obicei mai mult de un tratament pentru a reduce riscurile cauzate de toți contaminanții prezenți. Acest lucru are două implicații importante. În primul rând, conduce la generarea de sorbanți consumați încărcați cu metal (loid). Având în vedere îngrijorările sporite privind sănătatea legate de prezența As și a metalelor în apa potabilă, precum și adoptarea unor reglementări mai stricte, se poate aștepta ca în viitor să se genereze și cantități mai mari de sorbanți cheltuiți. Astăzi, există o lipsă de metode adecvate de gestionare și eliminare a deșeurilor încărcate cu metale (loid) și, în special, cu As. În al doilea rând, producția de sorbanți comerciali extrem de eficienți, cum ar fi silicagel sau alumină, necesită adesea utilizarea unor materiale virgine, care pot fi costisitoare și nesustenabile din punct de vedere al mediului.
Pentru a aborda aceste probleme, am combinat doi sorbanți extrem de eficienți, și anume turba și oxidul de Fe, într-un singur sorbent (fier - turbă) care poate elimina simultan cationic (Cu, Zn) și anionic (As (arseniat, arsenit)), Cr (cromat, dicromat)) contaminanți din apa contaminată (Kasiuliene și colab. 2018; Kasiulienă și colab. 2019a). Astfel, cantitatea de sorbent cheltuit rezultat este mai mică în comparație cu cazul în care sunt utilizați mai mulți sorbanți. Mai mult, turba și oxizii de Fe erau ambele materiale pe bază de deșeuri (subproduse), care aveau deja nevoie de gestionare. Prin urmare, returnarea acestor materiale înapoi la societate ar putea avea un efect pozitiv din punct de vedere al economiei circulare, precum și să fie rentabilă. Necesitatea acoperirii turbei cu oxizi de Fe pentru a realiza îndepărtarea simultană a mai multor contaminanți a fost confirmată folosind numai turbă neacoperită sau numai oxizi de Fe (acoperiți pe nisip), caz în care fiecare a fost eficient doar pentru anumite elemente, dar nu și pentru toate elementele investigate (As, Cr, Cu și Zn) simultan. Eficiența fierului-turbă a fost atribuită conținutului crescut de Fe, suprafeței specifice mai mari și prezenței materiei organice (Kasiuliene și colab. 2019a).
Deoarece turbă are o putere calorică relativ ridicată, tratamentul termic ar putea fi o opțiune viabilă pentru tratarea sorbanților consumați pe bază de turbă. În general, tratamentul termic al deșeurilor joacă un rol cheie în sistemele moderne de gestionare a deșeurilor. Este o alternativă preferată în gestionarea deșeurilor solide, deoarece depozitarea deșeurilor devine din ce în ce mai dificilă ca urmare a costurilor ridicate, a diminuării disponibilității terenurilor și a reglementărilor mai stricte (Veli și colab. 2008). Principalele metode de tratament termic includ incinerarea, gazificarea și piroliza, unde energia este produsă sub formă de căldură, energie și syngas. Incinerarea deșeurilor oferă mai multe avantaje față de deșeurile tradiționale, cum ar fi igiena, distrugerea poluanților organici și reducerea volumului și a masei de deșeuri solide (Lundholm și colab. 2007). În cazul incinerării absorbantului nostru uzat, As ar putea fi concentrat într-un corp relativ mic de cenușă și aruncat la un depozit de deșeuri (precum și eliminat din societate). Cu toate acestea, cenușa de deșeuri care conține cantități mari de elemente potențial levigabile, fără niciun tratament prealabil, ar putea prezenta în continuare riscuri pentru mediu.