Die Bedeutung der Zeit und anderer Faktoren bei der Beurteilung der Schwermetallfreisetzung bei der Entsorgung fester Abfälle

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 1651 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Einer der Parameter, die die Auslaugbarkeit von Schwermetallen aus Abfällen beeinflussen, ist ihre Kontaktzeit mit dem Auslaugmittel. In dieser Arbeit wurde das Auslaugverhalten von Zn, Cu, Pb und Ni in Bezug auf das Verhältnis von Flüssigkeit zu Feststoff (L/S) bewertet, das die Zeit widerspiegelt, nach der ein bestimmtes Wasservolumen das Material durchdringt, z Schlackenhalden oder Deponien. Eine Auslaugungsstudie wurde mit verschiedenen Auslaugungsmethoden unter Verwendung von drei Testmaterialien durchgeführt, nämlich gefährlicher Zinkschlacke, klumpiger Kupferschlacke und mineralisch-organischem Verbundwerkstoff. Es wurde festgestellt, dass die höchste Menge an Metallen langfristig im Maximalverfügbarkeitstest unter den folgenden Auslaugungsbedingungen ausgelaugt wurde: L/S = 50 dm3/kg, reduzierter pH-Wert des Auslaugmittels, Fragmentierung der Materialien auf Partikelgröße < 0,125 mm. Beim Vergleich der Ergebnisse des Chargentests und des Perkolationstests konnte kein eindeutiger Trend bei der Freisetzung eines bestimmten Metalls aus verschiedenen Testmaterialien beobachtet werden. Die Analyse mithilfe des Tanktests zeigte, dass Prozesse, die die Auslaugbarkeit steuern, zur Freisetzung höchster Metallfrachten unmittelbar nach dem Kontakt des Materials mit dem Auslaugmittel führen können, aber auch dazu beitragen können, dass Metalle erst nach längerem Kontakt freigesetzt werden.

Die Frage der Auswaschbarkeit von Schwermetallen aus verschiedenen Materialien und Produkten ist der Schlüssel zur Umweltverträglichkeitsprüfung. Schwermetalle wandern aus Produkten aus natürlichen Rohstoffen, Abfallstoffen und aus in der Umwelt abgelagerten Abfällen1,2,3.

Ein Hauptanliegen bei der Bewertung der potenziellen Freisetzung von Elementen aus auf Deponien abgelagerten Abfallmaterialien besteht darin, dass im Laufe der Zeit unzulässige Mengen an Schadstoffen in die Umwelt gelangen können4. Bei der Beurteilung der Geschwindigkeit, mit der Deponieprozesse stattfinden, ist die Zeit ein wichtiger Faktor, der die Konzentration ausgelaugter Schadstoffe beeinflusst. Diese Prozesse können die Freisetzung von Elementen begrenzen, wenn die Reaktion langsam ist (langsame Auflösung von Mineralien) oder während der Diffusion. Da Abfälle im Laufe der Zeit gelagert werden, kann es aufgrund der Zersetzung organischer Stoffe, Änderungen der Durchlässigkeit der Deponie, der Karbonisierung alkalischer Abfallmaterialien oder der Vergrößerung der Auswaschungsoberfläche aufgrund von Erosion zu Änderungen ihrer Eigenschaften und Umweltbedingungen kommen5 .

Laborlaugungstests können einzelne Chargentests/Extraktionen und mehrere Extraktionen/dynamische Tests umfassen. Ein gemeinsames Merkmal aller Auslaugungstests ist die Erzeugung eines Eluats, das dann zur Bewertung spezifischer Materialeigenschaften oder zur Simulation von Auslaugungsszenarien in der Umgebung verwendet wird6. Eines der Kriterien für die Einteilung der Auslaugungsmethoden ist die Dauer der Auslaugung, sodass wir zwischen Langzeittests (z. B. Tanktest7) und Kurzzeittests (z. B. Batch-Test8) und Kurzzeittests zur Vorhersage der Langzeittests unterscheiden können. Dauerauslaugung (Maximalverfügbarkeitstest9).

Das Verhältnis der Masse des Feststoffs zum Volumen des Auslaugmittels beeinflusst die Geschwindigkeit der Auswaschung von Schwermetallen aus Abfällen10,11,12,13. Es ist praktisch, die Ergebnisse des Auslaugbarkeitstests in Form der ausgelaugten Metallmenge (in mg/kg) auszudrücken. Es ermöglicht den Vergleich von Ergebnissen verschiedener Testmethoden, hauptsächlich von Perkolationstests14 und Chargentests8,15,16. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass das L/S-Verhältnis in einem Auslaugungstest auch durch den pH-Wert oder andere Parameter, die die Auslaugung steuern, beeinflusst werden kann. Darüber hinaus können unterschiedliche Testbedingungen wie Schütteln der Probe, Temperatur, Art des Auslaugmittels und Kontaktzeit variieren, was es schwierig macht, die mit verschiedenen Testmethoden erzielten Ergebnisse zu vergleichen17.

Die Auswaschbarkeit von Schwermetallen wird üblicherweise durch beschleunigte Tests beurteilt. Bei kurzfristigen Auslaugungstests handelt es sich häufig um Chargentests bei einem niedrigen Flüssigkeits-zu-Feststoff-Verhältnis, d. h. L/S = 2 dm3/kg, was einem Auslaugungszeitraum in der Umwelt (Deponie, Schlackenhalde) von 100 Jahren entspricht18. In den meisten Fällen liefern solche Tests zufriedenstellende vorläufige Beurteilungen der Schadstoffauswaschung. Kurzzeittests können auch mit Säulen- oder Lysimetertests durchgeführt werden. Diese Tests sind genauer, werden jedoch über längere Zeiträume (die Monate oder sogar Jahre erfordern) durchgeführt und sind daher für die routinemäßige Schätzung der langfristigen Auslaugung nicht praktikabel, bis das L/S-Verhältnis den Wert von mehreren Hundert erreicht4. Die von Astrup et al.4 vorgestellte Langzeitauslaugbarkeitsanalyse zeigt die Aussicht auf eine Freisetzung von Elementen, einschließlich Schwermetallen, bis L/S = 5000 dm3/kg erreicht ist, was etwa 100.000–250.000 Jahren Abfallentsorgung entspricht.

Die Beurteilung einer langfristigen Auswaschung über L/S = 2–10 dm3/kg ist im Allgemeinen komplizierter. Chargentests liefern Informationen über die durchschnittliche zu erwartende Auswaschung auf der Mülldeponie, bis im Test ein festgelegtes L/S-Verhältnis erreicht wird. Dies bedeutet, dass die Gesamtmenge der im Chargentest bei L/S = 100 dm3/kg freigesetzten Bestandteile zwar den akkumulierten Abfluss von der Deponie bei demselben L/S widerspiegeln kann, die Zusammensetzung des Auslaugmittels jedoch nicht das Elaute widerspiegelt am Standort bei L/S = 100 dm3/kg. Daher werden Langzeitauslaugungstests am häufigsten anhand der Menge des für die Auslaugung verfügbaren Elements charakterisiert, z. B. der Auslaugungstest mit maximaler Verfügbarkeit9. Ziel solcher Tests ist es, den Anteil der Bestandteile zu bestimmen, der unter extremen Bedingungen, also bei niedrigem pH-Wert und nach sehr langer Deponierungszeit in die Umwelt, freigesetzt werden kann4.

Der Zweck der Arbeit besteht darin, die kurz- und langfristigen Auswaschungseffekte unter dem Einfluss verschiedener Umweltfaktoren zu bewerten. Die Studie liefert Erkenntnisse über das Auslaugverhalten von Zink, Kupfer, Blei und Nickel aus mineralischen Abfällen (hüttenschlacken) sowie aus mineralisch-organischem Material (Komposit). Die getesteten Materialien zeichneten sich durch eine unterschiedliche Gefährdung der Umwelt aus. Die ausgewählten Schwermetalle wurden aufgrund der Tatsache ausgewählt, dass sie zur Grundgruppe der Metalle gehören, deren Gehalt in allen Bestandteilen der Umwelt bestimmt wird. Cu, Pb und Ni gelten als die wichtigsten anthropogenen Umweltschadstoffe19. Darüber hinaus sind Zn, Cu, Pb und Ni in der Zusammensetzung der Testmaterialien enthalten und werden bei Kontakt mit Wasser aus diesen freigesetzt. Der Prozess der Schwermetallfreisetzung wurde unter Laborbedingungen beobachtet, während vier Auslaugungstests durchgeführt wurden, um verschiedene Auslaugungsszenarien (langfristig und kurzfristig) zu simulieren. Die Bedeutung der Forschung besteht darin, dass der Artikel nicht nur den Einfluss der Zeit zeigt, sondern auch andere Parameter, die die Auslaugung beeinflussen (pH-Wert, Verhältnis von Flüssigkeit zu Feststoff, Abfallform). Die Forschungsergebnisse sind wichtig, da sie einen umfassenden Ansatz zur Bewertung der Auswirkungen von Abfällen auf die Umwelt darstellen. Die Autoren weisen darauf hin, dass die Verwendung einer Auslaugungsmethode nicht ausreicht, um das Risiko der Ablagerung von Abfällen in der Umwelt einzuschätzen. Obwohl diese Praxis in Europa weit verbreitet ist, ist sie im Vergleich zu den im Artikel vorgestellten Forschungsergebnissen nicht korrekt, um den tatsächlichen Grad der Auswaschung von Schwermetallen in die Umwelt zu bestimmen.

Veränderungen im Auslauggrad von Schwermetallen (Zn, Cu, Pb und Ni) im Laufe der Zeit wurden anhand von drei Testmaterialien analysiert. Zwei davon waren metallurgische Schlacken: Zinkschlacke (ZS) und Stückkupferschlacke (LCS). Das dritte Testmaterial war mineralisch-organischer Verbundwerkstoff (MOC). Das Kriterium für die Auswahl der Abfallstoffe war ihre unterschiedliche Bewirtschaftungsrichtung (auf Deponien und Schlackenhalden oder ihre Ausbringung auf der Bodenoberfläche zur Rekultivierung).

ZS wurde im Drehrohrofen der Zinkhütte in der Bleiraffinierungsabteilung erzeugt. Die Schlacke in der Schmelze wurde als auf der Sondermülldeponie abgelagerter Abfall eingestuft (nach20). Die Proben wurden auf der Deponie des Unternehmens aus dem Bereich der Schlackenablagerung entnommen. Das Material zeichnete sich durch eine dunkelgraue Farbe mit keramischen Einschlüssen sowie metallischen Einschlüssen von Bleikörnern aus. ZS zeichnete sich durch die unterschiedliche Korngröße (< 0,1–10 mm) aus. Es wurden auch Proben in Form unregelmäßig geformter Klumpen gesammelt.

LCS wurde beim Schmelzen brikettierter Kupferkonzentrate in einem Schachtofen gewonnen. Dieser Abfall wurde als inert20 eingestuft. Die Schlacke wird vorübergehend auf Halden abgelagert, da sie im Straßenbau und in der Zementindustrie verwendet wird. Das für die Forschung gewonnene LCS lag in Klumpenform mit unregelmäßiger Form und Größe vor.

MOC war eine Mischung aus stabilisiertem kommunalem Klärschlamm und Asche aus der Verbrennung fester Brennstoffe im Haushalt. Das Material wurde als Abfall eingestuft, der auf der ungefährlichen Deponie20 abgelagert und zur Deponiesanierung verwendet wurde. Das Material zeichnete sich durch eine körnige Struktur ähnlich der leichter Böden aus.

Alle Testmaterialproben wurden in Polen gemäß EN 14899:200521 gesammelt. Repräsentative Laborproben wurden durch Mahlen auf eine Partikelgröße < 4 mm (Chargentest und Perkolationstest) bzw. < 0,125 mm (Test der maximalen Verfügbarkeit) hergestellt. Es wurden auch Klumpen mit bekannter Oberfläche und bekannter Masse für den Tanktest vorbereitet.

Die Testmaterialien hatten die in Tabelle 1 aufgeführten physikalischen Eigenschaften.

Die Prüfung der Auswaschung von Schwermetallen aus Abfallstoffen wurde nach dem auf der Norm EN 12457-2:20028 basierenden Verfahren durchgeführt. Die erforderliche Korngröße der Proben betrug < 4 mm. Wasserextrakte wurden mit einem Flüssigkeits-/Feststoffverhältnis von L/S = 10 dm3/kg hergestellt. Als Auslaugmittel wurde entionisiertes Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit ≤ 10 µS/cm verwendet. Wasserextrakte wurden 24 Stunden lang geschüttelt.

Der Auslaugungstest mit maximaler Verfügbarkeit wurde gemäß EA NEN 7371:20049 für Proben mit einer Korngröße < 0,125 mm durchgeführt. Die Verfügbarkeit ist definiert als die potenzielle Obergrenze des Elements, das aus einem festen Material in die aquatische Umwelt freigesetzt werden kann25. Der Test ist ein zweistufiger Test, bis der pH-Wert des Eluats in der ersten Stufe 7 und in der zweiten Stufe 4 erreicht, mit einem Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis von L/S = 50 dm3/kg. Die Studie wurde mit einem TiroLine 7000 Titriergerät von SI Analytics durchgeführt. Das Material wurde insgesamt 6 h lang mit einem Magnetrührer mit Wasser vermischt. Für die Studie wurden 0,2 mol/dm3 HNO3 für ZS und MOC und 1 mol/dm3 HNO3 für LCS verwendet. Da der anfängliche pH-Wert des Eluats für ZHC-Schlacke unter 7 lag, wurde der Abfall in der ersten Stufe 3 Stunden lang ohne Zugabe eines Reagenzes (materialeigener pH-Wert) ausgelaugt. Die Eluate aus den beiden Stufen wurden filtriert und kombiniert, um die Schwermetallkonzentrationen zu bewerten.

Die Bewertung der Schwermetallfreisetzung während des Perkolationsprozesses erfolgte anhand eines Säulentests gemäß EN 14405:201714 für Proben mit einer Korngröße < 4 mm. Im Test wurde eine Säule mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Füllhöhe von 30 cm verwendet. Die leere Säule wurde gewogen und dann wurde die Testportion in die Säule gefüllt. Das Füllvolumen der Kolonne betrug 0,6 dm3. Die Abfallsäule wurde ebenfalls gewogen und entionisiertes Wasser (mit einer Leitfähigkeit ≤ 10 µS/cm), das in der Säule versickerte, wurde mithilfe einer Schlauchpumpe zugeführt. Der Wasserdurchfluss betrug 12 ml/h. Die Säule wurde mit Wasser gefüllt, bis das gesamte Material gesättigt war. Es wurde dann 3 Tage lang stehen gelassen, um das Gleichgewicht des Systems zu erreichen.

Im nächsten Schritt wurden 7 Eluatfraktionen mit einem festen kumulativen Flüssigkeits-/Feststoffverhältnis extrahiert, d. h. L/S = 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10 dm3/kg basierend auf den Richtlinien in Norm14.

Für monolithischen Abfall wurde ein Tanktest gemäß dem Verfahren in EA NEN 7375:20047 durchgeführt. Der Zweck des Tests bestand darin, das Auslaugen von Metallen aus den Materialien als Funktion der Zeit zu simulieren. Der Test wurde mit zwei Testmaterialien durchgeführt, nämlich ZS und LCS. Für den Test wurden Abfallstücke in Form von Klumpen bekannter Masse, Oberfläche und Volumen vorbereitet, die repräsentativ für das Testmaterial waren. Laut Norm war das kleinste Maß des Stücks größer als 40 mm. Mineralisch-organischer Verbundwerkstoff (MOC) wurde im Tanktest nicht getestet, da dieses Material nur in zerkleinerter Form vorlag und das Größenkriterium nicht erfüllte.

Die Proben wurden auf Trägern in Behälter aus Polyethylen (PEHD) gegeben, so dass sie allseitig vom Auslaugmittel umgeben waren. Laut Norm betrug das Flüssigkeitsvolumen im Behälter das 2- bis 5-fache des Probenvolumens. Die Abfälle wurden einer Auslaugung mit Wasser von pH 7 (Probenbezeichnungen: ZS pH7 und LCS pH7) und zu Vergleichszwecken zusätzlich mit Flüssigkeit von pH 4 (ZS pH4 und LCS pH4) unterzogen. Zur Senkung des pH-Wertes wurde eine 65 %ige HNO3-Lösung verwendet. Für den Auslaugungstest mit Flüssigkeit bei pH 4 wurden für LCS zwei Abfallstücke verwendet, da das kleinste Stück weniger als 40 mm groß war. In diesem Fall war die geometrische Fläche der Probe die Summe der Flächen der einzelnen Stücke. Die im Test verwendeten Eluate wurden nach folgendem Zeitplan extrahiert: nach 0,25; 1; 2,25; 4; 9; 16; 36 und 64 Tage. Nach jeder Extraktion wurde das Auslaugmittel komplett ausgetauscht und die Proben ein weiteres Mal in die Flüssigkeit eingetaucht.

Wenn sich die Matrix des Materials nicht auflöst, kann ein Tanktest durchgeführt werden. Zur Beurteilung der Löslichkeit müssen zwei Hauptkriterien in Abhängigkeit vom pH-Wert und der Leitfähigkeit der Eluate überprüft werden. Wenn Kriterium 1 (Gl. 1) nicht erfüllt ist, gilt die Matrix als nicht löslich. Anschließend kann die Auslaugbarkeit mittels Tanktest ermittelt werden. Ist Kriterium 1 hingegen erfüllt, muss Kriterium 2 (Gl. 2) überprüft werden7.

wobei S7–8 – Durchschnittswert der gemessenen Leitfähigkeiten in den Perioden 7 und 8 (µS/cm), S5–6 – Durchschnittswert der gemessenen Leitfähigkeiten in den Perioden 5 und 6 (µS/cm), pH7–8 – durchschnittlicher pH-Wert in den Perioden 7 und 8 V – Volumen des Auslaugmittels (dm3), Vp – Volumen des Teststücks (dm3).

Wenn Kriterium 2 nicht erfüllt ist, kann auch eine weitere Beurteilung der Schwermetallauswaschbarkeit durchgeführt werden.

Die chemische Zusammensetzung der getesteten Materialien wurde gemäß der Norm EN 196-2:201322 durch Anwendung der Röntgenfluoreszenzmethode (RFA) mit dem Axios Cement Panalytical-Spektrometer bestimmt. Der Glühverlust wurde nach der Gewichtsmethode gemäß EN 15935:201223 ermittelt. Zur Beurteilung des Gesamtgehalts von Zn, Cu, Pb und Ni wurden die Proben in einem geschlossenen System gemäß EN 13657:200224 mineralisiert. Als Reagenz wurde Königswasser verwendet (65 % HNO3 und 35 % HCl). Der Prozess wurde in geschlossenen Teflongefäßen unter Verwendung eines Mikrowellenmineralisators (Start D, Milestone) durchgeführt.

Eluate aus Auslaugungstests und Mineralisate wurden in dreifacher Ausfertigung hergestellt und durch 0,45-µm-Membranfilter filtriert. Alle Eluate wurden auf den pH-Wert und den elektrischen Leitfähigkeitswert getestet. Anschließend wurden sie mit 65 % HNO3 fixiert. Die Analyse des Zn-, Cu-, Pb- und Ni-Gehalts in Eluaten und Mineralisaten wurde durch Flammenatomabsorptionsspektrometrie (FAAS) unter Verwendung des Thermo Solaar 6M-Spektrometers bestimmt. Jede Messung wurde mit drei Wiederholungen durchgeführt, wobei die relative Standardabweichung (RSD) < 5 % war.

Die zertifizierten Referenzmaterialien (CRM) wurden nach dem Aufschluss in Königswasser zur Qualitätskontrolle der Bestimmung des Gesamtmetallgehalts in den Proben analysiert. Zwei CRM-Materialien wurden analysiert. Die Gewinnung von CRM „Metalle im Boden“ SQC001 (Merck) war wie folgt: Zn 104 %, Cu 106 %, Pb 103 %, Ni 107 %. Die Gewinnung von CRM „Rock“ NCS DC73303 war wie folgt: Zn 96 %, Cu 94 %, Pb 90 %, Ni 93 %. Für jeden getesteten Parameter wurden drei Wiederholungen für alle Proben durchgeführt. Die Daten wurden einer Analyse grundlegender Statistiken (Mittelwert, Standardabweichung, Min.-Max., Varianz) mit der Software Statistica 13 unterzogen. Mittelwerte wurden mithilfe des Tests der geringsten signifikanten Differenz (LSD) verglichen. Die Daten wurden mittels Varianzanalyse (ANOVA) analysiert, um zu bewerten, ob die Mittelwerte signifikant unterschiedlich waren (signifikantes Niveau für P ≤ 0,05).

Die im Chargentest, Perkolationstest und Maximalverfügbarkeitstest erhaltenen Ergebnisse der Zn-, Cu-, Pb- und Ni-Konzentrationen wurden auf Basis von Gl. in mg/kg Trockenmasse umgerechnet. 38,14,19:

wobei Ui – freigesetzte Menge eines Elements pro Probenmenge zur Analyse in der Eluatfraktion i (mg/kg dm3), V – Volumen der Eluatfraktion i (dm3), ci – Konzentration des Elements in der Eluatfraktion i (mg) ist /dm3), m0 – Trockenmasse der Testprobe (kg).

Für den Perkolationstest wurde die kumulativ freigesetzte Menge (ΣUi) an Schwermetallen ermittelt, die die Summe der in allen Eluatfraktionen erhaltenen freigesetzten Menge eines Elements (Ui) darstellt. Wenn Metallkonzentrationen unterhalb der Bestimmungsgrenze festgestellt wurden, wurde die kumulative Auslaugbarkeit als Wertebereich angegeben. Die Untergrenze des Intervalls wurde berechnet, indem anstelle der Konzentrationen unterhalb der Bestimmungsgrenze die Werte gleich Null eingesetzt wurden, während die Obergrenze als Bestimmungsgrenze für das Element verwendet wurde. Die Unsicherheit der kumuliert freigesetzten Menge uc (ΣUi) wurde als Wurzel der Summe der Quadrate der Unsicherheiten der Auslaugungsergebnisse in einzelnen Fraktionen des Eluats berechnet.

Die Auslaugbarkeit von Schwermetallen im Tanktest wurde nach Gleichung 7 bestimmt:

wobei Ei* – gemessene Auslaugung einer Komponente in Fraktion i (mg/m2), ci – Konzentration der Komponente in Fraktion i (mg/dm3), V – Volumen des Eluats (dm3), A – Oberfläche des Stücks (m2).

Die gemessene kumulative Auswaschung (\(\varepsilon_{n}^{*}\)) eines Elements wurde nach der Formel7 berechnet:

wobei \(\varepsilon_{n}^{*}\) – gemessene kumulative Auswaschung eines Elements für Periode n, bestehend aus Fraktion i = 1 bis n (mg/m2), \(E_{i}^{*}\) – gemessene Auslaugung des Elements in Fraktion i (mg/m2), N – Gesamtzahl der Auslaugungsperioden.

Tabelle 2 zeigt die chemische Zusammensetzung der Materialien als Oxidformen der Elemente. Die Hauptbestandteile von ZS waren Fe2O3, Al2O3 und SiO2. Diese drei Verbindungen machten zusammen über 67 % der Abfallmasse aus, wovon 41,9 % Fe2O3 waren. Als nächstes wurde der Anteil an Schwefel (in Form von SO3) und Alkali (Na2O + K2O) bestimmt. In der chemischen Zusammensetzung von LCS und MOC wurde ein hoher Gehalt an Siliciumdioxid SiO2 gefunden (42,8 % bzw. 37,5 %). Für LCS wurde SO3 auf dem niedrigsten Niveau (0,12 %) ermittelt. Bei ZS- und LCS-Schlacken wurden vernachlässigbare oder keine Glühverluste festgestellt. Wie von Bożym et al.26 und Mu et al.27 berichtet, deutet der Glühverlust auf einen mineralischen Charakter des Abfalls hin. Für MOC hingegen wurden hohe Glühverluste ermittelt. Dies deutet auf das Vorhandensein von organischem Material28,29 hin.

Die untersuchten Abfälle zeigten das Vorhandensein analysierter Schwermetalle (Tabelle 3). Der höchste Gehalt an Schwermetallen wurde in Zinkschlacke (ZS) gefunden. Für diesen Abfall wurde der höchste Kupfergehalt ermittelt. Es entsteht aus dem technologischen Prozess der Bleiraffinierung, bei dem eine der Phasen die Entkupferung von Blei ist. Stückkupferschlacke (LCS) und mineralisch-organisches Komposit (MOC) zeichneten sich durch den höchsten Anteil an Zink aus.

Die drei verwendeten Testmethoden ermöglichten die Freisetzung von Schwermetallen in sehr unterschiedlichen Mengen. Im Maximalverfügbarkeitstest wurde eine viel höhere Auslaugbarkeit von Zn, Cu, Pb und Ni erzielt als im Chargentest und Perkolationstest. Die höchste Auslaugung von Zn, Pb und Ni im Verhältnis zum Gesamtgehalt wurde in diesem Test für das mineralisch-organische Komposit (MOC) mit 43 %, 61 % bzw. 52 % beobachtet. Zum Vergleich: Im Chargentest für diese Elemente betrug die Auslaugbarkeit von Zn: 0,04 %, Pb: 0,0 %, Ni: 0,4 % und im Perkolationstest Zn: 0,009–0,05 %, Pb: 0,0 %, Ni: 4,1 %. Kupfer wurde im Maximalverfügbarkeitstest mit 22 % in der höchsten Menge aus Zinkschlacke (ZS) freigesetzt. Es ist erwähnenswert, dass die Bedingungen dieses Tests auch dazu führten, dass einige Metalle weit über der Bestimmungsgrenze freigesetzt wurden und ihre Konzentrationen im Chargentest oder Perkolationstest nicht nachgewiesen wurden.

Der Perkolationstest ist ein Test, der für körnigen Abfall bis L/S = 10 dm3/kg durchgeführt wird, ähnlich dem Chargentest. Beim Vergleich der Ergebnisse beider Methoden untereinander wurde daher festgestellt, dass die ZS-Abfälle im Basistest eine geringere Auslaugbarkeit von Zn, Cu und Ni aufwiesen als im gesamten Testzyklus im Perkolationstest. Darüber hinaus ist zu beachten, dass bei LCS-Abfällen die Freisetzung von Blei und Nickel unter Perkolationsbedingungen beobachtet wurde, während im Basistest die Auslaugbarkeit dieses Metalls unterhalb der Bestimmungsgrenze ermittelt wurde. Ähnlich wie bei Kupfer aus LCS wurde im MOC-Verbundwerkstoff auch eine geringere Auslaugbarkeit von Nickel im Basistest beobachtet. Für Kupfer aus MOC wurde ein anderer Auslaugungstrend beobachtet, der unter Perkolationsbedingungen in einem viel geringeren Ausmaß als im Chargentest festgestellt wurde.

Für die Ergebnisse der Schwermetallauswaschung verschiedener Prüfmethoden wurden Korrelationen zwischen allen Ergebnissen der Schwermetallauswaschung bezogen auf den Gesamtgehalt ermittelt (Abb. 1). Zu diesem Zweck wurde der prozentuale Anteil der Metallauswaschungen im Verhältnis zu ihrem Gesamtgehalt ermittelt. Die Zusammenstellung der Ergebnisse diente der Veranschaulichung. Die im Chargentest und im Maximalverfügbarkeitstest erhaltenen Ergebnisse wurden verglichen, um die Auslaugbarkeit zu vergleichen, die mit zwei verschiedenen Methoden erzielt wurde, die unter unterschiedlichen Bedingungen und unterschiedlichen L/S-Verhältnissen durchgeführt wurden, wobei es sich jedoch um Kurzzeitmethoden handelt, die unter statischen Bedingungen durchgeführt wurden. Die im Chargentest und im Perkolationstest erhaltenen Ergebnisse wurden wiederum miteinander verglichen, um die Korrelation bei demselben L/S-Verhältnis und für dieselbe Probenkorngröße zu zeigen. Die Auslaugungsergebnisse wurden durch den gesamten Schwermetallgehalt im Abfall dividiert, um die Daten für verschiedene Metalle und Abfallproben zu normalisieren. Die Ergebnisse des Chargentests zeigen keine positive Korrelation mit den Ergebnissen des Tests zur maximalen Verfügbarkeit (R2 = 0,0105). Die Ergebnisse des Chargentests und des Perkolationstests im Gesamtgehalt zeigen eine bessere Korrelation mit einem Korrelationskoeffizientenwert (R2) von 0,3809. Der Vergleich verschiedener Auslaugungsmethoden ist eine in der Literatur beobachtete Praxis. Ähnliche Vergleiche mit der Bestimmung des Korrelationskoeffizienten gegenüber verschiedenen Auslaugungsstandards wurden auch von Kim et al.30 und Yin et al.31 durchgeführt.

Korrelation zwischen den Ergebnissen des Chargentests und des Tests zur maximalen Verfügbarkeit sowie den Ergebnissen des Perkolationstests im Verhältnis zum Gesamtgehalt an Schwermetallen in Materialien.

Die Unterschiede im Grad der Auslaugung von Abfallbestandteilen sind auf die Bedingungen zurückzuführen, unter denen der Auslaugungsprozess durchgeführt wurde. Es ist zu beachten, dass Bedingungen wie ein verringerter pH-Wert des Auslaugmittels und kontinuierliches Rühren mit einem Magnetrührer den Grad der Abgabe mobiler Formen von Schwermetallen in die Lösung erhöhten. Eine starke Verfeinerung des Abfalls auf eine Größe < 0,125 mm könnte ebenfalls einen Einfluss auf die erhöhte Auslaugbarkeit gehabt haben17,32. Auch die Kontaktzeit des Materials mit dem Auslaugmittel ist ein sehr wichtiger Aspekt. Im Chargentest wurden Materialproben für 24 Stunden einer Auslaugung unterzogen, im Maximalauslaugungsverfügbarkeitstest nur für 6 Stunden. Allerdings trug bereits eine so kurze Zeit zu einer viel intensiveren Auswaschung bei. Es kann jedoch nicht genau bestimmt werden, welcher Faktor einen entscheidenden Einfluss auf die Auswaschungswerte der analysierten Schwermetalle hatte. Darüber hinaus könnte auch der Kontakt des Testsystems mit atmosphärischer Luft einen Einfluss gehabt haben. Im Batch-Test wurde die Analyse in einem geschlossenen System (begrenzter Luftzugang) und im Maximum-Leaching-Verfügbarkeitstest in einem offenen System durchgeführt. Daher könnte der Absorptionsprozess von CO2 aus der atmosphärischen Luft, der zu einer Abnahme des pH-Werts der Lösung und damit zu einer Erhöhung der Löslichkeit von Schwermetallen führte, zur erhöhten Intensität der Metallfreisetzung beigetragen haben. Ein Parameter, der die Freisetzung von Schwermetallen beeinflusst, ist für beide besprochenen Methoden sicherlich auch das in der Studie verwendete Flüssig-Fest-L/S-Verhältnis (L/S = 50 dm3/kg in EA NEN:73719 und L/S = 10 dm3). /kg in EN 14405:201714). Das L/S-Verhältnis spiegelt die Zeit wider, die der Abfall der Auswaschung in der Umwelt, auf Deponien und Schlackenhalden ausgesetzt ist. Der Maximalverfügbarkeitstest zeigt das Szenario einer langfristigen Auslaugung unter extremen Bedingungen in einer aeroben Umgebung, nach Zersetzung des Materials oder bei Verlust der Säureneutralisierungskapazität.

Beim Perkolationstest wird er unter dynamischen Bedingungen durchgeführt, während der Basistest unter statischen Bedingungen durchgeführt wird. Darüber hinaus können die Faktoren, die den Auslaugungsprozess von Verunreinigungen in der Säule regulieren, die Ausfällung anderer Verbindungen (Salze, Oxide) fördern, was auch von Fu und Lu33 betont wird. Folglich können Änderungen in den Bedingungen des Auslaugungsprozesses zu einer Verringerung der Mobilität einiger Schwermetalle führen, was bei Cu aus Verbundwerkstoffen (MOC) und Zn aus Stückkupferschlacke (LCS) der Fall sein kann. Dies ist jedoch nicht die Regel. Wie in der Zinkauslaugungsstudie von Hage und Mulder34 gezeigt, wurde dieses Element im Perkolationstest in höheren Mengen freigesetzt als im Basistest, ebenso wie Zink aus Zinkschlacke (ZS) und Komposit (MOC) in der Studie der Autoren von dieses Papier. Daher kann kein strenger Zusammenhang im Metallauslaugungsverhalten festgestellt werden. Es ist auch erwähnenswert, dass die Metallfreisetzung sicherlich durch die Kontaktzeit des Materials mit dem Auslaugmittel beeinflusst wurde. Beim Chargentest beträgt dieser Kontakt 24 Stunden, beim Perkolationstest sogar mehrere zehn Tage, abhängig von den physikalischen Eigenschaften des Materials. Der Vergleich der freigesetzten Mengen an Schwermetallen durch die beiden diskutierten Methoden zielte darauf ab, mehr Informationen über das Verhalten der Auswaschung von Schwermetallen aus den analysierten Abfällen bei einem bestimmten L/S-Verhältnis zu liefern. Durch die Verwendung des Perkolationstests können mehr Informationen über die Freisetzung von Schadstoffen gewonnen werden, da es möglich ist, den Grad der Auswaschung anhand der Änderung des L/S-Verhältnisses und der Dauer des Tests zu analysieren. Yao et al.10 und Yin et al.31 beobachteten auch, dass bei unterschiedlichen L/S-Verhältnissen viele unterschiedliche Schwermetallauswaschungsgrade erzielt wurden. Perkolationsauslaugbarkeitsmethoden nähern sich auch besser den Bedingungen an, unter denen Abfallstoffe vorhanden sein können, wie z. B. Bedingungen in die Belüftungszone von Deponien. Allerdings handelt es sich um langwierige und arbeitsintensive Tests, die auch eine ausreichend große Menge an Testmaterial für einen einzelnen Test erfordern.

Für die monolithischen (integralen) Testmaterialien gelten die Löslichkeitskriterien nach Gl. 1 und 2 wurden nicht erfüllt, daher wurde der Schluss gezogen, dass sich die Matrizen nicht auflösten. Daher wurde eine Schwermetallauslaugbarkeitsstudie in einem Tanktest7 über eine Dauer von 64 Tagen durchgeführt. Mithilfe des Tests konnte der Einfluss der Kontaktzeit der Auslaugungsflüssigkeit mit dem monolithischen Abfall auf die Auslaugbarkeit von Schwermetallen direkt bewertet werden.

Abbildung 2 zeigt die Veränderungen des pH-Werts und der elektrischen Leitfähigkeit (EC) der verschiedenen Eluatfraktionen in Abhängigkeit von der Testdauer. Alle aus ZS-Abfällen extrahierten Eluate waren alkalisch (pH-Wert im Bereich 12,76–13,24 für die ZS-pH7-Probe und 12,69–12,95 für die ZS-pH4-Probe). Ab Tag 9 der Studie waren die Trends der pH-Änderungen der Eluate für beide Proben ähnlich. Es ist zu beachten, dass die Verwendung eines Laugungsmittels mit einem pH-Wert von 4 die pH-Werte der extrahierten Eluatfraktionen aus ZS nicht verringerte. In diesem Fall wurde der pH-Wert durch das Testmaterial selbst bestimmt. Auf jeden Austausch des Laugungsmittels folgte eine schnelle Neutralisierung der Säure durch den Abfall. Die Eluatfraktionen aus den LCS-Abfallproben zeigten eine diametral unterschiedliche Reaktion. Die pH-Werte der Extrakte aus der LCS-pH7-Probe lagen zwischen 7,18 und 8,44 und aus der LCS-pH4-Probe zwischen 3,68 und 4,46. Im letzteren Fall kann die Auswirkung der Wechselwirkung der Auslaugungsflüssigkeit mit einem verringerten pH-Wert auf die erhaltenen pH-Werte der Eluate beobachtet werden, die sich um pH 4 stabilisierten.

Änderungen des pH-Werts und des EC-Werts der während des 64-tägigen Tanktests extrahierten Eluate.

Für den ZS-Abfall lagen die EC-Werte zwischen 19,5–37,4 mS/cm (ZS pH7) und 15,1–26,2 mS/cm (ZS pH4). Eine hohe Leitfähigkeit weist auf eine hohe Mobilität der Ionen vom Monolithen zur wässrigen Phase hin. Die Trends der Leitfähigkeitsänderungen ähneln den Trends der pH-Änderungen. Die EC-Werte der LCS-Eluate waren viel niedriger als die von ZS und lagen zwischen 18,0 und 46,1 µS/cm. Für den LCS-Abfall wurde eine höhere Leitfähigkeit für Eluate aus den Probenfüllungen mit Flüssigkeit bei pH 4 (LCS pH4-Probe) ermittelt.

Abbildung 3 zeigt die Konzentrationen von Zn, Cu, Pb, Ni in den Eluatfraktionen, die aus zwei mit Flüssigkeit bei pH 7 und 4 ausgelaugten Schlacken erhalten wurden, als Funktion der Zeit. Wenn die Konzentration eines Elements unterhalb der Bestimmungsgrenze liegt, wird der Grenzwert in der Grafik markiert.

Konzentration von Zn, Cu, Pb und Ni (in mg/dm3), ermittelt im Tanktest als Funktion der Zeit.

Für die Analyse des zeitlichen Trends der Metallfreisetzung wurde beobachtet, dass der stärkste Anstieg der Zinkkonzentration der ZS pH7-Probe im 7. Testzeitraum, also nach 36 Testtagen, auftrat. Zink aus der ZS-pH4-Probe zeichnete sich im 2.–4. Stadium der Studie durch eine geringere Auslaugbarkeit im Vergleich zu den anderen Eluatfraktionen aus. Dagegen wurden in den Fraktionen 5–8 65 % dieses Elements, bezogen auf die Gesamtmenge, die im Versuch ausgelaugt wurde, ausgelaugt. Zink aus der LCS pH7-Probe zeigte bereits nach 0,25 Tagen eine hohe Konzentration. Auch hier kam es zu einer deutlichen Verstärkung der Auswaschung im 6. Versuchsstadium (nach 16 Tagen). Anschließend wurde ein weiterer Rückgang der Freisetzung dieses Elements beobachtet. Dies kann auf einen Mangel an mobilen Formen von Zink hinweisen. Die höchste Auswaschung von Zink aus der LCS-Probe pH4 wurde nach 9 und 16 Tagen der Studie beobachtet, danach nahm auch die Konzentration ab.

Die Auslaugbarkeit von Kupfer aus ZS-Abfällen war unterschiedlich. Während der ersten 4 Tage des Tests wurden nur 5,5 % (pH7) und 15 % (pH4) freigesetzt. Die höchste Konzentration dieses Elements wurde bei Stufe 7 für beide Proben ermittelt. Im Fall der LCS pH7-Probe wurde die höchste Kupferkonzentration nach 16 Testtagen ermittelt. Bemerkenswert ist der kontinuierlich zunehmende Trend der Kupferauslaugung aus der LCS-pH4-Probe, was darauf hindeutet, dass dieses Element auch nach 64 Testtagen noch für die Auslaugung verfügbar ist.

Die höchste Bleikonzentration von ZS pH7 in Höhe von 83 % wurde bereits in den ersten 4 Phasen der Studie beobachtet. Aus der ZS-Probe pH4 wurde dieses Element bereits nach 0,25 Tagen zu 75 % freigesetzt. Ebenso hohe Werte der Bleiauslaugung zu Beginn des Testverfahrens wurden von Štulović et al.35 bei der Untersuchung von Natriumbleischlacke festgestellt, die in Beton mit verschiedenen Zusatzstoffen stabilisiert wurde. Das Blei aus der LCS-pH7-Probe lag in den ersten 16 Tagen unter der Bestimmungsgrenze. An den Tagen 36 und 64 der Studie wurden Konzentrationen über dem Grenzwert festgestellt. Im Gegensatz dazu zeigte Blei aus einer LCS-pH4-Probe während des gesamten Tests ähnliche Konzentrationswerte.

Die Kurve der Nickelkonzentrationen aus ZS, das mit Flüssigkeit bei pH 7 ausgelaugt wurde, nahm eine andere Form an als die Kurven anderer Schwermetalle, die für diesen Abfall analysiert wurden. In den letzten drei Fraktionen der Eluate (nach 16 Testtagen) kam es zu einem signifikanten Abfall der Konzentrationswerte. Dies weist auf die Erschöpfung der für die Auslaugung verfügbaren Nickelionen hin. Im Gegensatz dazu wird bei Nickel aus LCS, das mit einem Laugungsmittel mit einem pH-Wert von 7 ausgelaugt wurde, nach 16 Tagen ein deutlicher Anstieg der Auslaugung beobachtet, der bis zum Ende der Testzeit anhält.

Tabelle 4 zeigt die gemessene kumulative Auswaschung (\(\varepsilon_{n}^{*}\)) eines Elements pro Flächeneinheit des Abfalls in Kontakt mit der Flüssigkeit (in mg/m2). Die gemessene kumulative Auswaschung (\(\varepsilon_{n}^{*}\)) ist die Summe der gemessenen Auswaschung (Ei*), die in einzelnen Eluatfraktionen erhalten wurde, die während 64 Testtagen extrahiert wurden. Bei Metallkonzentrationen unterhalb der Bestimmungsgrenze wird das Ergebnis (\(\varepsilon_{n}^{*}\)) als Bereich angegeben. Die Unsicherheit \(\left( {\varepsilon_{n}^{*} } \right)\) wurde als Wurzel der Summe der Quadrate der Unsicherheiten der Auslaugungsergebnisse in den einzelnen Eluatfraktionen berechnet.

Die höchste Zinkfreisetzung unter den analysierten Testmaterialien wurde wie bei den anderen Auslaugungstests für den ZS-Abfall beobachtet. Für diesen Abfall wurden im Allgemeinen niedrigere Metallkonzentrationen während des gesamten Testzyklus ermittelt, wenn er mit dem Laugungsmittel mit pH-Wert 4 geflutet wurde. Beim reduzierten pH-Wert des Auslaugmittels wurden auch Nickelkonzentrationen unterhalb der Bestimmungsgrenze ermittelt, während bei pH 7 das Element mit 38,5 mg/m2 ausgelaugt wurde. Somit kann der Einfluss einer sauren Umgebung auf den Anstieg der Schwermetallkationenkonzentrationen von ZS in monolithischer Form ausgeschlossen werden. Obwohl die Analyseproben repräsentativ für das gesamte Untersuchungsmaterial waren, wurden Schwermetalle in unterschiedlichen Mengen freigesetzt. Dies kann auch ein Hinweis auf die Heterogenität der getesteten „Materialklumpen“ sein.

Für den LCS-Abfall hingegen wurde eine viel höhere Auslaugbarkeit von Cu und Pb bei einem Auslauglösungs-pH-Wert von 4 als bei einem pH-Wert von 7 festgestellt. Bei Zink schwankten die Konzentrationen über 64 Tage (Abb. 3), die Gesamtauslaugbarkeit jedoch war ebenfalls höher als bei pH 4. Für Zn, Cu und Pb wurde die Auswirkung einer Änderung des pH-Werts des Auslaugmittels auf die Auslaugbarkeit ausgewählter Schwermetalle beobachtet (die pH-Werte der Eluate (Abb. 2) blieben während des gesamten Tests bei etwa 4). ). Eine Ausnahme bildete hingegen Nickel, dessen Freisetzung bei pH 4 im gesamten Testzyklus unterhalb der Bestimmungsgrenze festgestellt wurde.

Die erhöhte Auslaugbarkeit von Schwermetallen unter sauren Bedingungen hängt höchstwahrscheinlich mit dem Auftreten spezifischer Mineralauflösungsreaktionen (insbesondere Sulfide) und Metalldesorptionsreaktionen von reaktiven Oberflächen wie Eisenoxiden zusammen36. Auflösungsprozesse hängen auch von den im Abfall vorhandenen Mineralphasen und deren chemischer Zusammensetzung ab. Das Auslaugen von Metallen aus Abfällen in monolithischer Form kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen, beispielsweise durch Diffusion, Auflösung oder Auslaugen von Oberflächen, was sich wiederum auf die Menge der Auslaugen auswirkt. Basierend auf den Forschungsergebnissen der Autoren, die auch in anderen Veröffentlichungen37,38 veröffentlicht wurden, wurde beobachtet, dass die Mechanismen, die die Freisetzung von Schwermetallen steuern, auch von der Dauer des Auslaugungsprozesses abhängen. Bei einigen Materialien kann sich der Auslaugungsprozess nach mehrtägigem Kontakt mit Wasser verstärken (siehe Abb. 3), wenn der Auslaugungsmechanismus geändert wird. Dadurch kann der tatsächliche Auslaugungsgrad im Laufe der Zeit ermittelt werden. Die Autoren betonen, dass es auch wichtig ist, die maximale Menge des Elements zu kennen, die für die Auslaugung zur Verfügung steht. Nur eine solch umfassende Bewertung der Auslaugbarkeit von Schwermetallen kann die richtige Richtung der Abfallbewirtschaftung bestimmen. Es gibt viele „Anwendungsszenarien“ von Abfallstoffen (z. B. Lagerung im Boden oder auf dessen Oberfläche, Kontakt mit Wasser, Karbonisierung). Aus praktischer Sicht ist dies wichtig, da die verfügbaren und verwendeten Auslaugungsmethoden als Einzeltests für eine ordnungsgemäße Abfallbewertung unvollständig sind. Es scheint, dass nur ein umfassender Ansatz, der verschiedene Methoden zur Simulation verschiedener Faktoren berücksichtigt, den tatsächlichen Grad der Auswaschung von Schwermetallen aufzeigen kann. In diesem Prozess ist es jedoch notwendig, eine multikriterielle Entscheidungsmethode für die Auswahl der Auslaugungsmethode zu entwickeln. Es wurde außerdem der Schluss gezogen, dass das auf EN 12457:2002 basierende Prüfverfahren für die Auslaugbarkeit von Schadstoffen nicht ausreicht, um die potenziellen Umweltauswirkungen des Abfalls zu beurteilen. Sie spiegelt nicht vollständig das Ausmaß der Gefährdung der Umwelt wider, die von Abfällen während ihrer Lagerung, Wiederverwendung und Einbringung in die Umwelt, z. B. in Form von Zuschlagstoffen oder Rückgewinnungsmaterial, ausgehen kann. Die Methode spiegelt auch nicht vollständig die Bedingungen wider, unter denen Abfallstoffe in der natürlichen Umwelt vorkommen können. Durch den Einfluss atmosphärischer Faktoren, chemischer Witterungsprozesse, Änderungen des pH-Werts der Umgebung oder oxidierender und reduzierender Bedingungen kann sich der Grad der auslaugenden Schadstoffe erhöhen und damit auch die zulässigen Konzentrationsgrenzen für eine bestimmte Abfallart (Inertabfall, gefährlicher Abfall usw.). andere als inerte und gefährliche Werte) überschritten werden.

Einer der Zwecke von Labortests zur Auslaugbarkeit kann darin bestehen, die langfristige Freisetzung von Bestandteilen aus Abfallmaterialien vorherzusagen. Unter Laborbedingungen ist es nicht möglich, in einem realistischen Zeitrahmen Testergebnisse zu erhalten. Die Simulation langfristiger Freisetzungsszenarien kann durch vorübergehende Erhöhung der Laugungsdurchflussrate durch die Säule oder durch Erhöhung des Laugungsvolumens in Chargentests erfolgen. Mit beiden Verfahren kann simuliert werden, dass das Material über längere Zeiträume natürlichen Faktoren, vor allem atmosphärischen Niederschlägen, ausgesetzt ist.

Säulentests (Perkolation), die bis mindestens L/S = 10 dm3/kg durchgeführt werden, können zur Beurteilung des langfristigen Auswaschverhaltens von Schwermetallen verwendet werden. Andererseits sind Chargentests, die bei L/S = 10 dm3/kg durchgeführt werden, ein gutes Instrument, um Abfälle schnell auf den Gehalt an mobilen Formen von Schwermetallen zu beurteilen. Studien haben im Allgemeinen eine höhere Metallauslaugbarkeit während des gesamten Perkolationstestverfahrens als beim Chargentest ergeben.

Das langfristige Auswaschverhalten von Schwermetallen aus Abfällen, die langfristig extremen Umweltfaktoren wie niedrigem pH-Wert ausgesetzt sind, kann durch Bewertung der maximal für die Auslaugung verfügbaren Elementmenge bestimmt werden. Es wurde beobachtet, dass das hohe L/S-Verhältnis von 50 dm3/kg zusätzlich zum niedrigen pH-Wert der Laugungsflüssigkeit und der Verfeinerung des Abfalls auf < 0,125 mm die Freisetzung von Zn, Cu, Pb und Ni erheblich beeinflussen könnte auf dem höchsten Niveau aller Testmethoden.

Die Beobachtung von Veränderungen bei der Auswaschung von Schwermetallen aus monolithischen Abfällen über einen langen Zeitraum (64 Tage) deutete auf einen mehrdeutigen Trend in der Intensität der Metallfreisetzung in Abhängigkeit vom Untersuchungszeitraum und dem getesteten Material hin. Eine Intensivierung der Auslaugung einiger Metalle wie Cu oder Ni aus klumpiger Kupferschlacke (pH 4) trat erst nach 16 Tagen Kontakt zwischen dem Abfall und dem Auslaugmittel auf. Der Auslaugungsprozess über einen langen Zeitraum hing auch vom pH-Wert des Elutionsmittels ab. Monolithische Kupferklumpenschlacken setzten bei einem pH-Wert von 4 des Laugungsmittels mehr Schwermetalle frei. Ein solcher Zusammenhang wurde für Zinkschlacken nicht beobachtet.

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen deutlich, dass es schwierig ist, die Richtung der Abfallbewirtschaftung im Zusammenhang mit der Vorhersage der Auswaschung von Schwermetallen zu bestimmen. Es gibt viele chemische und physikalische Faktoren, die die Auswaschbarkeit von Schwermetallen beeinflussen. Die Bewertung der Freisetzung von Schwermetallen sollte mittels einer Multikriterienanalyse unter Berücksichtigung verschiedener Anwendungsszenarien von Abfällen erfolgen.

Sämtliche Forschungsergebnisse fließen in die Arbeit ein. Die Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken der Technischen Universität Oppeln für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit.

Fakultät für Maschinenbau, Technische Universität Opole, Mikołajczyk Str. 5, 45-271, Opole, Polen

Kamila Mizerna & Anna Król

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KM führte die Experimente durch und verfasste das Manuskript. AK entwickelte die Methodik, analysierte die Ergebnisse und überprüfte das Manuskript. Alle Autoren diskutierten die Ergebnisse und trugen zum endgültigen Manuskript bei.

Korrespondenz mit Kamila Mizerna.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Mizerna, K., Król, A. Die Bedeutung der Zeit und anderer Determinanten bei der Beurteilung der Schwermetallfreisetzung bei der Entsorgung fester Abfälle. Sci Rep 13, 1651 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28926-0

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Eingegangen: 12. Oktober 2022

Angenommen: 27. Januar 2023

Veröffentlicht: 30. Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28926-0

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