Edward Krzywy, Sławomir Stankowski, Ewa Krzywy-Gawrońska
Katedra Chemii Środowiska, Akademia Rolnicza w Szczecinie
Wstęp
Rozwój cywilizacji wiąŜe się z wytwarzaniem coraz to większych dóbr za-spakajających wzrastające wymagania człowieka. Wraz z produkcją dóbr dla człowieka, wytwarzane są takŜe produkty odpadowe. Niektóre odpady moŜna bezpośrednio zagospodarować, inne naleŜy poddać procesom technologicznym w celu uzyskania nowego produktu. Są teŜ grupy odpadów, które naleŜy utylizować bądź składować w specjalnie do tego przeznaczonych miejscach.
Zwrócono uwagę na odpady które moŜna wykorzystać do celów nawozowych bądź do rekultywacji terenów zdewastowanych. Wśród tych odpadów są popioły z węgla kamiennego i komunalne osady ściekowe.
Popioły z węgla kamiennego uzyskuje się między innymi w trakcie wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej w elektrociepłowniach opalanych węglem kamiennym. Są one składowane na hałdach. Popioły z węgla kamiennego są materiałem bezszkieletowym, drobnoziarnistym o pHKCl od 9 do 13. Zawierają wapń, magnez, fosfor, potas, siarkę, sód i Ŝelazo. Są to pierwiastki niezbędnie potrzebne do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin. Nie wszystkie rośliny mogą pobierać bezpośrednio z popiołów te pierwiastki z węgla kamiennego [CIEĆKO i in. 1988; MACIAK, HRYNKIEWICZ 1990;NOWAK,CIEĆKO 1991;MELLER i in. 1999; MURKOWSKI,STANKOWSKI 2002].
Popioły z węgla kamiennego nie zwierają substancji organicznej i azotu. W popiołach z węgla kamiennego według MAŁUSECKIEJ [1998] mogą występować metale cięŜkie (As, Cd, Cu, Mn, Ni, Pb i Zn). Zawartość tych pierwiastków w popiołach z węgla kamiennego pochodzących z Elektrowni „Dolna Odra” według MELLERA i in. [1999]
mieściła się w normach dopuszczających je do wykorzystania do celów nawozowych.
W trakcie procesów oczyszczania ścieków komunalnych powstają osady.
Komunalne osady ściekowe zawierają substancję organiczną i składniki pokarmowe dla roślin. Mogą takŜe zawierać nadmierne ilości metali cięŜkich oraz być skaŜone drobnoustrojami chorobotwórczymi i pasoŜytami przewodu pokarmowego. W celu zmniejszenia zawartości metali cięŜkich oraz drobnoustrojów chorobotwórczych i pasoŜytów, stosownie do obowiązującego ustawodawstwa, komunalne osady ściekowe naleŜy poddać procesom stabilizacji i higienizacji. Najczęściej stosowaną metodą stabilizacji i higienizacji komunalnych osadów ściekowych jest ich kompostowanie. W wielu przeprowadzonych badaniach [CIEĆKO i in. 1988; MACIAK, HRYNKIEWICZ 1990;
NOWAK, CIEĆKO 1991; MELLER i in. 1999; MURKOWSKI, STANKOWSKI 2002], wskazano, Ŝe wytworzone komposty z komunalnych osadów ściekowych charakteryzują się pH w
E. Krzywy, S. Stankowski, E. Krzywy-Gawrońska 232
granicach 6,8-7,5, są bogatym źródłem substancji organicznej, zawierają składniki pokarmowe dla roślin.
Biorąc pod uwagę skład chemiczny, korzystne właściwości fizyczne i chemiczne popiołów z węgla kamiennego, przefermentowanych osadów ściekowych oraz wyprodukowanych z nich kompostów metodą GWDA [KRZYWY, IśEWSKA 2004]
wykorzystano je do celów rekultywacyjnych. W tym celu opracowano składy pięciu mieszanek z udziałem wymienionych odpadów oraz innych komponentów.
Sporządzone mieszaniny odpadów uŜyto do budowy modelu rekultywacyjnego dla terenów zdegradowanych.
Celem przeprowadzonych badań było określenie zawartości form ogólnych i rozpuszczalnych w 1 M HCl kadmu, miedzi, niklu, ołowiu i cynku w mieszaninach uŜytych do budowy modelu rekultywacyjnego.
Materiał i metody badań
Realizując cel badań wiosną 2003 roku na terenie Zespołu Elektrowni „Dolna Odra” w Nowym Czarnowie na powierzchni około 2000 m2 wykonano model rekultywacyjny. Zasada utworzenia modelu polega na usunięciu warstwy wierzchniej gleby i podglebia o miąŜszości 80 cm. W to miejsce wprowadzono dwie warstwy odpadów. Warstwa dolna zwana podkładem o miąŜszości 40 cm składała się z popiołu z węgla kamiennego. Na poszczególne działki podkładu nałoŜono pięć róŜnych mieszanin odpadów, które nazwano nadkładem. MiąŜszość warstwy nadkładów wynosiła takŜe 40 cm. PoniŜej podano skład rzeczowy poszczególnych mieszanin odpadów stanowiących warstwy wierzchnie (nadkłady):
- mieszanina torfu niskiego i popiołu z węgla kamiennego w proporcji 1 : 3 (nadkład I),
- mieszanina kory z drzew iglastych, piasku luźnego, kompostu z komunalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA (osad ściekowy + słoma), popiołu z węgla kamiennego w proporcji 1 : 1 : 2 : 1 (nadkład II),
- mieszanina piasku luźnego, kompostu z komunalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA (osad ściekowy + słoma), przefermen-towanego komunalnego osadu ściekowego (70%) z dodatkiem po 15% słomy i odpadów z zieleni miejskiej w proporcji 1 : 1 : 2 (nadkład III),
- mieszanina piasku luźnego, popiołu z węgla kamiennego, kompostu z ko-munalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA (osad ściekowy + słoma), przefermentowanego komunalnego osadu ściekowego (70%) z dodatkiem 30% odpadów z zieleni miejskiej w proporcji 0,5 : 0,5 : 1 : 2 (nadkład IV),
- mieszanina kory z drzew iglastych, piasku luźnego, kompostu z komunalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA (osad ściekowy + słoma), przefermentowanego komunalnego osadu ściekowego (70%) z dodatkiem 30%
słomy w proporcji 1 : 1 : 2 : 4 (nadkład V).
Na te powierzchniowe nadkłady wysiano mieszankę traw, w proporcji kostrzewa czerwona 45%, Ŝycica trwała 35% i wiechlina łąkowa 25%. W roku 2003 zebrano jeden, a w roku 2004 zebrano dwa pokosy traw.
Jesienią 2003 oraz wiosną 2004 i 2005 roku z kaŜdego wariantu doświadczenia (nadkłady) pobrano po cztery próbki z warstwy od 0 do 40 cm. Sporządzono średnie próbki i poddano analizie chemicznej. Analizę chemiczną wykonano w dwóch powtórzeniach. W próbkach oznaczono formy ogólne i rozpuszczalne w 1 M HCl kadmu, miedzi, manganu, niklu, ołowiu i cynku. Badania chemiczne wykonano
ZAWARTOŚĆ FORM OGÓLNYCH I ROZPUSZCZALNYCH ... 233 metodami podawanymi przez OSTROWSKĄ i in. [1991].
Wyniki badań
Uzyskane rezultaty badań zestawiono w tabelach 1, 2 i 3. Biorąc pod uwagę skład rzeczowy nadkładów oraz zawartość w nich materii organicznej, TOMASZEWICZ i CHUDECKA [2006] zaliczyli je do utworów od próchnicznych do mineralno-organicznych. Według klasyfikacji gleb pod względem zawartości metali cięŜkich opracowanej przez Instytut Uprawy NawoŜenia i Gleboznawstwa [FILIPEK 2006]
nadkłady moŜna zaliczyć do kategorii o normalnej zawartości form ogólnych kadmu, miedzi, niklu, ołowiu i cynku.
W pierwszym terminie badań (jesień 2003 r.) najmniej form ogólnych kadmu, niklu, ołowiu i cynku zawierał nadkład I składający się z mieszaniny torfu niskiego z popiołem z węgla kamiennego w proporcji 1 : 3. Najwięcej formy ogólnej niklu, ołowiu i cynku zawierał podkład V składający się z mieszaniny kory z drzew iglastych, piasku luźnego, kompostu z komunalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA oraz przefermentowanego komunalnego osadu ściekowego z 30% dodatkiem słomy w proporcji 1 : 1 : 2 : 4. Zawartość formy ogólnej kadmu była największa w nadkładzie IV składającym się z mieszaniny piasku luźnego, popiołu z węgla kamiennego, kompostu z komunalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA, przefermentowanego komunalnego osadu ściekowego z 30% dodatkiem odpadów zieleni miejskiej w proporcji 0,5 : 0,5 : 1 : 2 (tab. 1, 2, 3).
Najmniej formy rozpuszczalnej w 1 M HCl kadmu, niklu, ołowiu i cynku było w nadkładzie składającym się z mieszaniny torfu niskiego i popiołu z węgla kamiennego w proporcji 1 : 3.
Najwięcej formy rozpuszczalnej w 1 M HCl niklu i cynku było w nadkładzie V, a kadmu i ołowiu w nadkładzie IV (tab. 1, 2, 3).
Najmniej formy ogólnej miedzi było w nadkładzie III składającym się z mieszaniny piasku luźnego, kompostu z komunalnego osadu ściekowego wypro-dukowanego metodą GWDA, przefermentowanego komunalnego osadu ściekowego z dodatkiem po 15% słomy i odpadów z zieleni miejskiej w proporcji 1 : 1 : 2. Najwięcej tej formy miedzi było w nadkładzie II składającym się z mieszaniny kory z drzew iglastych, piasku luźnego, kompostu z komunalnego osadu ściekowego i popiołu z węgla kamiennego w proporcji 1 : 1 : 2 : 4. Najwięcej formy rozpuszczalnej w 1 M HCl miedzi zawierał nadkład V a następnie IV. Najmniej formy rozpuszczalnej w 1 M HCl miedzi było w nadkładzie I (tab. 1).
Analizując uzyskane rezultaty moŜna stwierdzić, Ŝe w nadkładach, w których w przewadze znajdowały się: kompost z komunalnego osadu ściekowego oraz przefermentowany komunalny osad ściekowy było najwięcej form ogólnych i rozpuszczalnych w 1 M HCl kadmu, niklu, ołowiu i cynku. Ponadto w tych nadkładach było teŜ najwięcej miedzi rozpuszczalnej w 1 M HCl (tab. 1, 2, 3).
W miarę upływu lat badań od jesieni 2003 r. do wiosny 2005 r. zawartość form ogólnych i rozpuszczalnych w 1 M HCl kadmu, miedzi, niklu, ołowiu i cynku zmniejszała się. Spowodowane to było prawdopodobnie pobraniem tych pierwiastków przez rośliny, a takŜe wypłukiwaniem do warstwy głębszej modelu rekultywacyjnego (poniŜej 40 cm).
Reasumując moŜna stwierdzić, Ŝe na uŜycie kompostu z komunalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA, przefermentowanego komunalnego osadu ściekowego, a takŜe popiołu z węgla kamiennego w ustalonych proporcjach nie spowodowało nadmiernego nagromadzenia form ogólnych kadmu, miedzi, cynku,
E. Krzywy, S. Stankowski, E. Krzywy-Gawrońska 234
ołowiu i cynku w nadkładach, które uniemoŜliwiłoby uprawę roślin.
Rezultaty potwierdziły przytoczone we wstępnie dane dotyczące moŜliwości wykorzystania komunalnych osadów ściekowych i popiołów z węgla kamiennego do celów rekultywacyjnych i nawozowych, pod warunkiem, Ŝe będą stosowane w odpowiednich proporcjach.
Tabela 1; Table 1 Zawartość form ogólnych i rozpuszczalnych w 1 M HCl kadmu i miedzi
w nadkładach z modelu rekultywacyjnego Cadmium and copper content of total and dissoluble forms
in 1 M HCl in the tiers from the reclamation model Terminy pobierania próbek
Terms of sampling
Nadkłady; Editions
I II III IV V
Zawartość ogólnego kadmu; Cadmium content of total forms (mg⋅kg-1 s.m.; DM) Zawrtość kadmu rozpuszczalnego w 1 M HCl; Cadmium content of dissoluble form in 1 M HCl
(mg⋅kg-1 s.m.; DM) Zawartość miedzi ogólnej; Copper content of total form
(mg⋅kg-1 s.m.; DM) Zawartość miedzi rozpuszczalnej w 1 M HCl; Copper content of dissoluble form in 1 M HCl
(mg⋅kg-1 s.m.; DM)
• skład rzeczowy nadkładów podano w rozdziale „Materiały i metody badań”; composition of the tiers see in chapter „Materials and methods”
Tabela 2; Table 2 Zawartość form ogólnych i rozpuszczalnych w 1 M HCl niklu i ołowiu
w nadkładach z modelu rekultywacyjnego
Nickel and lead content of total and dissoluble forms in 1 M HCl in the tiers from the reclamation model
Terminy pobierania próbek Terms of sampling
Nadkłady; Editions
I II III IV V
Zawartość niklu ogólnego; Nickel content of total form
ZAWARTOŚĆ FORM OGÓLNYCH I ROZPUSZCZALNYCH ... 235 (mg⋅kg-1 s.m.; DM)
Jesień 2003; Autumn 2003 Wiosna 2004; Spring 2004 Wiosna 2005; Spring 2005
18,1 Zawartość formy rozpuszczalnej w 1 M HCl niklu; Nickel content of dissoluble form in 1 M HCl
(mg⋅kg-1 s.m.; DM) Zawartość ołowiu ogólnego; Lead content of total form
(mg⋅kg-1 s.m.; DM) Zawartość ołowiu rozpuszczalnego w 1 M HCl; Lead content of dissoluble form in 1 M HCl
(mg⋅kg-1 s.m.; DM)
* skład rzeczowy nadkładów podano w rozdziale „Materiały i metody badań”; composition of the tiers see in chapter „Materials and methods”
Tabela 3; Table 3 Zawartość cynku ogólnego i rozpuszczalnego w 1 M HCl
w nadkładach z modelu rekultywacyjnego Zinc content of total and dissoluble forms in 1 M HCl
in the tiers from the reclamation model Terminy pobierania próbek
Terms of sampling
Nadkłady; Editions
I II III IV V
Zawartość formy ogólnej cynku; Zinc content of total form (mg⋅kg-1 s.m.; DM) Zawartość formy rozpuszczalnej w 1 M HCl cynku; Zinc content of dissoluble form in 1 M HCl
(mg⋅kg-1 s.m.; DM)
* skład rzeczowy nadkładów podano w rozdziale „Materiały i metody badań”; composition of the tiers see in chapter „Materials and methods”
Wnioski
1. Zawartość form ogólnych kadmu, miedzi, niklu, ołowiu i cynku we wszystkich nadkładach modelu rekultywacyjnego nie przekraczała dopuszczalnych norm przy ich uŜyciu do rekultywacji gruntów.
2. Najwięcej form ogólnych i rozpuszczalnych w 1 M HCl kadmu, niklu, ołowiu i cynku było w nadkładach, które głównie składały się z kompostu z komunalnego osadu ściekowego wyprodukowanego metodą GWDA i przefermentowanego komunalnego osadu ściekowego.