Characterization of ash generated by sewage sludge incineration and tested as a substrate for revegetation

Л.П. Капелькина

Abstract


The present communication presents the results of studies of the composition and physical properties of ash generated by incineration of sewage sludge at the Northern Sewage Water Treatment Plant in Saint Petersburg. The suitability of ash for biological reclamation has been determined. The composition of ash is heterogeneous, which is due to the diversity of wastewater entering the treatment facilities. In terms of its granulometric composition, ash corresponds to dusty loam or dusty clay sand according to Kachinskiy classification. The gross composition of ash is close, in terms of the content of prevalent oxides, to the zonal soils. Silica, aluminum and iron oxides prevail. Organic matter content is very low (up to 1-3%), whereas the contents of potassium and phosphorus compounds is excessive for plant vegetation. Because of the high-temperature treatment of raw sediment, there is no nitrogen, which is an essential nutrient for plants. Ash suspension is alkaline. The hydrolytic acidity of ash is low. Ash porosity is high. Elevated in the ash are the contents of some heavy metals and their labile forms. Among them, cadmium is referred to hazard Сlass 1. Despite numerous studies of the utility of ash for different applications, it is still not used in industry. The large amounts of ash disposed at landfills, the problem of its utilization being still suspended, necessitates further studies of the composition and properties of ash as a possible substrate suitable for reclamation purposes. To this end, ash was applied to a test plot, and several perennial grasses were sowed there. The observation that wild growing plants vigorously penetrate the test plot suggests the possibility of reclamation of ash dumps for sanitary and hygienic purposes.

Keywords


ash composition and properties, sewage sludge, heavy metals, revegetation


Как процитировать материал

References


Аринушкина ЕВ. Руководство по химическому анализу почв. M.: МГУ; 1970. С. 488.

Валетов ДС. Кащенко ОВ. Сжигание осадков сточных вод как метод их утилизации. Academy. 2018;12(39);20-3.

Валиев ВС, Иванов ДВ, Шагидуллин РР. Анализ мирового опыта утилизации осадка городских сточных вод. Российский журнал прикладной экологии. 2020;4:43-51. DOI: 10.24411/2411-7374-2020-10033.

Валиев ВС, Иванов ДВ, Шагидуллин РР. Способы утилизации осадков городских сточных вод (обзор). Российский журнал прикладной экологии. 2020;4(24):52-63. DOI: 10.24411/2411-7374-2020-10034.

Векшин АА, Рассохина ЕВ, Дягелев МЮ, Исаков ВГ. Сжигание осадка как безотходный способ утилизации осадка сточных вод. Приволжский научный журнал. 2023;2:100-7.

Волкова ЕН, Антонов ИВ, Здоровцева АГ, Закарлюкина ВП. Изучение токсичности золы от сжигания осадков сточных вод с использованием инфузорий Parameciumcaudatum. В кн.: Фундаментальные и прикладные научные исследования: Актуальные вопросы, достижения и инновации. Часть 1. Пенза: Наука и просвещение; 2018. С.67-9.

Волкова ЕН, Какимов МГ. Изучение физических свойств золы от сжигания осадка сточных вод. В кн.: Сборник научных трудов по материалам 8-й Международной научно-практической конференции. «Экологические проблемы промышленных городов». Саратов: Саратовский государственный технический университет; 2017. С.13-7.

Волкова ЕН, Осипова ТС, Какимов МГ. Оценка возможности использования золы от сжигания осадка сточных вод для улучшения свойств дерново-подзолистой почвы. В кн.: IV Лужские научные чтения. «Современное научное знание: Теория и практика». СПб: Изд-во ЛГУ им. А.С. Пушкина; 2016. С:71-3.

Зубова ОВ, Силецкий ВВ. Изменение свойств материала на основе золы и вяжущих для строительства лесных дорог. В кн.: Научно-техническая конференция Института технологических машин и транспорта леса по итогам научно-исследовательских работ. СПб: Изд-во Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета; 2019. С. 134-7.

Кармазинов ФВ, Васильев БВ, Григорьева ЖЛ. Сжигание осадка сточных вод - решение проблемы их утилизации. Водоснабжение и санитарная техника. 2008;9:9-24.

Крымская ЕЯ, Чукалина ЕМ. Состав и структура золы из сточных осадков как разновидность грунта. Науковедение. 2013;2(15):1-9. URL: https://naukovedenie.ru/PDF/10tvn213.pdf

Литвинова ТЕ, Сучков ДВ. Получение легкого золобетона как перспективное направление утилизации техногенных продуктов (на примере отходов водоотведения. Записки Горного института. 2023;264:906-18.

Манжина СА. Российские и зарубежные практики обращения с осадком сточных вод. Экология и водное хозяйство. 2023;1:15-31. DOI: 10.31774/2658-7890-2023-5-1-15-31.

Минаев АН, Зубова ОВ, Кулик ДМ, Силецкий ВВ, Луговой ВИ. Применение золополимерных смесей в строительстве лесовозных дорог. Лесной журнал. 2020;3(375):106-16. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-3-106-16.

Поповцева АА, Дьяков МС. Научно-практические основы использования золы сжигания осадка городских сточных вод в производстве строительных материалов. Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2015;1:278-82.

Cмирнов ЮД, Сучкова МВ. Перспективы полезного использования золы сжигания осадка сточных вод в народном хозяйстве. Вода и экология: проблемы и решения. 2019;3(79):16-25. DOI: 10.23968/2305-3488.2019.24.3.16-25.

Тенно Т. Рекуперация фосфора из осадка сточных вод [Электронный ресурс]. 2021. URL: https:www.good-climate.com/materials/files/219.pdf (дата обращения: 22.02.2024).

Тихонова ИО. Утилизация иловых осадков в экономике замкнутого цикла: опыт Германии. Экология производства. 2020;6:74-7.

Цыбина АВ, Дьяков МС, Вайсман ЯИ. Перспективное направление утилизации продуктов термической обработки осадков сточных вод в производстве керамических строительных материалов. Фундаментальные исследования. 2014;6-2:265-70.

Чулкова ИЛ, Смирнова ОЕ, Красова АВ. Применение осадков сточных вод в производстве бетона. Вестник СибАДИ. 2021;18(5):566-75. DOI: 10.26518/2071-7296- 2021-18- 5-566-75.

Шахов СА. Вещественный состав и свойства золы от сжигания осадка бытовых сточных вод. Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2023;2:31-39. DOI: 10.14529/build230204.

Шахов СА, Николаев НЮ. Фасадная керамика с дисперсно-армированной структурой на основе золы от сжигания осадков бытовых сточных вод. В кн.: Сборник материалов III Международной научно-практической конференции «Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации». Омск Изд-во СибАДИ): 2019. С. 391-4.

Bezak-Mazur E, Widak M, Gawdzik J, Stoinska R, Zapala-Slaveta J, Ciopińska J. Properties of ashes formed after the combustion of sewage sludge. E3SWebofConferences 44. 2018. DOI: 10.1051/e3sconf/20184400012.

Borowski G. Using vitrification for sewage sludge combustion ash disposal. Polish J Environ Stud. 2015;24(5):1889-96. DOI: 10.15244/pjoes/36080.

Huang Y, Chen Z, Liu Y, Lu J, Bian Z, Yio M, Cheeseman C, Wang F, Poon Chi Sun. Recycling of waste glass and incinerated sewage sludge ash in glass-ceramics. Waste Manag. 2024. DOI: 10.1016/j.wasman. 023.12.007

Jastrzębska M, Kostrzewska M. Using an environment-friendly fertiliser from sewage sludge ash with the addition of Bacillus megaterium. Minerals. 2019;9(7):423. DOI:10.3390/min9070423. 19.

Ki D, Kang SY, Park K-M. Upcycling of wastewater sludge incineration ash as a 3D printing technology.Resource. 2021;2. DOI: https://doi.org/10.3389/frsus.2021.697265.

Lin WY, Ng WC, Wong BSE, Teo SLM, Sivananthan GD/O, Baeg GH, Ok YS, Wang CH. Evaluation of sewage sludge incineration ash as a potential land reclamation material.JHazardousMater. 2018. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.05.047.

Lin X, Chen C, Li H, Hei L, Zeng L, Wei Z, Chen Y, Wu Q-T. Comprehensive recycling of fresh municipal sewage sludge to fertilize garden plants and achieve low carbon emission: A pilot study. Front Environ Sci. 2022;10. 1023356. DOI: 10.3389/fenvs.2022.1023356.

Silva RV, de Brito J, Lynn CJ, Dhir RK. Use of municipal solid waste incineration bottom ashes in alkali-activated materials, ceramics and granular applications: A review. WasteManag. 2017:207-20. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.06.043.

Sun X, Dregulo AM, Kumar SM, Pandey A, Kumar AM. Sewage sludge treatment and management. Boca Raton. 2023:3-14. DOI: 10.1201/9781003354765.

Vogel T, Nelles M, Bettina Eichler-Löbermann. Phosphorus effects of recycled products from municipal wastewater on crops in a field experiment. Plant Soil Environ. 2017;63(10):475-82. DOI: 10.17221/513/2017-PSE.

Zhang M, Tashiro Y, Ishida N, Sakai K. Application of autothermal thermophilic aerobic digestion as a sustainable recycling process of organic liquid waste: Recent advances and prospects. Sci Total Environ. 2022;828. 154187. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.154187.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v17i1.977

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"