characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in catalonia

8
Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia Maria Izquierdo, 1 * A ´ ngel Lo ´pez-Soler, 1 Enric Vazquez Ramonich, 2 Marilda Barra 2 and Xavier Querol 1 1 Institute of Earth Sciences ‘Jaume Almera’, CSIC, C/Lluis Sole i Sabaris s/n, 08028 Barcelona, Spain 2 Department of Construction Engineering, Politechnical University of Catalonia, C/Jordi Girona1-3, 08034 Barcelona, Spain Abstract: Bottom ash from municipal solid waste incinerator plants in Catalonia was characterised to investigate some alternatives for its utilisation and their potential environmental impact. After a detailed chemical and mineralogical characterisation, physical and geotechnical properties were investigated. The study focused on the use of bottom ash as an aggregate substitute in pavement applications. The results show that this material may be successfully used as a compacted material in unbound road sub-bases. According to Spanish Speci®cations for road construction, bottom ash complies with the technical requirements for sub-bases. Data obtained from the leaching test satisfy the limit values established by Catalan Speci®cations for bottom ash utilisation. The use of bottom ash in the envisaged application should therefore not result in any environmental impact. # 2002 Society of Chemical Industry Keywords: bottom ash; municipal solid waste incineration MSWI); road sub-base INTRODUCTION Municipal solid waste incinerator MSWI) plants produce solid by-products, mainly ¯y ash and bottom ash. Fly ash from an MSWI has important limitations for utilisation in the construction sector owing to the high content of potentially hazardous elements. Bottom ash is the most signi®cant by-product from municipal solid waste incineration. It accounts for 85± 95% of the solid product resulting from MSW combustion. MSWI reduces the volume of waste by about 90% and its mass by about 70% 1 around 225± 315 kg of bottom ash per tonne of MSW 2 ). About 200 000 tonnes of bottom ash are currently produced each year in Catalonia at seven major plants: Tarra- gona, Mataro  , Sant Adria Á, Montcada, Girona, Vic and Vielha Fig 1). After combustion, bottom ash is processed for subsequent utilisation or disposal. The treatment entails quenching, after which ferrous particles are removed by magnetic separation techniques. At one plant Mataro  ), treatment includes size separation with a cut-off size of 40mm. Current worldwide applications include: 2 ± An aggregate substitute in pavement applications such as subgrades, subbases and road bases, as a compacted material. ± An aggregate substitute in concrete mixed with Portland cement such as prefabricated or ®eld- erected forms and concrete paving blocks for roads. ± A granular ®ll material for embankments. In Catalonia, bottom ash is mainly land®lled, but utilisation of residues is preferred to disposal in accordance with the waste management policy of the Autonomous government of Catalonia. In this study, some alternatives for utilisation of bottom ash from MSWI plants and their potential environmental impact were investigated. Since bottom ash is a granular inert and compactable material, it shows a high potential as an aggregate substitute in pavement applications. A typical road pavement consists of a set of the following layers, from the surface down: wearing course, base course, road base, sub-base and subgrade. Each layer requires a material with very speci®c physical and geotechnical properties, which are de®ned by the Spanish Speci®cations for road construction. 3,4 Thus, Spanish Speci®cations 3,4 clas- sify the road materials into two types, as a function of the physical and mechanical properties: crushed aggregates for granular layers and rounded aggregates for granular layers. Crushed aggregates crushed material that comes from quarries) are considered to develop pavement layers with a higher strength. For this reason, this type of aggregate is commonly used for road bases. Rounded aggregates natural gravel) (Received 16 July 2001; accepted 17 December 2001) * Correspondence to: Maria Izquierdo, Institute of Earth Sciences ‘Jaume Almera’, CSIC, C/Lluis Sole i Sabaris s/n, 08028 Barcelona, Spain E-mail: [email protected] Paper presented at the PROGRES Workshop: Novel Products from Combustion Residues, 6–8 June 2001, Morella, Spain Contract/grant sponsor: CIRIT – Departament de Medi Ambient # 2002 Society of Chemical Industry. J Chem Technol Biotechnol 0268±2575/2002/$30.00 576 Journal of Chemical Technology and Biotechnology J Chem Technol Biotechnol 77:576±583 online: 2002) DOI: 10.1002/jctb.605

Upload: maria-izquierdo

Post on 11-Jun-2016

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

����� � ������� ������� ��� �� ������ � ���� ����� �� ���� &&3%+?&%$. �����3 -**-�BC�3 ,*�,**-@2����?*%

Characterisation of bottom ash from municipalsolid waste incineration in Catalonia†

Maria Izquierdo,1� Angel Lopez-Soler,1 Enric Vazquez Ramonich,2 Marilda Barra2

and Xavier Querol11Institute of Earth Sciences ‘Jaume Almera’, CSIC, C/Lluis Sole i Sabaris s/n, 08028 Barcelona, Spain2Department of Construction Engineering, Politechnical University of Catalonia, C/Jordi Girona1-3, 08034 Barcelona, Spain

(Rec

� CoE-ma† PapCont

� -

��������� ��� ��� �� ��������� ���� ����� ���������� ������ �� �������� ��� ������������� �

����������� ��� ������������ � ��� ���������� ��� ����� �������� ������������ ������� � ��� �

�������� �������� ��� ������������ ���������������� �������� ��� ����������� ��������� ����

������������� ��� ����� ����� � ��� ��� ���� ��� �� �� ��������� ���������� �� ��������

������������ ��� ������� ��� ���� ���� �������� ��� �� ������� ���� ���� �� � �������� �������� ��

������ ��� ���������� �������� � ������� ������������ � ��� ����������� ���� ���

������� ���� ��� ��������� �� ��������� � ���������� !��� ������� �� ��� �������� ���� ����� �

��� ����� ������ ����������� �� ������� ������������ � ���� ��� ����������� ��� ��� ���� ���

�� ��� ��������� ���������� ����� ����� �� �� ������ �� ��� ������������ �������

� "##" ������ �������� $�������

%������� ������ ���� ���� �� ����� ����� ��������� ������� ���� �������

INTRODUCTION���� �� ����� ����� ��������� ������ ����

����� ����� ��� ������� ����� �� ��� �� ������

���� ��� ��� ���� � ���� ��� �� ����� ����������

��� ��������� � ��� ��������� ������ ��� �� ���

�� � ����� �� ��������� ��!����� ��������

"����� ��� �� ��� ���� �� �#��� ��� ����� ����

���� �� ����� ����� ���������� �� ������ ��� $%&

'%( �� ��� ����� ����� ������ ���� ���

��������� ���� ������ ��� )���� �� ����� ��

���� '*( �� ��� ���� �� ���� +*(, ����� --%&

.,%/ �� ������ ��� �� ��� �� ���-�� 0���

-***** ���� �� ������ ��� ��� ������� ������

���� ���� � 1������� �� ��)� ��2�� ����3 4�����

��� ������5 � ��� 0����6� �������� 7����� 8�� ��

8����� ��� ,��

0���� ��������� ������ ��� �� �������� ���

����9�� ��������� �� ��� ����� 4�� ��������

������ 9���� � ����� ����� ������ �������� ���

����)�� �� �� ���� �� ������ �����9��� 0� ��

��� �������5�� �������� ������ ��!� �� ������

���� � ������ ��!� �� :*���

1���� ��������� � �������� �����3-

& 0 � �� ��� �������� � �)���� � ��������

��� �� �� ������ ������� �� ���� ������ �� �

��� ����� ���������

& 0 � �� ��� �������� � ������� ��;�� ����

<������ ����� ��� �� ������������ �� #����

eived 16 July 2001; accepted 17 December 2001�

rrespondence to: Maria Izquierdo, Institute of Earth Sciences ‘Jaumeil: [email protected] presented at the PROGRES Workshop: Novel Products from Comract/grant sponsor: CIRIT – Departament de Medi Ambient

**- ������� �� 1������� ������� � ���� ����� �� ���� *-

������� ����� �� ������� �)� ����/� ���

������

& 0 ����� #�� �������� ��� ����/�����

� 1�������� ������ ��� �� ����� ���#����� ��

��������� �� ������� �� �������� �� ��� ���� �

��������� ���� ��� ����� ��� ���� ����� �� ���

0������ �)����� �� 1�������� � ���� �����

���� ��������)�� ��� ��������� �� ������ ��� ����

���� ���� �� ����� ������� �)��������

�� ��� ���� �)���� ����� ���� ������ ��� �� �

����� ���� �� ��� ������� ��������� �� ����� �

�� � ������� �� � � �� ��� �������� � �)����

� ���������

0 �� ���� ���� �)���� ������� �� � ��� �� ���

������� ������� ���� ��� ������ ���3 �����

������ ���� ������ ���� ����� ������� �� �� �����

=��� ����� ��9���� � �������� ���� )��� � ���#�

������� �� ���������� �� ������� ����� ���

��#�� �� ��� � ���� � ���#������ ��� ����

����������.�: 4��� � ���� � ���#������.�: �����

���� ��� ���� ��������� ��� ��� �� ��� �� � ����� ��

��� ������� �� ��������� �� ������3 ������

� �� ���� ��� ����� ������ �� ����� � �� ����

��� ����� ������� 1����� � �� ���� �������

�������� ���� ����� ���� 9������� ��� ��������� ��

��)��� �)���� ������ ���� � �� ��� ���� ��� ���

���� ������ ���� �� � �� � �� ��� �� ������� ���

��� ���� ������ >���� � �� ���� ������ ��)���

Almera’, CSIC, C/Lluis Sole i Sabaris s/n, 08028 Barcelona, Spain

bustion Residues, 6–8 June 2001, Morella, Spain

?$&-%+%@-**-@A.*�** %+?

Page 2: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

Figure 1. Location of the sevenCatalan MSWI plants. Underlinedplants were selected for geotechnicalcharacterisation.

������ ����� �� � � � ���

��� ��� ��� ���� ��������� ���� ��� ���� ��

��9������ �� ��� ���� ������ 4�� ��������������� ��

������ ��� ��� �� ��� �� �������� ��� �������

� ������� �� ������ ��� � ���� ����������

METHODOLOGYMaterials"����� ����� ���� ���� 1����� ���� ����

��� ��� ���� D� �� B������� -***� 4�� ��� ���

������ �� .����� ��� ��� ���� �� .**/ ����

��������� ���� ��� ����/ ���� �� ��� ������ ���

����

����������� � ?**/ ��� �� �� .����� ���

������ ��� ��� ��������� � D���� -**, ��� �

�������� ������� �� ���������� ��������������� ��

����� �������� ���� �4���� ��� ������5 �� ���

0����6� ���� ��� ��� ��� ������ ��� ��������� 4��

)���� �� �������� ��������� ��� �� ����� ��� �����

�� ��� ��� ��� ���� �� ��� �� ��9���� ��� ���

������

"��� ����� �� � �� ������ ��� ��� ��� ����

����������� ����� ����� ��� �� �� ��� ����

�������������� 4� ����� �� ��������)� ��� ����

��� ��!� �� ��� ��� �� ��� ������ ���� �� ,**&

,%*/ � �� 9������ ����� ���� � ����9�� 9���

���� ��� ������� �� �� � �� ��� ��� �,&.*/ � ���

��� �������� ��������������� ������

Characterisation methods4� ����� �� ��������)� ��� ���� ����� �� � 9���

����� ������� �� ���� ��� �� ��� ������� �� �� ��� �

�?.�� ����� 4���� ������ ��� ���� ��� ��

�������� ��� ���� � � ���� )���� �EC� ���

%%*°1� �� ��� �������� �� ������� ���� ����������

�������

��2��� ���� �� ����� ������ �����������

���� ��������� � ������ ���� 4�� ��� ��� ����

������� ����� �� �� � � ����� ������� �� �����

������ ��)���� ��� ��� ������� �� ����� ������� �

���� �� �������� �������% ������ ������ ����

��������� �������� �� F�>�� ���������� �F>���

�� ��� ����� ������� ���� ������� �� ���� ��

�����)��� 1� ��� <����� ���� � ����������

� ���� ����� �� ���� &&�%+?&%$. �����3 -**-�

��1<���� �� �����)��� 1� ��� <����� 0�����

=������ � ���������� ��1<�0=�� �� ��� �����

����� �������� ��������� �� G�����%

4�� ������� ���� ��� ������ �� ������ ��� ���

�;����� �� �� ���� F���� ���������� ���� �

�� ���� ������������� H���4�� �������� �� 1I���������� J�� ��� ��� ��� ������ ��� �� �����

� ������ ��� ������� ��������������� ������� ����

��������3

� 4�� ��� ���� ���� ��������������� ��� ������� ��

�� )���� ������� �� �� �=�� �� ��� ���� �

=BF �=�� � B�� ����)� F�>��� �������� 4��

�����#����� �� ��2�� ��� ���� ��� ������� ��

�� )���� �����)���� ��� ��� -�%&%��� %&,*���

,*&,?��� ,?&-*�� �� �-*�� ��������� ����

�������� �-�� ���� ���#��� �� ���� ���� ���

��� ���� ���� ��������������� �� ���� ������� ���

�������� �� �=��

� 4�� ������� �� ��� ��� ��!� ���������� ��������

��� � ���� ������� JH=�=H '..�,? ��� ���)� ��

����� �� � ������� ���� �� ��� � �� ���� �� ��

������� ��� ������ ���� 0� ����� ������� ����

�������� � � ������� �� ��� ������� �� ����/

������� ������ ��� ���� ��#������ �� �������

��)�� 7��� ��!� ���������� �� � �������� ���� ����

� �� ����� ���� � ���� �� ������ �� �������

���� ��� ��9���� ��� ����� ������� �� ����������

������

� 4�� � ���� HE4 �H����� ��� E���������� ��

4��� ����� 4��� ��� E��������� ��������� ���

=9�)���� ������� �HE4�,,.@$++� ��� �������

�� �� ��� �%�� ������� �� �������� ���

�� ����� �� #� �������� �����������#� �����

4��� �� � �� ����� �������� ��� ��������

������ ��� �� � � �� ��� �������� � �������

��� � �������� ��� �� ��� ������ ����)��� ��

���� ������� � ��� ������ �� ������ 4�� �� ��� ���

)���� ��� ����� ��� ���� �� �� �������� ���������

� 4�� ����������� �� ��� ������ ��������� ���

������� �� ������� ��� =�� �� =H�,*'+�?

��������$ 4�� ������� �� �������� � ��� ��!�

��������3 ��� #� ������� ��%��� �� ��� ������

������� ��%����

%++

Page 3: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

Figure 2. Distribution of glass, slag material, unburned MSW, ceramicsand metal particles at two plants, as determined by hand-sorting.

� �������� �� ��

� 4�� ����� ��� ���� ������� ��� ��� � � ��� ��

������ ��� �� ��� ������ ���� ����� ����� ���

�� ����� ��� ���� ��������� ��� ���� ��� #� ��

������ �������� ������� ��� =H ,*'+�? ��������$

� 4�� E�� 0 ���� ���� ������� ��� ������� �� �

� �� ��� �������� �� ������ ��� ������� ��� ����

��� ��#�� ������)� ���������- 4�� ���������

�� ��� ������� �� � � �� ��� �� � �� �����

�������� ����� ������������� ��� �)����� �� �

����� ����� #��� ��� ������ 4�� ������� ���������

��� ��������� ������� ��� HE4�,:'@', ����

�����' 4�� %/ ��� �� ����� � ��� ��� ���� ,,

����� ����� ������ ��� �� ��� K"L ����� ������

����� ������� �� -�%/ �� ��� ,*&,-�%�� �������

�� -�%/ �� ��� ,-�%&-*�� ������� �� ������

���� 4�� #� �������� � ���� � ,�?�� ���)��

������ ��� ��� ���� �� �; ������ �� �

������ � �� ��� ��� ��� ���� �� ��� E�� 0 ����

1���#�����

� <������ 1�� ����� ����� �������� ��� HE4 ����

����� �������� <������� HE4�,*+@'$,* �� ����

�#�� <������� HE4�,*$@'$,,�� <���� �� ��� �� ��

������ ��� �� � � �� ��� �������� � ���� ���

����� � �������� ���� �� ��� ��� ���������� �� ���

�������� �� ��9����� 4�� <������ ��� ����� ����

��������� ��� ���������� ������ ��/ ������

�� ����� ����� ��� � ���#�� ��� �����

��� �� ����� �� :�% ����� �� ��� � ��� ���� ��

����#�� <������ ��� � ��� ������� <�������

� 4�� 1�������� "���� >���� �� ��� �� �)����� ���

���� �� �� � ��� ����� ��������� �� ���� �� ���

�������� ��������� �� � ����� 4�� 1"> ���; ��

��������� �� ��� ������� �������� �� ���

������ ��� ���� � ����� 4�� ������� ������

������ � ��� � ���� HE4�,,,@$+ �������,- ���

��� �� ���� ���

������� ��� ������ ���� ������ � ��� �� �����

��� �� #��� �������� �� ����� ��������� ���� ���

�� ��� �� ��������� �� ������ ��� �� ��� �������

�)�������� �� ��� ��� ��� � ������� ����������

4�� ������� B�H.$:,:��:,. �� ����� ������ ����

���� ��� �������� ����� ������ M ������ �� �

E@� ����� �� ,*��./ �,� ��� ��� �� �������� ���

������ �� ������ �� ������ ����

RESULTS AND DISCUSSIONVisual classification��)� �������� ��2�� ��� ���� ��� �� ����� �����

� ����-�%�� �������� "����� ��� �� ���� �� #)�

�������� �� �� �� ��������� � ������� �� ��� ���

��������� ������ ������ ����� �������� �� ����

�� ��� ������ ��� ���� ����� � � )���� �� �����

�� ��� � ��� ��� ��!� ������� ���������� ��

��� � �� -� � ���� # ��� ��� ���������� �

���������� ��� ��������� �� ��� ���� ���� ��� ���

0����6 ��� �� ��� ����� �� �9� �� ���� � ��������

�� �� �� ������� ������ �������� �� � ���� ��#����

��������� 0���� � ��� ��� ��!� ���������� �� ���

%+$

��������� �� �������� ��� ���� ��� ��� � ����� ��

�������� �� �� ��� ���� ��� ������ �� �����

9�� �������� �� ������ ����� ����� ����� �� �� �

����� ����� 4�� �������� �������� ��� ���� ��

��������� ������� ������ �������� ��� ������� ��

����� ���� �� ��)���� ���� � ��������� ��

��)����� ��� �� ������ ��� �������� �� ����

���� 7���� �������� ��� ����� � ��� �������� ��

���� ��� ��� ���� ����� ��������� � ��� %&,?��

�� �� 4��� � ���� ���� ��� ������������ ���

����� �� �������)� ��������� �� ��� �� �� )���

��#����� ��� �������� �� ��� ��� ��� ��� �� #�

�������� ��%���� ������� ��� �� ����� �� ���

���� ��� �������� )����� �� � ����� �� ���

�������� �� �� 4���� ��� ����� � ��� �� ������

������ �� ���� � ��� ��!��

Loss on ignitionE��� � � ���� )���� �� �� � ��� ��������

������ ��� �� ��� �������)����� 0� ���� � 4���� ,�

EC� )���� �� � ���� - �� ,*(� EC� )���� ������

���� ��� ������ ����� ���� ����� ������� �� �

���� .�% �� -'�-( � 1����� �� ���� ,�' �� ?�.( �

� ���� ����� �� ���� &&�%+?&%$. �����3 -**-�

Page 4: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

Table 1. Loss on ignition (LOI under 550°C) forbottom ash (% wt)

��������� ������ ������ ���� �� �� � ���� � � ����

������ �� � ����� ������ ���� �� ���� ���� ��

Figure 4. SEM photographs of slag particles.

������ ����� �� � � � ���

B����/�- M� � )���� �����)�� ��� ������ ��� ����

���� ���� 1����� ���� � ��� ������� ������

������� ���� ����� �� �� ��)��� �)� ���� ���

��;��� )��� ������� �� 1����� � ���#������

��� ������ ��� ���������,: �� %(�

Grain size distribution�� �� . ����� ���� ��� ��!� ����������� �� ������

��� ���� ���� 1����� ����� 4���� ��� ������

�������� ���� ��2�� ����� � ���� ��� ������ �� #�

��!��� 4�� ���� ��� �� �� ��� ��)�� ���� � �����

��� ��!� ����������� "����� ��� �� � �����

�������� ���� � ������ ��� ��!� ���������� ��

��� �� ������ �� #� ���� ������ ��� =9�)����

����� �� ������ ��:*��� ��������� 0 ��� �� �����

�� #� �������� ��� � ��� ����� �� �� ��� ������ ��

��� � �������� �)���� �� �� ����� �� ��)� ���

��� ����� �� ������� 4��������� ������ ��� ����

�� ������#�� �� � *&-%�� ����� ����� �������� ����

��� �� ������ ��� ����� �� ��)��� ������ ������ ����

�� � ��� �� � ���� ��� ������ 4�� ��� ��!�

���������� ��)�� ������� ��� � ��;������� � ���

���� ��� �� �� ��� ���� ��������� �� �)� �� ���

� ���� � ���#������ ��� ���� ����������.�: 1��

��9���� ������ ��� ���� �� ��������� �� �

������� �������� �� ��)������ ���� ����������

�� ������� �� ����� � �� ���� ��� ����� �������

Particle morphology<������� ��� ���� � �� ������� � �� ������ ���

���� ������ ������ ���� �;��� � �����������

����� � ���� ��������� �� ������ �� �

������ ����)���� ��� �������� ��� � �� � ������

������� �� � )������� �������� �� �� �� ��� ����

����� �� � �� ������� ��� �������� ���

Figure 3. Grain size distribution curves of bottom ash from MSWI Catalanplants.

� ���� ����� �� ���� &&�%+?&%$. �����3 -**-�

�*�.-�� ��������� ��� �������� ��� ���� ��� ��

)��� ���� ��� :�� <������� ��)���� � ��� � ������

���� �� ����9���� � �� � ������)� ������ �)�������

��� ������ � <������� ���� �;���� � ����� �

����� ��� �� #��� ��� ������

���� ���� �������� ���� ���� �� � ���

������ 4�� #��� �������� ���� ������� � ������3

������ �������� ����� �� ��� �� ����� �� ������ ������

��� �� ���� �� !�� �������� ��� %�� C���� �� �� ��

�������� ��� �� #������� ������� ��������� ���� ���

�������� �� ������ ���������� ����� ������

��� ��� ������� �������� �� ����� ���� �� ��;� ���

Figure 5. SEM photograph of a zinc particle.

%+'

Page 5: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

Table 2. Ranges of contents of major (% wt)and minor and trace (�gg�1) elements inbottom ash from the seven plants

����� ��������

�� ���

� ��� �� ����

��������

�������

�� �� ��� �� ������

�� ������ �� ������

�� ������ �� ������

�� ����� �� �������

� ������� !" �������

�# ������ �$ ����

% ������� �$ �����

! ������ �� �����

� ������ & �����

�� �����

�' ��

�( ����

�' ����

�) ����

� �������� �� ��

�������� �� ��������� ���� ����� � ������ ���� �

�������� ������ ���� ���� ��� � ��� ��� ��� ����

��� ��� 0����6 ���� ��� ��� �� 9���� ����

���������

Chemical characterisation0���� � ��� �������� ��� ������ �� ������ ���

�� ��� � ��� ��� ���� ��������������� �� � ���

�������� ������� ��� ����� �� ��2�� ������� ��

������ ������� �� ��� ��)� ���� �4���� -�� ��

��������� ��� �)��� � ����� �� ����� ������� �

��� ���� �� ������ �����,% M���)��� ��� ����� ��

���� �� ����� ������� )����� ������ �� ����� ����

�4���� -� �� �� �� ��� ������� ���� ��� ��� �� ���

�9�)���� �)��� � ����������� ��� � ��� ����

�� ������ ����� M� � )���������� � ����� ������

������ ��� ���� �����)�� ������ ��� ��� ���� ���

���� ���� 1�� ���� ���� ����� ��������

�������,? ������ ��� �� �� ��� ������� � 1� ��

N� <�� 1� �� H��

Mineralogy"����� ��� ������ � ��� � )������ �� ����������

������ �� ��� ������)��� ��� �������� ����� �� F>B

�.(� ������ ��� ��� �������� �� ��2�� ������ 4��

��� ��� ���� �� ������ ��� ��� � ���� ���

����� �����; ��� ������ ���� ��� �� � F>B ���/�

��� ������ 9���! �� �������� ���� �� ������ ��

����� �� ��� ����� ����� � ��� ������ ���������

Table 3. Apparent particle density, particle densityon a saturated and surface-dried basis (SSD) andparticle density on an oven-dried basis (OD) ofbottom ash from three plants (values in kgm�3)

�**�$ �+ *�$+�,� )

!�$+�,� ) �(�+- ��.

!�$+�,� ) �(�+- �.

%$*

������ � ����� ��� �� ��������� �� �� ����� ���

������� ��� �� ����� ��)���� C���� ���� �����

�����#�� ��� ��� ����� ������������ ��������� �������

������ �� ���� �������� ����������� ����� ������

��� ������ ����� ��)��� �� ���� �� ��������� ����

��� )��� 9��/�� ��������� ��� ������� �� �����

����� ��� ����� � ��� � �� ��� ���� 4�� #�

�������� �� ��� ������ ��� ����� )������� �� ������

�� ������� ��� �� � ��� ��������� �������� ��

���������� 4���� ������� ����� �� ��/� ���

������ �)� ����� ����� � ��� ��������� �� ���

�������� ��� �� ��� ����� �� �; ���)� ������

4�� ��)��� ��� �� �� ��� �������� ����� ���

������� ������ ��� �� ����� ���� ������ � �; ����

������� ���� ����� ��� ����� ��� �� �����

���� ������ �� ����������� ���� ���� �����#���

� ���� � ������ �!!����� ����)��� ���� ����

�������� �� #��� ��� ������

Sand Equivalent��� =9�)���� )���� ������� ���� ��� HE4�,,.@

$++ ���� ��� ��� ����� ���� ��� ������ �������� +* ���

��� 0����6 �� ���� $, ��� ������5 �� 4���� ���

�� � �� � �� �)��� ��� ��������� ������� ����

����� ���)�� ��� =9�)���� )���� �%* �������

� ���� � �� ���� ��� ���� �� ��� �)���� � ���

�������,+ 0 ��� =9�)���� �.* �� ��9���� ���

����� ������ ���� ���� ������ �� �����

� �� ����� �� ����������� �� ��� � ���� � ���#���

���� ��� ���� ����������.�:

Density parameters4���� . ����� ��� )���� �� � ���� ������� ������

�-:**&-?$*/ ��.�� ������� ������ � � ��������

�� ������������ ����� ���B� �-,**&-.**/ ��.�

�� ������� ������ � � �)������� ����� �CB�

�,$**&--**/ ��.� �� ������ ��� ���� ��� �����

���� ����� 4���� �� � ��� � ������ ������

����� ������ �� ����� ��� )���� �� ������ ���

���� ����� �������- �� ���� ������� ������3

-%%*/ ��. ��� ��� #� ������� ��%���� -%%,/

��. ��� ��� ������ �������� ������� ������ ��B3

-,.*/ ��. ��� ��� #� �������� -.%*/ ��. ��� ���

������ �������� ������� ������ CB3 ,$?*/ ��. ���

��� #� �������� -,'*/ ��. ��� ��� ������ ���������

0� �� �� ��� � 4���� .� ��� � ���� �������

������ ������� ��� ���� ��� �� �� �� ��� ��� ���

)��� �� ��� ������� ������ CB� �� ������� ��� ��� #�

��������� 4��� ��������� �� ��������� �� ��� ���� ����

������ ��� �� � �������� ���� � �� � �������� 4�� ����

��������� �����)�� ������ � ���� ������� ������

��������� ������� ���� �� ��

� �� ������ � �� ������ � �� ������

�(�+- ��� ��� ��� � ���� � �

�� ��� �� ���� ���� �� �

���� ���� ��� ��� � �� ���

� ���� ����� �� ���� &&�%+?&%$. �����3 -**-�

Page 6: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

������ ����� �� � � � ���

�� ������� ������ CB )���� ��� ��� #� �������

���� ���� ��� #� �������� �� ������ ��� �� ����

���� ��� ��� ������ ���������

� ��� ����� ���� ��� �� ���� �������� �� �����

� �� ���� ���������3 -?**&-+**/ ��.� �����3

-+%*/ ��. ,+�� ��� ������ ������� �������� ������

��� �� � � �� ��� �� ���� ��� ����� ����

Absorption4���� : ����� ��� �� � ����� ����� ��� )����

������� ��� ������ ���� � ��� ����� ���� �����

�����)�� ��� ��� ���� ����� ����� � �� ����

��.( ��� ������ � �� ����� �� �%( ��� #�

� �� ����,+�� M���)��� ���� ��� ������ ������� �� �����

��� )���� �����)�� � ������ ����� ���� �����

������� �,:( ��� ��� #� ������� �� %�+ ��� ���

������ �������-�� 4�� �� ���� )���� ������� ��� ���

#��� ������� �� ������ ��� ����� ,: �� ,+(� � ���

���� �� �� � �� ��� ���� �������� ���� � �� � ������

����� ���� ������ ��� �� � �������� ���� ��� �� �����

��� ������� � ��� � ���� �� ������ �� ����� ��

��/� ��� ����� ������ �� ��� �� ���� ����� ��

������ M���)�� ��� �� �� �� ��� ����� ����� �

1������� ���� �� �;���� ,*��� ����� �� �� �� �

�� ���� ���� � �� ��� �)�����

Resistance to fragmentation (Los Angeles test)4�� E�� 0 ���� 1���#���� �E01� ������� ���

������ ��� ���� ��� ����� ���� �� )��� ������� ��

�� �� ���� :* �� :-(� 4���� )���� ��� �� ��� ���

����� �����)�� ��� ���� ����� � �� ���� ��� ����

E01 )���� ��� � ��� �� � �� ,$&-%( ��� ������

�� -%&.*( ��� ���������,+� �� )��� ����� �� �����

)���� �����)�� ��� ������ ��� ���� ����� �������

�:*&:%(-�� 0���� � ��� )���� ������� � ��� �

������ ���/���� ���� ��� �� ���� ��� ���� �� ���

��� �� � �� ���� �� ��� �������� � �� �����- �

������ ������ �� ��� ������� � ��� �� � �� -*&

%*( ������ �� �� � � �� ����� � �� ��� ��� ����

��������� � ��������� �� ����#������%* ����

���� ��� 9����� � �� �����,+

0������ �� ��� � ���� � ���#������ ��� ����

����������: ��� E01 ��� �� �.%( ��� ������

� �� ���� ��� � ������)� ��� ����#� �� �:*( ���

����� � �� �����

4�� )���� ������� �� �� ��� �� ��������������

���� ��� ���)� ��9�������� M���)��� ����� �����

)���� ��� ��������� �� �� ������ ���������)� ��� ���

������ ���� ��� ����#� ����� ��� ��� ������ �� ���

���� ����� �� ����� �� ��/� ��� ����� ���� �����

��� � ��������� � ���#������ ��� ���� ������

��� �;����)��� �� ���������� ����� �� � ���/ ��

Table 4. Water absorption values, in % wt

��������� ������� ���� �� ��

� �� ������ � �� ������ � �� ������

/�+ $ �"('$*+�'� ��� �� ���� ��� ��� ���

� ���� ����� �� ���� &&�%+?&%$. �����3 -**-�

/����� � � ��� ����)��� �� ������ ��� ��� #���

��������� 4�������� ��� ��� ������� ��� ���

����� ���� �� �;����� ��������� ��� ����� �������

����� � ������ ��� �;����� ��� ��;��� )����

���������� ��� E01� �� ��� ��� ������� ��

������� �� ������ � �; �������� ���� ��������

����� �� �; ����� �� ���� �� ���� ��� �� �;����� �� ���

E01 ���������� )���� ���� �)��)� ����������

������� � ��� �)�����

Proctor compactionB������� <������ ��� ����� ��)�� ���� �������

��� ������ ���� 4�� �� ����� ��)�� ��� ���� � ��

?� 4�� ���� ��� ���� � � ���� ���� ���� �� �

�������� ���� � ������ �� � ������)��� �� ��� �����

��������,+ C ����� ��� �������� ������ ������ ��

�� ��� ��;��� ��� ������ ������� �� ������ ���

��� ,%-*&,%$*/ ��. ��� ������� <������ �� ,%$*&

,?:*/ ��. ��� ��� ����#�� <������� E����� )�������

�� ��� ���� ���� ��� ������� ���� )���� )���

����� �� ����� ��������� ��� ������ ��� ����

�������� ������� �,%.*&,+.'/ ��.� �� �� �����

�� 1������ � �-�� C ����� ������� )����� ���� ,.�'

�� ,$(�

� ��� ����� ���� ��� ��;��� ��� ��������

������� �� ����� � �� ���� ���� ��� ����#��

<������� �������� �-,**/ ��. ,+�� ��� )���� ������

���� ��� ������ ��� ��� ������ M���)��� �� ���� ��

��� ��� ��� ������ �)� ���� ��� ������� ������

�� ������ ��� �� ���� ������ � ���� ����� ���

��� ����� �� ��� �� ����� $*(�

4� ���� � ����� �������� �� ����� � �� ���� ���

���� $(�,+ ������� ����� ��� ����� ��������� ���

������ ���� �� ���� ��� ����� ����� ��� )���� ���

����� �� ���� ��)� ��� ��)����� �; �����

"���� � ��� ������� ������ ��� ��� �� ���������

�� � �� ��� ��� ������� ��������� ����� �� ��������� �

����� �� ��)�� ���� ���������� �� �� �������

���� �� �� ��������� �� ��� ������

California Bearing Ratio4�� ����� �� ����� ������ ������� ��� ��� ��������

������ ����� ��� �� ����� � 4���� %� 4���� ��� ������

Figure 6. Proctor compaction curves for Mataro and Sant Adria bottomash.

%$,

Page 7: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

Table 5. California Bearing Ratios (CBR index)obtained for bottom ash

��������� ������� ���� �� ��

��0 ��) 1 � � �

� �������� �� ��

������� �� ����� ��������� ��� ����� � �� ����

��� ���� )���� �� � ���� :* �� ,**,+�� 4���� �� ���� �

��� � ������ ���� ��� ��� 1"> ���; �������

��� ������ ��� ���� ����� �������� �� � ���� .'

�� ,%:�- 4���� )���� � ��� ���� � ����� �� ����

����� ������ ��� ��� ��� ��� � � ����� ���������

�� ���������� ��� ��� ��)� ������ 4���������

������ ��� ��� ��)��� ������ ���� ������� ���� �

�� � ����� �� ����� �� ���� ��� 0������ �� ���

� ���� � ���#������ ��� ���� ���������.�: ���

1"> ���; ��� ���-* ��� �������� ������ ���

�� � ������� �������� �� ������ �� ����� � ���

���� � ����� ������� "����� ��� �� ������� ���)�

���� ����� )����

Leaching tests4�� ������ ����� ������ � ��� �� ������� �� #���

�������� �� ����� ��������� ���� ��� �� ��� ��

��������� �� ������ ��� �� ��� ������� �)����

����� �� ���� "����� ��� �� � ��/���� ��������� 4��

�� � M )���� �� ��� ��������� ����� + �� ,,� ��� ��

��/� ��� ����� �)� ���� ����� �������� ���

��������� �� ��� ������ �� ���� ��� ������� ��

������� ���� � ����� ���� �� 1�?�� <�-�� N-��1-� �� H�-��� 1�����)��� )���� �� � ���� ,-**

�� :***�����,� �������� ���� � � � 0� ���� �

4���� ? ��� ������ �� ��� ������ ����� ������ �

B�H.$:,:��:�,. ��� �� ���� ��� ��9������� �

��� ������������ �� ����� ������� �� ��� 1�����

Table 6. Leachable content of major, minor and trace elements(�gg�1 on a dry bulk basis) in bottom ash (DIN38414-S4)

����� �������� ������� ���� �������� �������

�� �� ���� �$ ����� ����

�� ��� � ���� �� �������� ���

% ������ ���� �� ������� ����

� ���� ���� �� �������� ���

�� ���� ���� �' �������� ����

�# ����� ���� !" ��������� � !"�

�� ����� ���� �� ��������� ����

� ������ ���� & �������� ����

! ��������� ���� �$ ��������� � !��

�� ���������� ����

�( ���������� � !��

�� ���������� ����

�' ������������ ����

�) ������� � !��

&��� ( �� *�$ �+2 ( ( �$ +2 3�1�3�3 �)3�((�"� � �,2�"�

,'�+ �+( �� �,,'$)��, 4�+2 ��+���� (+��)�$)( 5'$ "'++'3 �(2

�+���(�+�'��

���6 �' ��3�+( �$ ) 7� ) "- +2 ��+���� �+��)�$) 5'$ +2 (

� 3 �+(��

%$-

� ���#������ ��� ������ ��� ����������,: �� �����

9���� � �)�������� ����������� ����� ��

���������

CONCLUSIONS AND FURTHER RESEARCH4�� ������ ����� ������ ��� ������ ������� �� ������

����� ���� ����� ��������- 1�� ��� ��� ������ �

������ �� ������ ���� ����� )���� ��� � �����

����� ���� ���������� ������� )���� ������ ���

��� ��!� ����������� ��� �9�)����� ��� �����

�� ��� �� 1"> ���; ���� �����)��� M���)���

������ ��� �� �� ���� ����� -***/ ��.�� ��

����9���� �� �����)�� ����� ��;��� ��� ��������

��,?%*/ ��.�� ����� ����� ��� )���� ��� �� ���

��� ����� �����)�� � ����� � �� ���� �%(��

�� ������� � ��� #� ������� �� ������ ��� �,:&

,+(�� ����� ���� ���� ������ ��� �� � �� ��� ����

��������� 4�� E�� 0 ���� 1���#���� ���� ������� ����

��� �� ���� )���� �� ����� � �� ���� ��.%(��

� ���� � ����� ��������� �� ��� ������� ����

���� ����� � ��������� ������� �� ��� �)�����

4�������� ��� ��� ������� ��� �� ������ � ������

� ��� �; �������� ���� ��������

"����� ��� �� � ����� ����� ����� �� �� ���

��� ������� �������� ���� ��� ��)��� ���� ����

��������� "����� ��� �����#�� ���� �� ��� ��������

��9������� ��;�� � ��� ��������� �� ��� ��������

����������� �� ��� � ���� � ���#������ ��� ����

����������.�: ��������� �� ���� �� ��������� �� �

������� �������� �� ����� � �� �����

B��� ������� ���� ��� ������ ���� ��� �� ����

��� ����� )���� ����������� �� ��� 1����� � ���#���

���� ��� ������ ��� ����������,: 4�� �� �� ������

��� � ��� � ����� � ������� ����� ��������� ��

����� � �� �)�������� �� ����

"����� ��� ��� �� ���������� ���� ���� ���� �

��������� �� �)�������� ��� �� )���� �� �

� �� ��� �������� � �)���� � ��������� �� ��

������ � ���� ���������

4�� ������� B��� H=H ���� �� �����

������ ����� ���� �� �������� �� ����� ���� ����

���� ��� ������ ����)��� �� ������ ����

4� �)����� ��� �� ������ �� ������ ��� ��� #���

�������� � �; �������� ���� �� �� �� ��

���������� ���� � ��� ���� ������� ����

�� ������ ���� 4�� ������� ���� �� �9� �� ���� �

�������� ��������� � ����� �� ��� ��� ��� ������

�� ������ � ��� #��� ���� ��� B�H ��H=H �������

���� �������

ACKNOWLEDGEMENTS4�� ����� ���� ��� ��� � ����� �� ��� 1�>�4&

B� ������� �� ���� 0������ 4�� ������ ���� ��

���/ ��� 01=8=>�J �0��������� �� 1�������

=��� ����� ��� ��� 8���������� �� ���� �� �����

������� �� ��� D�� �� >����� �� 7��������� ��

1������� 4��/� ��� ���� �)� �� �� ����

0����� ��� �; ��� �������� ����������

� ���� ����� �� ���� &&�%+?&%$. �����3 -**-�

Page 8: Characterisation of bottom ash from municipal solid waste incineration in Catalonia

������ ����� �� � � � ���

REFERENCES, 1������ D�� �� ���� �� ����5��! �0 �� =� ���� ��

1���������!���� �� ��� ������ ��� � � ���� �� ����� �����

���������� � �������� �� ����� �'(3-,,&--- �,'''��

- 1������ 0D� =� ��� 44� M�����5 D� M2����� C� I���� B��

������ �=� )� ��� ����� M0 �� 8����� D� �4�� ����������

0�� ���/� 7�� �� �������� ��� ��� � �������� �

�������� ������ � =)�������� �������� =���)��� �,''+��

. ��������� �� C���� <5������� <��� � �� ������ ����� ��5�����

������� ��� ����� �� ���������� � ����� <7.� ������

�,'+%��

: ��������� �� ������� E� �������5 �� 1���������� H������)�

7������ ��������� �� ������� ��������O5� 7����� 4�5�����

������ �,''+��

% G���� F� 4���� ������� � ��� 4���� ��� �������� ���� ��

����� ����)��� ��� ��������� =�� �� 1��� �� �����

1������ <��2��� +--*@=B@*,:� ���� >� ��� �,''%��

? 0=HC>� 0��������5 =� �P��� �� H������!����5 � 1����#�����5�

JH=�=H '..�, ����� ���� �� ������� �� ���������� ����!"

����� �� � �!����# $�� � %� B����������5 �� �� ��������O5�

�� ��� ���O5����� ��5���� ��� ����!��� �,''$��

+ ��������� �� ������� � & '( )���� �� *���� �� ��

������� �� HE4�,,.@$+ =9�)����� �� 0��� �,'$+��

$ =�� �� 1�������� ��� ��������!����� =H�,*'+�?��� � ��

� ���� ����� �� ���� &&�%+?&%$. �����3 -**-�

��������� ��� ������� ����� ��� � ������� ��# $�� +� B�������

���� �� ������� ������ �� ����� ����� ��� �-***��

' ��������� �� ������� � & '( )���� �� *���� �� ��

������� �� HE4�,:'@', >��������� �� ��� ���� �� ��� �5�����

�� ����� �� �� ��59�� �� E�� 05 ���� �,'',��

,* ��������� �� ������� � & '( )���� �� *���� �� ��

������� �� HE4�,*+@'$ 0 ������ <������ H����� �,''$��

,, ��������� �� ������� � & '( )���� �� *���� �� ��

������� �� HE4�,*$@'$ 0 ������ <������ ����#����

�,''$��

,- ��������� �� ������� � & '( )���� �� *���� �� ��

������� �� HE4�,,,@$+ �5���� 1"> � �� ����������� �,'$+��

,. B�H .$:,: �:� 7���� ������� ������� ��� ������ ������

����� �� ������� ����� & 7�� � ���� � �� ��������3

B���������� �� ������������ ��:�� �����Q� �Q� H��� �

"���� �,'$:��

,: 7��������� �� 1������� B� ������� �� ���� 0������

C���� ��� ,% �� ������ ��� ,''? ����� )������!����5 �L����6�����

BC71� B���� C#���� �� �� 7��������� �� 1������ �,''?��

,% E����� �E� ������� �������� �� ���� D ����� R ���� H��

S��/ �,'+'��

,? ����� �� ����� ���� � ��� �� ����� ��, �������� �=01���

>�������� �=01>@*,� E��� �,'$+��

,+ I������ 1� ������� � �� B�� 8�� �0� ����� ���� ��# ���� ��

��������� �� ������( ������ � $��� �� ������ �,'''��

%$.