Stanisław Kalembasa, Barbara Symanowicz
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej, Akademia Podlaska, Siedlce
Wst p
Odpadowe w gle brunatne i osady ciekowe zaliczane s do grupy odpadów, których rolnicze lub przyrodnicze wykorzystanie weryfikowane jest przepisami z zakresu ochrony rodowiska [ROZPORZ DZENIE MO 2002; GWOREK, GIERCUSZKIEWICZ -BAJTLIK 2004; USTAWA 2007a, 2007b]. Wymienione materiały (odpady) s ródłem substancji organicznej, a tak e makro- i mikroelementów [BARAN i in.2002;KALEMBASA, TENGLER 2004]. Zmieszanie odpadowych w gli brunatnych i zró nicowanych osadów
ciekowych, a nast pnie ich inkubowanie lub kompostowanie mo e prowadzi do modyfikacji ich składu chemicznego, ale jest jedn z metod, która daje mo liwo ich rolniczego wykorzystania [BARAN i in. 2004; J DRCZAK 2008;, KRZYWY,I EWS KA 2004].
elazo i glin nale do pierwiastków, których zawarto w odpadach jest bardzo zró nicowana w zale no ci od ich pochodzenia. Du a zawarto substancji organicznej w analizowanych odpadach z pewno ci niweluje ujemne skutki nadmiernej (toksycznej) zawarto ci glinu i elaza po zastosowaniu ich do gleby [KABATA-PENDIAS I
PENDI AS 2000;KALEMBAS A,TENGLER 2004;SCHÜF ER,SEIFERT 2006]. Ołów i kadm to metale ci kie, których zawarto w odpadach lub kompostach decyduje o mo liwo ciach ich wykorzystania w rolnictwie.
Celem przeprowadzonych bada było prze ledzenie zmian zawarto ci elaza, glinu, ołowiu i kadmu w inkubowanych mieszaninach odpadowych w gli brunatnych i osadów ciekowych przy uwzgl dnieniu ró nych proporcji komponentów i zró nicowanego czasu trwania inkubacji.
Materiał i metody bada
W przeprowadzonym do wiadczeniu inkubacyjnym wykorzystano odpadowe w gle brunatne z kopalni w gla brunatnego w Koninie i Sieniawie oraz osady ciekowe pochodz ce z mechaniczno-biologicznych oczyszczalni cieków komunalno-przemysłowych w Siedlcach, w Łukowie i z zakładów drobiarskich Drosed w Siedlcach.
Wymienione komponenty zmieszano w poszczególnych wariantach do wiad-czenia w proporcjach (w giel brunatny : osad ciekowy) 1 : 5, 1 : 2, 1 : 1 w przeliczeniu na such mas i inkubowano przez 2 i 4 miesi ce przy wilgotno ci 60% maksymalnej
pojemno ci wodnej. Pomiar wilgotno ci badanych mieszanin wykonywano 2 razy w tygodniu i uzupełniano niedobór wody do okre lonej wilgotno ci. Mieszaniny inkubowano w temperaturze 22-23 C (temperatura w pomieszczeniu).
Rodzaje mieszanin:
I. Odpadowy w giel brunatny z Konina i osad ciekowy z Siedlec, II. Odpadowy w giel brunatny z Konina i osad ciekowy z Łukowa,
III. Odpadowy w giel brunatny z Konina i osad ciekowy z Drosedu w Siedlcach, IV. Odpadowy w giel brunatny z Sieniawy i osad ciekowy z Siedlec,
V. Odpadowy w giel brunatny z Sieniawy i osad ciekowy z Łukowa,
VI. Odpadowy w giel brunatny z Sieniawy i osad ciekowy z Drosedu w Siedlcach.
Do wiadczenie przeprowadzono w wazonach plastikowych, w których umie-szczono mieszaniny o masie wyj ciowej 1 kg w przeliczeniu na such mas . W ba-danych mieszaninach w terminie 0 (tu po zmieszaniu komponentów), po 2 i po 4 miesi cach oznaczono całkowit zawarto elaza, glinu, ołowiu i kadmu metod atomowej spektrometrii emisyjnej z plazm wzbudzon indukcyjnie ICP-AES [SZCZEP ANIAK 2005] na spektrometrze firmy Perkin Elmer Optima 3200L. Roztwór podstawowy otrzymano po mineralizacji mieszanin „na sucho” w temperaturze 500-550 C, rozło eniu w glanów w 5 cm3 6 mol HCl dm-3, odparowaniu jego nadmiaru i ilo ciowym przeniesieniu zawarto ci porcelanowego tygla do kolby miarowej o pojemno ci 100 cm3, po dodaniu 10 cm3 10% HCl. Kolb miarow uzupełniono do kreski wod redestylowan .
Wyniki opracowano metod analizy wariancji według programu FR ANALWAR.
W przypadku istotnych ró nic wykorzystano test Tukeya przy poziomie istotno ci p = 0,05.
Wyniki i dyskusja
Według ustawy z dnia 14 sierpnia 2007 o nawozach i nawo eniu wprowadzony został obowi zek uzyskania zezwolenia na wprowadzenie do obrotu nawozów organicznych, w tym równie kompostów. Dlatego te konieczne s systematyczne analizy składu chemicznego kompostów otrzymanych na bazie odpadów.
Wykonane obliczenia statystyczne w badaniach własnych wykazały istotny wpływ badanych czynników na zawarto elaza ogółem w inkubowanych mie-szaninach (tab. 1). rednia zawarto tego pierwiastka wynosiła 11270 mg Fe kg-1 s.m.
Zwi kszenie dodatku odpadowego w gla brunatnego z 20% do 50% do osadu ciekowego spowodowało istotne zmniejszenie zawarto ci elaza ( rednio około 2 razy). Wydłu enie czasu inkubacji mieszanin do 4 miesi cy istotnie wpłyn ło na zwi kszenie zawarto ci elaza. Czynnikiem najbardziej ró nicuj cym poziom elaza był rodzaj mieszaniny. Obliczenia statystyczne wykazały istotnie najmniejsz zawarto elaza w mieszaninie odpadowego w gla brunatnego z Konina i osadu ciekowego z oczyszczalni w Łukowie w stosunku do pozostałych mieszanin. Szczególny wpływ na niski poziom tego mikroskładnika w wy ej wymienionej mieszaninie miała mała zawarto tego pierwiastka w w glu brunatnym z Konina, a tak e technologia oczyszczania cieków w oczyszczalni w Łukowie. Istotnie najwi cej elaza ( rednio 17931 mg Fe kg-1 s.m.) oznaczono w mieszaninach w gla brunatnego z Sieniawy i osadu ciekowego z zakładów drobiarskich Drosed w Siedlcach.
Tabela 1; Table 1 Zawarto elaza ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of iron (mg kg-1 DM) in incubated mixtures
ZMIANY ZAWARTO CI CAŁKOWITYCH FORM ELAZA, GLINU, OŁOWIU ... 163
rednie dla st osunku mieszanin Means for mixtures rati o
* stosunek w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio NIR0.05 dla: LSD0.05 for:
stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to wast e ratio (A) - 211
czasu inkubacji; incubation period (B) - 211 rodzaju mieszanin; types of mixtires (C) - 366 współdziałania; interaction
B/A - r.n.; n.s. A/B - r.n.; n.s. C/ A - 448
A/C - 366 C/B - 634 B/C - 517
Oznaczone ilo ci elaza w prezentowanych mieszaninach znalazły potwierdzenie w literaturze [KABATA-PENDIAS, PENDIAS 2000; KALEMBASA, TENGLER 2004]. elazo wyst puj ce w badanych mieszaninach mo e podlega bioakumulacji tworz c po-ł czenia kompleksowe z substancj organiczn . Obliczenia statystyczne wykazapo-ły istotn współzale no pomi dzy rodzajem mieszanin i stosunkiem odpadowego w gla brunatnego do osadu, stosunkiem w gla brunatnego do osadu i rodzajem mieszanin, rodzajem mieszanin i czasem inkubacji oraz czasem inkubacji i rodzajem mieszanin.
W tabeli 2 przedstawiono wpływ badanych czynników na zawarto glinu.
rednia zawarto tego pierwiastka w badanych mieszaninach wynosiła 5595 mg Al kg-1 s.m. Na zbli onym poziomie kształtowała si zawarto glinu w glebie wy-korzystanej w badaniach KALEMBASY iWI NIEWSKIEJ [2004]. Stosunek odpadowego w gla
brunatnego do osadu ciekowego, czas trwania inkubacji oraz rodzaj mieszaniny istotnie ró nicowały poziom glinu w analizowanych mieszaninach w przeprowadzonych badaniach. Istotnie najwi ksz zawarto glinu (7076 mg Al kg-1 s.m.) oznaczono w mieszaninach, w których przewag stanowiły osady ciekowe (stosunek 1 : 5). Po zmieszaniu komponentów w stosunku 1 : 1 poziom analizowanego pierwiastka obni ył si o 33,2% w odniesieniu do mieszanin o stosunku 1 : 5. Zawarto glinu w badanych mieszaninach zwi kszała si wraz z wydłu aniem czasu inkubacji, ale istotne ró nice zanotowano po 4 miesi cach. Obliczenia statystyczne wykazały istotne zró nicowanie w zawarto ci glinu pomi dzy wszystkimi mieszaninami. Istotnie mniejsze ilo ci glinu oznaczono w badanym materiale z dodatkiem odpadowego w gla brunatnego z kopalni w gla brunatnego z Konina. Spo ród tych mieszanin najmniejsz zawarto ci glinu (1773 mg Al kg-1 s.m.) charakteryzowała si mieszanina w gla brunatnego z Konina i osadu ciekowego z Łukowa. Na zbli onym poziomie (1950 mg kg-1) kształtowała si całkowita zawarto glinu w osadach dennych rodkowej Odry [SOBCZY S KI i in. 2004].
Tabela 2; Table 2 Zawarto glinu ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of aluminium (mg kg-1 DM) in the incubated mixtures R odzaje
ZMIANY ZAWARTO CI CAŁKOWITYCH FORM ELAZA, GLINU, OŁOWIU ... 165
* stosunek w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio NIR0.05 dla: LSD0.05 for:
stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to wast e ratio (A) - 45 czasu inkubacji; incubation period (B) - 45
rodzaju mieszanin; types of mixtires (C) - 77 współdziałania; interaction
B/A - r.n.; n.s. A/B - r.n.; n.s. C/A - 95
A/C - 77 C/B - r.n.; n.s. B/C - r.n.; n.s.
Ołów i kadm nale do grupy pierwiastków ladowych toksycznych dla ludzi i zwierz t. Du a szkodliwo tych pierwiastków wskazuje na konieczno podj cia prób niwelowania ich ujemnego wpływu. Ołów pomimo du ej szkodliwo ci nale y do pierwiastków mało ruchliwych w glebie i na ogół trudno dost pnych dla ro lin [KABATA -PENDI AS, PENDIAS 2000]. rednia zawarto ołowiu w analizowanych mieszaninach wynosiła 38,16 mg Pb kg-1 s.m. (tab. 3) i znalazła potwierdzenie w badaniach KALEMBASY iWYSOKI SKI EGO [2008]. Na podstawie oblicze statystycznych wykazano istotne zró nicowanie zawarto ci ołowiu w zale no ci od stosunku poszczególnych komponentów w mieszaninach, czasu inkubacji i rodzaju mieszanin, a tak e dla współdziałania tych czynników. Rozpatruj c stosunek w gla brunatnego do osadów ciekowych w badanych mieszaninach stwierdzono, e zmniejszaj c stosunek z 1 : 5 do 1 : 2 nast piło obni enie zawarto ci ołowiu o 89,1%. Wydłu enie czasu inkubacji do 4 miesi cy spowodowało wzrost zawarto ci ołowiu w analizowanych mieszaniach o 8,5%. Spo ród badanych mieszanin najwi ksz zawarto ci ołowiu charakteryzowała si mieszanina w gla brunatnego z Konina z osadem ciekowym z Siedlec (75,16 mg Pb kg-1 s.m.), a najmniejsz mieszanina w gla brunatnego z Sieniawy z osadem ciekowym z Drosedu (9,09 mg Pb kg-1 s.m.). Zgodnie z ROZPORZ DZENIEM MRiRW [2004] mieszanina w gla brunatnego z Konina z osadem ciekowym z Siedlec o stosunku 1 : 5 nie powinna by stosowana w rolnictwie niezale nie od czasu inkubacji, poniewa zawarto w niej ołowiu przekracza dopuszczalne normy (100 mg Pb kg-1 s.m. nawozu).
Tabela 3; Table 3 Zawarto ołowiu ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of lead (mg kg-1 DM) in the incubated mixtures
rednie; Means 49,77 50,17 55,82 51,92
* stosunek w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio NIR0.05 dla: LSD0.05 for:
stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to wast e ratio (A) - 0,31 czasu inkubacji; incubation period (B) - 0,31
rodzaju mieszanin; types of mixtires (C) - 0,54 współdziałania; interaction
B/A - 0,54 A/B - 0,54 C/ A - 0,66
A/C - 0,54 C/B - 0,94 B/C - 0,76
Badane czynniki istotnie ró nicowały zawarto kadmu w analizowanych mieszaninach (tab. 4). rednia zawarto kadmu kształtowała si na poziomie 1,74 mg Cd kg-1 s.m. Zmniejszanie dodatku osadów ciekowych do w gli brunatnych spowodowało około dwukrotne obni enie zawarto ci kadmu w badanych mieszaninach.
Tabela 4; Table 4 Zawarto kadmu ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of cadmium (mg kg-1 DM) in incubated mixtures
ZMIANY ZAWARTO CI CAŁKOWITYCH FORM ELAZA, GLINU, OŁOWIU ... 167
* stosunek w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio NIR0.05 dla: LSD0.05 for:
stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to wast e ratio (A) - 0,05
czasu inkubacji; incubation period (B) - 0,05 rodzaju mieszanin; kinds of mixtires (C) - 0,09 współdziałania; interaction
B/A - r.n.; n.s. A/B - r.n.; n.s. C/ A - 0,10
A/C - 0,09 C/B - 0,15 B /C - 0,12
W czasie inkubacji mieszanin, w wyniku zachodz cych procesów mineralizacji nast powało zwi kszenie zawarto ci kadmu od 4,2% po dwóch miesi cach inkubacji do 9,6% po czterech miesi cach. Rozpatruj c zawarto kadmu w poszczególnych mieszaninach nale y wył czy z rolniczego wykorzystania mieszaniny w gla brunatnego z Konina i z Sieniawy z osadem ciekowym z Siedlec zmieszane w stosunku 1 : 5 i 1 : 2. Została w nich przekroczona dopuszczalna zawarto kadmu wynosz ca 3 mg Cd kg-1 s.m. nawozu [ROZPORZ DZENIE MRiRW2004].
Przedstawione powy ej wyniki bada własnych oraz dane literaturowe [RUT
-KOWSKA i in.2004;SPIAK i in.2004], wskazuj na du e ograniczenia wykorzystania osadów ciekowych w rolnictwie.
Wnioski
1. Mieszaniny w gli brunatnych i osadów ciekowych o stosunku (1 : 5) zawierały najwi cej form całkowitych elaza, glinu, ołowiu i kadmu.
2. Wydłu enie czasu inkubacji do 4 miesi cy spowodowało istotne zwi kszenie zawarto ci form ogólnych Fe, Al, Pb i Cd w analizowanych mieszaninach.
3. Mieszaniny odpadowego w gla brunatnego z kopalni w gla brunatnego w Koninie i osadu ciekowego z oczyszczalni cieków w Łukowie
charaktery-zowały si najmniejsz zawarto ci elaza i glinu, natomiast ołowiu i kadmu oznaczono najmniej w mieszaninach w gla brunatnego z Konina i Sieniawy z osadem ciekowym z Drosedu.
Literatura
BARAN S.,OLES ZCZUK P., UKOWSKA G. 2002. Zasoby i gospodarka odpadami organi-cznymi w Polsce. Acta Agrophysica 73: 17-34.
BARAN S.,WÓJCIKOWSKA-KAPUS TA A., UKOWSKA G.,OLESZCZUK P.2004.Wykorzystanie kompostów do odtwarzania gleb na gruntach zdewastowanych przez intensywne za-kwaszenie. Rocz. Glebozn. LV(2): 9-15.
GWOREK B., GIERCUSZKIEWICZ-BAJTLIK M. 2004. Przyrodnicze u ytkowanie osadów ciekowych w aspekcie ochrony gleb i wód w aktach prawnych Unii Europejskiej. Rocz.
Glebozn. LV(2): 151-161.
J DRCZAK A.2008. Biologiczne przetwarzanie odpadów. PWN: 544 ss.
KABATA-PENDIAS A.,PENDIAS H. 2000. Trace Elements in Soils and Plants. (3 rd Ed.) CRC Press: 413 ss.
KALEMBASA D.,WI NIEWSKA B. 2004. Wykorzystanie podło a popieczarkowego do re-kultywacji gleb. Rocz. Glebozn. LV(2): 209-217.
KALEMBASA S., WYSOKI SKI A. 2008. Wpływ dodatków mineralnych i organicznych do osadów ciekowych oraz kompostowania otrzymanych mieszanin na zawarto w nich metali ci kich. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 526: 355-362.
KRZYWY E.,I EWS KA A.2004. Gospodarka ciekami i osadami ciekowymi. Wyd. AR w Szczecinie: 186 ss.
KALEMBASA S.,TENGLER SZ.2004. Rola w gla brunatnego w nawo eniu i ochronie ro-dowiska. Monografie 53, Wyd. AP Siedlce: 174 ss.
ROZPORZ DZENIE MO 2002. Z dnia 1 sierpnia 2002 w sprawie komunalnych osadów ciekowych Dz. U. 02. 134. 1140 z dnia 27 sierpnia 2002.
ROZPORZ DZENIE MRIRW2004.Z dnia 19 pa dziernika 2004 w sprawie wykonywania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawo eniu. Dz. U. Nr 236, poz. 2369.
RUTKOWSKA B.,SZULC W.,ŁAB TOWICZ J.2004. Ocena zagro e dla rodowiska glebo-wego w warunkach wnoszenia metali ci kich w komunalnym osadzie ciekowym. Rocz.
Glebozn. LV(1): 203-208.
SCHÜFER U.,SEIFERT M.2006. Trace Elements Electrolytes. 23: 150-161.
SOBCZY SKI T., SZWAK M.,ZIOŁA A., SIEPAK J.2004. Fractionation of aluminium from alluvial sediments. Environ. Protec. Engineering 30(4): 177-182.
SPIAK Z.,RADOŁA J.,ROMANOWSKA M.2004. Soil reaction and heavy metals content on ecological farms. Chemistry for Agriculture 5: 170-174.
SZCZEPANIAK W. 2005. Metody instrumentalne w analizie chemicznej. Wyd. PWN Warszawa: 165-168.
USTAWA 2007a. Ustawa o nawozach i nawo eniu z dnia 10 lipca 2007. Dz. U. Nr 14, poz. 1033.
USTAWA 2007b. Ustawa o odpadach z dnia 27 kwietnia 2007. Dz. U. Nr 39, poz. 251.
Słowa kluczowe: w giel brunatny, osady ciekowe, inkubacja, elazo, glin, ołów,
ZMIANY ZAWARTO CI CAŁKOWITYCH FORM ELAZA, GLINU, OŁOWIU ... 169 kadm
Streszczenie
W do wiadczeniu inkubacyjnym badano zmiany zawarto ci elaza, glinu, ołowiu i kadmu w mieszaninach odpadowych w gli brunatnych i osadów ciekowych.
Komponenty zmieszano w proporcjach (odpadowy w giel brunatny : osad ciekowy) 1 : 5, 1 : 2, 1 : 1 i inkubowano przez 2 i 4 miesi ce przy wilgotno ci 60% całkowitej pojemno ci wodnej i temperaturze 22-23 C. W badanych mieszaninach po mineralizacji
„na sucho” oznaczono Fe, Al, Pb i Cd metod ICP-AES.
Dodatek w gla brunatnego do osadu ciekowego wpłyn ł na obni enie poziomu elaza, glinu, ołowiu i kadmu. Wydłu enie czasu inkubacji do 4 miesi cy spowodowało istotne zwi kszenie zawarto ci Fe, Al, Pb i Cd w badanych mieszaninach. Rodzaj mieszanin istotnie ró nicował zawarto analizowanych pierwiastków.
CHANGES IN THE CONTENT OF IRON, ALUMINIUM, LEAD AND CADMIUM IN MIXTURES OF BROWN COAL WITH WASTE
ACTIVATED SLUDGE DURING AN INCUBATION EXPERIMENT
Stanisław Kalembasa, Barbara Symanowicz
Department of Soil Science and Plant Nutrition, Academy of Podlasie, Siedlce
Key words: brown coal, waste activated sludges, incubation, iron, aluminium, lead, cadmium
Summary
Changes in the content of iron, aluminium, lead and cadmium in the mixtures of brown coal with activated sewage sludge were investigated in an incubation experiment.
The components were mixed at different ratios of brown coal with activated sewage sludge (1 : 5, 1 : 2, 1 : 1) and incubation period was 2 and 4 months. Incubation process of the mixtures was carried out at 60% WWC and room temperature (22-23 C). The contents of iron, aluminium, lead and cadmium in the mixtures were determined by the ICP-AES method.
The addition of brown coal to activated sewage sludge decresed the level of iron, aluminium, lead and cadmium. Prolongation of the incubation perid up to 4 monhs caused a significantly increase of the level of Fe, Al, Pb and Cd in the investigated mixtures. The types of mixtures significant differentiated the content the analysed elements.
Prof. zw. dr hab. Stanisław Kalembasa Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej Akademia Podlaska
ul. B. Prusa 14 08-110 SIEDLCE
e-mail: kalembasa@ap.siedlce.pl