E bieta Dusza, Zdzisław Zabłocki
Katedra Ochrony i Kształtowania rodowiska,
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny, Szczecin
Wst p
Bardzo cz sto wykorzystanie osadów ciekowych powstaj cych w procesie oczyszczania cieków napotyka na szereg problemów. Wynika to m.in. z ich mazistej konsystencji, du ej odorowo ci czy te zawarto ci drobnoustrojów chorobotwórczych.
Ostatecznie jednak najcz ciej spotykanym ograniczeniem w przyrodniczym wykorzystaniu osadów ciekowych jest ponadnormatywna zawarto w nich metali ci kich [SIUTA 1999b; KRZYWY i in. 2000].
Wła ciwo ci fizykochemiczne osadów ciekowych, jak podaje MAZUR [1996] czy GAMBU i WIECZOREK [1999], mo na korygowa poprzez ich kompostowanie z dodatkami organicznymi, co znacznie zwi ksza mo liwo ich wykorzystania. Najcz ciej stosowan metod kompostowania osadów ciekowych jest metoda pryzmowa, polegaj ca na usypywaniu pryzm z osadów zmieszanych z materiałem strukturotwórczym oraz okresowym ich napowietrzaniu [SIUTA 1999].
Jednym z najwa niejszych parametrów charakteryzuj cych przydatno na-wozow kompostów uzyskanych z osadów ciekowych jest zawarto w nich metali ci kich [SIUTA 1997; FILIP EK-MAZUR, GONDEK 2003], co mo e powodowa zanie-czyszczenie rodowiska glebowego, ju po ich nawozowym zastosowaniu, zwi kszaj c ryzyko ogólnego zanieczyszczenia rodowiska.
Celem niniejszej pracy była analiza zawarto ci metali ci kich (Zn, Cu, Cd, Cr, Fe, Ni, Pb, Hg) w kompostach uzyskanych z ustabilizowanych i odwodnionych osadów ciekowych pochodz cych z Miejskiej Oczyszczalni cieków w Reczu oraz odpadów z piel gnacji terenów zieleni, a tak e ocena mo liwo ci wykorzystania powstałych kompostów.
Materiał i metody
Na podstawie wyników bada osadów ciekowych składowanych w latach 1994-2003 na terenie Miejskiej Oczyszczalni cieków w Reczu, które wykazały silnie ograniczone mo liwo ci bezpo redniego ich stosowania, podj to prób uzdatnienia osadów na drodze ich kompostowania. Głównym celem przeprowadzenia procesu kompostowania było obni enie ponadnormatywnych zawarto ci metali ci kich (zwłaszcza Ni, Cu, Zn), przez dodatek materiałów strukturotwórczych. Kompostowanie
E. Dusza, Z. Zabłocki 76
prowadzono przez okres 7 i 8 miesi cy w dwóch pryzmach kompostowych.
W strukturze odpadów organicznych pozyskanych z terenu gminy Recz wy-korzystanych do procesów kompostowania wyst powały:
- w pryzmie „jesiennej” - zr bki gał zi i gał zek pozyskanych podczas jesiennej piel gnacji zieleni miejskiej, opadłe jesienne li cie drzew z gatunków: lipa drobnolistna, lipa szerokolistna, klon zwyczajny oraz topola biała i topola osika.
Ponadto w masie kompostowej odnale mo na było gał zki krzewów z jesiennych ci piel gnacyjnych ywopłotów, w ród których przewa ały: ligustr pospolity, nieguliczka biała i bez czarny.
- w pryzmie „wiosennej” - dominowała sucha trawa oraz drobne gał zki po-chodz ce z ci piel gnacyjnych ywopłotów, w których przewa ały: ligustr pospolity, forsycja po rednia, nieguliczka biała oraz bez czarny. Dodatkiem do pryzmy były tak e zielone cinki p dów traw z trawników intensywnie piel gnowanych na obszarze miasta Recz.
Pryzm kompostow „jesienn ” zało ono w listopadzie 2004 r., na jednej z 24 kwater odwadniaj cych na terenie Miejskiej Oczyszczalni cieków w Reczu.
Składowane tam osady ciekowe wymieszano z odpadami organicznymi „jesiennymi”.
Udział osadu i dodatku strukturotwórczego w masie kompostowej kształtował si jak 1 : 1 (V/V).
Pryzm kompostow „wiosenn ” ukształtowano w maju 2005 r., na terenie otwartym, przy kwaterach odwadniaj cych Miejskiej Oczyszczalni cieków. Udział osadu i dodatku strukturotwórczego kształtował si jak 1 : 1.
Pobrane próbki odpadów i uzyskanych kompostów suszono, rozdrabniano i zmineralizowano w piecu mikrofalowym z zastosowaniem mieszaniny st onych kwasów HNO3/HClO4, przy zachowaniu stosunku mi dzy nimi jak 3 : 1 (V/V) z dodatkiem nadtlenku wodoru (30%). W uzyskanych mineralizatach wykonano oznaczenia zawarto ci metali ci kich (Zn, Cu, Cd, Cr, Fe, Ni, Pb, Hg) metod spektometrii absorpcji atomowej na spektrofotometrze Solaar Unicam 929. Rt oznaczono metod bezpo redniego spalania w tlenie z wykorzystaniem automatycznego
„Analizatora rt ci AMA 254”.
Wyniki i dyskusja
Uzyskane wyniki wykazały, i dodatki organiczne wykorzystane w procesie kompostowania zawierały bardzo małe ilo ci metali ci kich (tab. 1). Koncentracja piel gnacji zieleni miasta Warszawy (Cu 5,4-11,7 mg kg-1, Pb 3,6-9,6 mg kg-1). Jedynie stwierdzona przez tych autorów zawarto cynku była dwukrotnie wy sza od stwierdzonej w niniejszych badaniach ( rednio 63,0 mg kg-1).
Tabela 1; Table 1 Zawarto metali ci kich w przebadanych dodatkach organicznych
The concentration of heavy metals in the analyzed organic additives Rodzaj odpadów organi cznych
(C lub N) Sourse of basic
ingredient (C or N)
mg kg-1 s.m.; DM Gał zie drzew i gał zki krzewów;
Tree branches and twigs of shrubs
C 11,2 0,001 23,5 30,6 11,8 0,001 0,001
Opadłe li cie; Fallen leaves C 6,3 22,9 24,1 7,9
Siano/trawa; Hay/ grass C ; N 6,2 22,1 21,2 6,2
cinki ywopł otów Cutti ngs hedges
C ; N 10,9 21,7 22,4 6,9
Zr bki drzewne; Chipped wood C 7,3 19,7 21,3 7,1
Na podstawie przeprowadzonych bada mo na stwierdzi , e kompost
„wiosenny” z osadów ciekowych i dodatków organicznych, w skład których wchodziły: siano, trawa i zr bki gał zek drzew i krzewów z zabiegów piel gnacyjnych charakteryzował si wy szymi rednimi zawarto ciami Cu, Cr, Zn i Hg. Natomiast koncentracja Pb była wy sza w kompo cie „jesiennym”, a Ni i Cd kształtowała si na zbli onym poziomie w obu kompostach (tab. 2).
Zawarto metali ci kich w wytworzonych kompostach mo na uszeregowa nast puj co: Hg < Cd < Pb < Cr < Ni < Cu < Zn. W najwy szych koncentracjach w kompostach wyst pował cynk i mied (odpowiednio rednio 1745,3 i 1501,6 mg kg-1 w kompo cie „jesiennym” oraz 1772,3 i 1760,6 mg kg-1 w kompo cie „wiosennym”).
Maksymalne st enia Zn (2354,5 mg kg-1) stwierdzono w kompo cie „jesiennym”, a miedzi (2458,0 mg kg-1) w kompo cie wiosennym. Natomiast kadm i rt to pierwiastki, które w uzyskanych kompostach wyst powały w najni szych st eniach (odpowiednio w kompo cie „jesiennym” rednio 2,0 i 1,0 mg kg-1 oraz „wiosennym”
rednio 1,9 i 1,4 mg kg-1, tab. 2).
Wszystkie badane metale ci kie, w obu powstałych z osadów ciekowych kompostach wyst powały w wy szych st eniach ni w kompostach uzyskanych przez innych badaczy. Zarówno rednia zawarto cynku w kompo cie: „jesiennym” (1745 mg kg-1) jak i „wiosennym” (1772 mg kg-1) była wy sza od st enia tego pierwiastka w kompostach powstałych z osadów ciekowych z dodatkiem słomy jako materiału strukturotwórczego z oczyszczalni cieków komunalnych w Opolu. Podawana przez HRY CZUKA i WEBERA [1999] zawarto cynku w tego rodzaju kompostach wynosiła powy ej 1000 mg kg-1, nie przekraczaj c jednak warto ci 1500 mg Zn kg-1.
Z kolei wysokie zawarto ci miedzi w kompostach ( rednio 1502 mg kg-1 w kompo cie „jesiennym” oraz 1760 mg kg-1 w kompo cie „wiosennym”) były kilka-krotnie, a nawet kilkunastokrotnie wy sze od warto ci podawanych w literaturze dla kompostów z osadów ciekowych z dodatkiem materiału strukturotwórczego [GOMEZ
1998; HRY CZUK, WEBER 1999; KRZYWY i in. 2000; GONDEK, FI LIPEK-MAZUR 2005].
Najwy sze stwierdzone przez tych autorów st enie miedzi w kompostach (513 mg kg-1) było trzykrotnie ni sze od rednich st e miedzi w kompostach z osadów
ciekowych składowanych na terenie Miejskiej Oczyszczalni cieków w Reczu.
Tabela 2; Table 2 Zawarto metali ci kich w uzyskanych kompostach z osadów ciekowych
The concentration of heavy metals in compost produced from sewage sludge
Cu Cr Ni Zn Pb Cd Hg
E. Dusza, Z. Zabłocki 78
I kompost „jesienny” (n = 5) (mg kg- 1 s.m.) I „autumn" compost (n = 5) (mg kg- 1 DM)
_ 1501,6 221,8 864,2 1745,3 87,2 2,0 0,96
min. 1416,0 123,6 820,6 1126,5 67,7 1,89 0,87
max. 1653,7 352,8 935,2 2354,5 102,3 2,21 1,02
S 94,2 86,1 43,4 522,6 14,0 0,13 0,06
V (%) 6,3 38,8 5,0 29,9 16,1 6,6 5,76
II kompost „wiosenny” (n = 8) (mg kg-1 s.m.) II „spring” compost (n = 8) (mg kg-1 DM)
_ 1760,6 262,5 864,4 1772,3 77,7 1,9 1,5
min. 1302,4 192,3 541,6 1305,0 60,4 1,9 1,3
max. 2458,0 357,2 1282,0 2124,0 91,7 2,0 1,9
S 408,4 48,8 247,5 312,6 10,9 0,04 0,2
V (%) 23,2 18,6 28,6 17,6 14,0 2,3 13,0
Tabela 3; Table 3 Zmiany zawarto ci metali ci kich w dojrzałych kompostach w porównaniu
z materiałem wyj ciowym - stałym osadem ciekowym Changes in the concentration of heavy metals in the mature composts
as compared with starting material - solid sewage sludge
Wyszczególnienie; Specification Cu Cr Ni Zn Pb Cd Hg
mg kg-1 s.m.; DM
Osad ciekowy; Sewage sludge (mg kg- 1) 1995,5 487,1 844,0 2827,6 143,8 2,5 2,0 Kompost jesienny; Autumn compost (mg kg-1) 1653,7 352,8 864,2 2354,5 98,25 2,0 1,0 Zmiana koncentracji; Change in concentration (%) -18 -28 +2,4 -17 -32 -20 -50 Kompost wiosenny; Spring compost (mg kg-1) 1317,2 258,7 568,8 2036,0 66,3 1,9 1,4 Zmiana koncentracji; Change in concentration (%) -34 -47 -33 -28 -54 -24 -30
Jak wynika z przeprowadzonych analiz zawarto metali ci kich w uzyskanych kompostach uległa wyra nemu obni eniu w porównaniu z ich zawarto ci w u ytym do kompostowania ustabilizowanym i odwodnionym osadzie ciekowym. Najwi ksz redukcj zawarto ci (50%) w dojrzałym kompo cie „jesiennym” uzyskano w przypadku rt ci, ni sz (28 i 32%) dla chromu i ołowiu, a najni sz (17-20%) dla cynku, miedzi i kadmu. Jedynie w przypadku niklu odnotowano wzrost koncentracji o 2,4% (z 844 mg kg-1 do 864 mg kg-1). GOMEZ [1998] oraz FANG i WONG [1999] obserwowali w swoich badaniach, podobny wzrost koncentracji niklu i miedzi pod koniec trwania procesu kompostowania. Autorzy ci stwierdzili, i zjawisko to zwi zane jest z zag szczaniem materiałów podczas procesu kompostowania, które wyst puje na skutek mineralizacji frakcji organicznej w nich zawartej.
Natomiast wi ksz redukcj w zawarto ci metali stwierdzono w kompo cie
„wiosennym”. W przypadku chromu i ołowiu była ona najwi ksza i wynosiła 47 i 54%.
Dla Zn, Hg, Ni i Cu kształtowała si od 28 do 34%, a dla Cd była nieznacznie mniejsza (24%).
Podsumowanie
Przeprowadzone badania nad rozcie czeniem ponadnormatywnych zawarto ci metali ci kich w komunalnym osadzie ciekowym poprzez jego kompostowanie z organicznym materiałem strukturotwórczym nie przyniosły po danego efektu obni enia tych szkodliwych substancji w uzyskanych kompostach.
Ograniczenie nadmiernie wysokich koncentracji metali ci kich w osadach ciekowych i kompostach powstałych na ich bazie mo na uzyska jedynie poprzez zwi kszenie skuteczno ci podczyszczania cieków pogalwanicznych, b d zmniejszenie ich udziału w ogólnej ilo ci cieków komunalnych dopływaj cych do Oczyszczalni
cieków w Reczu.
Literatura
FANG M., WONG J.W.C. 1999. Effect of lime amendment on availability of heavy metals and maturation in sewage sludge composting. Environmental Pollution 106: 83-89.
FILIPEK-MAZUR B., GONDEK K. 2003. Warto nawozowa kompostu z odpadów zielonych Krakowa. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 494: 113-121.
GAMBU F., WIECZOREK J. 1999. Skład chemiczny i warto nawozowa kompostów i wermikompostów z osadów ciekowych nadmiernie zanieczyszczonych metalami ci -kimi. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 467: 513-520.
GOMEZ A. 1998. The evaluation of compost quality. Trends in Analitical Chemistry 17(5): 310-314.
GONDEK K., FILIPEK-MAZUR B. 2005. Studies on the effect of sewage sludge on plants and soil. Part II. Contents of chromium and copper in soil fertilized with sewage sludge.
Chemia i In . rod. 12(1-2): 49-59.
HRY CZUK B., WEBER R. 1999. Warto nawozowa kompostów z osadu ciekowego, słomy i w gla brunatnego. Mat. z I konf. „Kompostowanie i u ytkowanie kompostu ;.
Puławy-Warszawa, 16-18.06.1999: 35-40.
KRZYWY E., WOŁOS ZYK Cz., I EWSKA A. 2000. Ocena przydatno ci do nawo enia kom-postów z osadów ciekowych z oczyszczalni komunalnych. Cz. I. Plonowanie rekulty-wacyjne mieszanki traw w uprawie polowej. Folia Univ. Agric. Stetin. 211, Agricultura 84: 199-204.
MAZUR T. 1996. Rozwa ania o warto ci nawozowej osadów ciekowych. Zesz. Probl.
Post. Nauk. Roln. 437: 17-22.
SIUTA J. 1997. Zasoby i przyrodnicze u ytkowanie odpadów organicznych. AURA 2:
21-25.
SIUTA J. 1999. Kompostowanie i warto u ytkowa kompostów, w: Kompostowanie i u ytkowanie kompostu. I Konf. Nauk.-Techn., Puławy-Warszawa, 16-18.06.1999 Wydawn. Ekoin ynieria Lublin: 7-20.
SIUTA J., WASIAK G., MAMEŁKA D. 2000. Zasoby zieleni miejskiej oraz jako kompostu z tych odpadów. Ochr. rod. i Zasobów Nat. 20: 111-123.
E. Dusza, Z. Zabłocki 80
Słowa kluczowe: osad ciekowy, metale ci kie, kompost
Streszczenie
Na podstawie wyników bada osadów ciekowych składowanych w latach 1994-2003 na terenie Miejskiej Oczyszczalni cieków w Reczu, które wykazały silnie ograniczone mo liwo ci bezpo redniego ich stosowania, podj to prób uzdatnienia osadów na drodze kompostowania. Głównym celem przeprowadzenia procesu kompostowania było obni enie ponadnormatywnych zawarto ci metali ci kich (zwłaszcza Ni, Cu, Zn), przez dodatek materiałów strukturotwórczych. Kompostowanie prowadzono przez okres 7 i 8 miesi cy w dwóch pryzmach kompostowych. W próbkach kompostu oznaczono zawarto metali ci kich (Zn, Cu, Cd, Cr, Fe, Ni, Pb, Hg).
W przeprowadzonych badaniach kompost „wiosenny” z osadów ciekowych i dodatków organicznych, charakteryzował si wy szymi rednimi zawarto ciami Cu, Cr, Zn i Hg. Natomiast koncentracja Pb była wy sza w kompo cie „jesiennym”, a Ni i Cd kształtowała si na zbli onym poziomie w obu kompostach. Wszystkie badane metale ci kie, w obu uzyskanych z osadów ciekowych kompostach wyst powały w wy szych st eniach ni w kompostach uzyskanych przez innych badaczy. Jednak zawarto metali ci kich w uzyskanych kompostach uległa wyra nemu obni eniu w porównaniu z ich zawarto ci w u ytym do kompostowania ustabilizowanym i odwodnionym osadzie ciekowym (30-50%).
Po przeprowadzonych badaniach mo na stwierdzi , e ograniczenie nadmiernie wysokich koncentracji metali ci kich w osadach ciekowych z Miejskiej oczyszczalni cieków w Reczu i kompostach powstałych na ich bazie mo na uzyska jedynie poprzez zwi kszenie skuteczno ci podczyszczania cieków pogalwanicznych, b d zmniejszenie ich udziału w ogólnej ilo ci cieków komunalnych dopływaj cych do oczyszczalni.
HEAVY METAL CONTENT IN COMPOST FROM SEWAGE SLUDGE FROM A MUNICIPAL
SEWAGE TREATMENT PLANT IN RECZ
El bieta Dusza, Zdzisław Zabłocki
Department of Environment Protection and Development, West Pomeranian University of Technology, Szczecin
Key words: sewage sludge, heavy metals, compost
Summary
Based on the analysis of sewage sludge stored in the years 1994-2003 in the Municipal Wastewater Treatment Plant in Recz which showed only limited ability of their direct use, attempts change their properties through composting. The main goal of carrying out the composting process was the reduction of abnormal quantities of heavy metals (especially Ni, Cu, Zn), by the addition of organic materials. Composting was carried out over a period of 7 and 8 months in two compost heaps. The single samples of compost was used for analysis for the concentration of heavy metals (Zn, Cu, Cd, Cr, Fe, Ni, Pb, Hg).
In the research „spring” compost from sewage sludge and organic additives was
characterized by higher average yields of Cu, Cr, Zn i Hg. By contrast, the concentration of Pb was higher in the „Autumn” compost , but Ni i Cd evolved at a similar level in both composts. All tested heavy metals in both composts derived from sewage sludge occurred in higher concentrations than in composts obtained by other researchers. In addition, the content of heavy metals in composts showed a clear reduction in comparison with their content in a stable and dehydrated sewage sludge used for composting.
After the studies it can be concluded that the reduction of excessively high concentrations of heavy metals in sewage sludge and in compost generated from that sewage sludge can be obtained only by increasing the effectiveness of galvanic sewage pretreatment or reducing their share in the total amount of sewage flowing into the municipal sewage, treatment plant.
Dr in . El bieta Dusza
Katedra Ochrony i Kształtowania rodowiska Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny ul. Słowackiego 17
71-434 SZCZECIN e-mail: eladusza@o2.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POST PÓW NAUK ROLNICZYCH 2009 z. 537: 83-88