Stanisław Kalembasa, Barbara Symanowicz
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej, Akademia Podlaska w Siedlcach
Wst p
Narastaj cy w Polsce problem gospodarki osadami ciekowymi stał si powodem opracowania przez Ministerstwo rodowiska „Krajowego planu gospodarki odpadami”.
Plan ten przewiduje, e w perspektywie do roku 2018 nast pi całkowite zaniechanie składowania osadów ciekowych, zwi kszenie ilo ci osadów przetworzonych przed wprowadzeniem do rodowiska, a tak e maksymalizacja stopnia wykorzystania substancji biogennych zawartych w osadach [MYCZKO i in. 2007]. Rolnicze wykorzystanie osadów ciekowych w Polsce wynosi tylko 15,4% całkowitej ich produkcji, a w krajach Unii Europejskiej około 38% [ROCZNIK STATYSTYKI
MI DZYNARODOWEJ 2006; J DRCZAK 2008; ROCZNIK STATYSTYCZNY GUS 2008]. Osady ciekowe i odpadowe w gle brunatne zaliczane s do grupy odpadów, których rolnicze lub przyrodnicze wykorzystanie weryfikowane jest przepisami z zakresu ochrony rodowiska [USTAWA 2001;ROZPORZ DZENIE 2002; GWOREK,GIERCUSZKIEWICZ-BAJTLIK 2004;
ROZPORZ DZENIE 2004]. Wymienione materiały (odpady) s ródłem substancji organicznej, a tak e makro- i mikroelementów [BARAN i in. 2002, 2004; KALEMBASA, TENGLER 2004]. Zmieszanie odpadowych w gli brunatnych i zró nicowanych osadów
ciekowych, a nast pnie ich inkubowanie lub kompostowanie mo e prowadzi do mo-dyfikacji ich składu chemicznego [SYMANOWICZ 2006].
Cynk, mied , chrom i nikiel nale do pierwiastków, których zawarto w odpadach jest bardzo zró nicowana w zale no ci od ich pochodzenia. Du a za-warto substancji organicznej w analizowanych odpadach z pewno ci niweluje ujemne skutki nadmiernej (toksycznej) zawarto ci Zn, Cu, Cr i Ni po zastosowaniu ich do gleby [KABATA-PENDIAS, PENDIAS 2000; KALEMBASA, TENGLER 2004;SCHÜFER, SEIFERT
2006].
Celem bada było prze ledzenie zmian zawarto ci cynku, miedzi, chromu i niklu w mieszaninach odpadowych w gli brunatnych o niskiej warto ci energetycznej i osadów ciekowych w do wiadczeniu inkubacyjnym, z uwzgl dnieniem ró nych proporcji tych komponentów, umo liwiaj cych wybór optymalnego stosunku w gla brunatnego do osadów ciekowych w badanych mieszaninach oraz czasu inkubacji.
Materiał i metody bada
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.
Podczas trwania do wiadczenia dwa razy w tygodniu dokonywano pomiaru wilgotno ci i uzupełniano niedobór wody. Wilgotno utrzymywano na poziomie 60%
maksymalnej pojemno ci wodnej. Mieszaniny inkubowano w temperaturze 22-23 C (temperatura w pomieszczeniu).
W badanych mieszaninach w terminie 0 (tu po zmieszaniu komponentów), po 2 i po 4 miesi cach oznaczono całkowit zawarto cynku, miedzi, chromu i niklu metod atomowej spektrometrii emisyjnej z plazm wzbudzon indukcyjnie ICP-AES [SZCZEPANIAK 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 Tukey’a przy poziomie istotno ci p=0,05.
Wyniki i dyskusja
Krajowy plan gospodarki odpadami zakłada w perspektywie do 2018 roku, e około 60% osadów b dzie unieszkodliwiana termicznie, a pozostałe 40% przez kompostowanie, wykorzystanie rolnicze, przyrodnicze i rekultywacj [MYCZKO i in.
2007]. Istnieje zatem konieczno monitoringu zawarto ci metali ci kich w kom-postach otrzymanych na bazie osadów ciekowych i odpadowych w gli brunatnych.
Tabela 1; Table 1 Zawarto cynku ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of zinc (mg kg-1 DM) in incubated mixtures
Czas inkubacji (miesi ce)
III. odpadowy w giel brunatny z Konina i osad ciekowy z Drosedu w Siedlcach; waste brown coal from Konin and sewage sludge from Drosed in Siedlce
IV. odpadowy w giel brunatny z Sieniawy i osad ciekowy z Siedlec; waste brown coal from Sieniawa and sewage sludge from Siedlce
V. odpadowy w giel brunatny z Sieniawy i osad ciekowy z Łukowa; waste brown coal from Sieniawa and sewage sludge from Łuków
VI. odpadowy w giel brunatny z Sieniawy i osad ciekowy z Drosedu w Siedlcach;waste brown coal from Sieniawa and sewage sludge from Drosed in Siedlce
NIR0.05 dla: LSD0.05 for:
- stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio (A) - 29,2 - czasu inkubacji; incubation period (B) - 29,2
- rodzaju mieszanin; kinds of mixtures (C) - 50,7 - współdziałania; interaction
B/C - 50,7 A/B - 50,7 C/A - 62,1 A/C - 50,7 C/B - 87,8 B/C - 71,6
Tabela 2; Table 2 Zawarto miedzi ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of copper (mg kg-1 DM) in incubated mixtures Czas inkubacji (miesi ce)
1:1 11,0 11,7 11,6 11,4
- stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio (A) - 0,4 - czasu inkubacji; incubation period (B) - 0,4
- rodzaju mieszanin; kinds of mixtures (C) - 0,7 - współdziałania; interaction
B/A - r.n. A/B - r.n. C/A - 0,8 A/C - 0,7 C/B - r.n. B/C - r.n.
r.n. ró nice nieistotne; differences not significant
* obja nienia jak w tab. 1; explanations see Tab. 1
Tabela 3; Table 3 Zawarto chromu ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of chromium (mg kg-1 DM) in incubated mixtures Czas inkubacji (miesi ce)
1:2
- stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio (A) - 0,5 - czasu inkubacji; incubation period (B) - 0,5
- rodzaju mieszanin; kinds of mixtures (C) - 0,9 - współdziałania; interaction
B/A - 0,9 A/B - 0,9 C/A - 1,1 A/C - 0,9 C/B - 1,6 B/C - 1,3
* obja nienia jak w tab. 1; explanations see Tab. 1
Tabela 4; Table 4 Zawarto niklu ogółem (mg kg-1 s.m.) w inkubowanych mieszaninach
The content of nickel (mg kg-1 DM) in incubated mixtures Czas inkubacji (miesi ce)
III 1:5
- stosunku w gla brunatnego do osadu; brown coal to waste ratio (A) - 0,2 - czasu inkubacji; incubation period (B) - 0,2
- rodzaju mieszanin; kinds of mixtures (C) - 0,4 - współdziałania; interaction
B/A - r.n. A/B - r.n. C/A - 0,5 A/C - 0,4 C/B - r.n. B/C - r.n.
r.n. ró nice nieistotne; differences not significant
* obja nienia jak w tab. 1; explanations see Tab. 1
Oznaczona rednia zawarto cynku, miedzi, chromu i niklu w analizowanych kompostach w badaniach własnych nie przekroczyła dopuszczalnych norm [ROZPORZ DZENIE 2004]. Wykonane obliczenia statystyczne wykazały istotny wpływ badanych czynników na zawarto cynku ogółem w inkubowanych mieszaninach (tab.
1). rednia zawarto tego pierwiastka wynosiła 895,6 mg Zn kg-1 s.m. Rozpatruj c szczegółowo zawarto cynku w poszczególnych mieszaninach, nale y wykluczy z rolniczego wykorzystania komposty uzyskane na bazie odpadowego w gla brunatnego z Konina i osadów ciekowych z Siedlec o stosunku 1:5 i 1:2 oraz komposty z w gla brunatnego z Sieniawy i osadów ciekowych z oczyszczalni w Łukowie o takim samym stosunku (przekroczona zawarto Zn). Zwi kszenie dodatku odpadowego w gla bru-natnego z 20% do 50% do osadu ciekowego spowodowało istotne zmniejszenie
za-warto ci cynku ( rednio około 2 razy). Wydłu enie czasu inkubacji mieszanin do 4 miesi cy istotnie wpłyn ło na zwi kszenie zawarto ci cynku. Czynnikiem najbardziej ró nicuj cym poziom cynku był rodzaj mieszaniny. Obliczenia statystyczne wykazały istotnie najmniejsz zawarto cynku w mieszaninie odpadowego w gla brunatnego z Sieniawy i osadu ciekowego z oczyszczalni w Łukowie w stosunku do pozostałych mieszanin. Szczególny wpływ na niski poziom tego mikroelementu w wy ej wymienionej mieszaninie miała mała zawarto tego pierwiastka w w glu brunatnym z Sieniawy, a tak e technologia oczyszczania cieków w oczyszczalni w Łukowie.
Istotnie najwi cej cynku ( rednio 2166,6 mg kg-1 s.m.) oznaczono w mieszaninach w gla brunatnego z Konina i osadu ciekowego z oczyszczalni w Siedlcach. Oznaczone ilo ci cynku w prezentowanych mieszaninach znalazły potwierdzenie w literaturze [KABATA-PENDIAS, PENDIAS 2000; KALEMBASA, TENGLER 2004]. Cynk wyst puj cy w badanych mieszaninach mo e podlega bioakumulacji tworz c poł czenia kom-pleksowe z substancj organiczn . Obliczenia statystyczne wykazały istotn współ-zale 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 miedzi.
rednia zawarto tego pierwiastka w badanych mieszaninach wynosiła 29,6 mg Cu kg-1 s.m. i kształtowała si na niskim poziomie [ROZPORZ DZENIE 2004]. Stosunek odpadowego w gla brunatnego do osadu ciekowego, czas trwania inkubacji oraz rodzaj mieszaniny istotnie ró nicowały poziom miedzi w analizowanych mieszaninach w przeprowadzonych badaniach. Istotnie najwi ksz zawarto miedzi (47,5 mg kg-1 s.m.) oznaczono w mieszaninach, w których przewag stanowiły osady ciekowe (stosunek 1:5). Na osady ciekowe jako potencjalne ródło miedzi wskazuj badania KALEMBASY i in. [2008]. Po zmieszaniu komponentów w stosunku 1:1, poziom analizowanego pierwiastka obni ył si trzykrotnie w odniesieniu do mieszanin o stosunku 1:5. Zawarto miedzi 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 miedzi pomi dzy wszystkimi mieszaninami. Istotnie najmniejsze ilo ci tego pierwiastka (8,8 mg Cu kg-1 s.m.) oznaczono w badanym materiale z dodatkiem odpadowego w gla brunatnego kopalni z Sieniawy oraz osadów ciekowych z Łukowa i Drosedu o stosunku 1:1.
Zawarto chromu w analizowanych mieszaninach wynosiła rednio 82,9 mg Cr kg-1 s.m.) i była istotnie zró nicowania dla badanych czynników oraz ich współdziałania (tab. 3). Oznaczone rednie zawarto ci chromu w mieszaninach odpadowych w gli brunatnych i osadów ciekowych o stosunku 1:5 na pocz tku inkubacji oraz po 2 i 4 miesi cach przekraczały dopuszczalne normy zawarto ci tego pierwiastka w kompostach [ROZPORZ DZENIE 2004]. Analizuj c szczegółowo poszczególne mieszaniny, stwierdzono ponadnormatywne ilo ci chromu w miesza-ninach z dodatkiem osadów ciekowych z oczyszczalni w Łukowie oraz w mieszaninie odpadowego w gla brunatnego z Konina i osadu ciekowego z Siedlec o stosunku 1:5.
Badania własne znalazły potwierdzenie w pracy KALEMBASY i WYSOKI SKIEGO [2008], w której oznaczono du e ilo ci chromu w mieszaninach z dodatkiem osadów ciekowych z Łukowa. Obliczenia statystyczne wykazały istotny wzrost zawarto ci chromu po 4 miesi cach inkubacji mieszanin.
rednia zawarto niklu w badanych mieszaninach wynosiła 11,3 mg Ni kg-1 s.m.) i była istotnie zró nicowania dla badanych czynników (tab. 4). Obliczenia statystyczne wykazały równie istotne ró nice dla współdziałania rodzaju mieszaniny i stosunku odpadowego w gla brunatnego do osadów ciekowych. Obliczenia statystyczne wykazały istotny wzrost zawarto ci niklu po 4 miesi cach inkubacji
RUTKOWSK i in. [2004]wskazuj , e stosunkowo wysoka zawarto metali ci kich w osadach ciekowych stanowi mo e przeszkod w wielokrotnym ich stosowaniu na u ytkach rolnych.
Wnioski
1. Mieszaniny w gli brunatnych i osadów ciekowych o stosunku 1:5 zawierały najwi cej form całkowitych cynku, miedzi, chromu i niklu.
2. Wydłu enie czasu inkubacji do 4 miesi cy spowodowało istotne zwi kszenie zawarto ci Zn, Cu, Cr i Ni w analizowanych mieszaninach.
3. Mieszaniny odpadowego w gla brunatnego z Kopalni W gla Brunatnego w Sieniawie i osadu ciekowego z Drosedu charakteryzowały si najmniejsz zawarto ci cynku i miedzi, natomiast w mieszaninach odpadowego w gla brunatnego z Konina i osadu ciekowego z Drosedu oznaczono najmniejsze ilo ci chromu i niklu.
Literatura
BARAN S.,OLESZCZUK P., UKOWSKA G.2002.Zasoby i gospodarka odpadami organicz-nymi w Polsce. Acta Agrophysica 73: 17-34.
BARAN S.,WÓJCIKOWSKA-KAPUSTA 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 S., SYMANOWICZ B. 2006. The influence of fertilization with brown coals, waste activated sludges and their mixtures on the content of chromium and nickel in soil materals and Italian ryegrass. Archiv. of Environ, Protec. 32(4): 79-86.
KALEMBASA S.,SYMANOWICZ B.,WYSOKI SKI A.2008.Wpływ kompostowanych osadów ciekowych z kor i trocinami oraz ich współdziałanie z NPK na zawarto wybranych mikroelementów w glebie i ro linie. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 526: 343-353.
KALEMBASA S., TENGLER SZ. 2004. Rola w gla brunatnego w nawo eniu i ochronie rodowiska. Monografia 53, Wyd. AP w Siedlcach: 174 ss.
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 Rol. 526: 355-362.
MYCZKO A., EYMONTT A., WIERZBICKI K. 2007. Czy problem osadów ciekowych jest rozwi zany? Wiad. Mel. i Ł k. 3: 124-128.
ROCZNIK STATYSTYCZNY GUS 2008.
ROCZNIK STATYSTYKI MI DZYNARODOWE J 2006.
ROZPORZ DZENIE 2002. Rozporz dzenie Ministra rodowiska z dnia 1 sierpnia 2002 w sprawie komunalnych osadów ciekowych. Dz.U. 2002 nr 134 poz. 1140.
ROZPORZ DZENIE 2004. Rozporz dzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 19 pa dziernika 2004 r. w sprawie wykonywania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawo eniu. Dz.U. 2004 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. J. Agricultural Food Chemistry 23(3): 150-161.
SYMANOWICZ B.2006. Zmiany zawarto ci wybranych mikropierwiastków w czasie in-kubacji mieszanin w gli brunatnych i osadów ciekowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol.
512: 571-577.
SZCZEPANIAK W. 2005. Metody instrumentalne w analizie chemicznej. Wyd. PWN, W-wa: 165-168.
USTAWA 2001. Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach. Dz.U. 2001 nr 62, poz.
628 art. 43.
Słowa kluczowe: odpadowy w giel brunatny, osad ciekowy, inkubacja, cynk, mied , chrom, nikiel
Streszczenie
W do wiadczeniu inkubacyjnym badano zmiany zawarto ci cynku, miedzi, chromu i niklu 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 i Al metod ICP-AES.
Analizowane mieszaniny o stosunku 1:5 zawierały najwi ksze ilo ci badanych metali ci kich. Wydłu enie czasu inkubacji do 4 miesi cy spowodowało istotne zwi kszenie poziomu cynku, miedzi, chromu i niklu w badanych mieszaninach. Rodzaj mieszanin istotnie ró nicował zawarto analizowanych pierwiastków.
CONTENT OF SELECTED HEAVY METALS IN THE MIXTURES OF WASTE BROWN COALS WITH ACTIVATED SLUDGE DURING
AN INCUBATION EXPERIMENT
The changes in content of zinc, copper, chromium and nickel in the mixtures of brown coals with activated sewage sludges were investigated in an incubation experiment. The components were mixed at different ratios of brown coals to activated sewage sludges (1:5,1:2, 1:1) and incubation period of 2 and 4 months. Process of the mixtures incubation was conducted at 60% total water capacity and room temperature (22-23 C). The content of zinc, copper, chromium and nickel in the mixtures were determined by ICP-AES method.
The contents of heavy metals in analysed of mixtures at 1:5 ratio was the highest.
Prolongation of incubation period up to 4 months significantly increased the levels of zinc, copper, chromium and nickel in investigated mixtures. Kinds of the mixtures significantly differentiated the content of analysed elements.
Prof. dr hab. Stanisław Kalembasa
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej Akademia Podlaska
ul. B. Prusa 14 08-110 SIEDLCE
e-mail: kalembasa@ap.siedlce.pl