Michał Marzec, Radomir Obroślak
Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
Wstęp
Przedsiębiorstwa przemysłu spoŜywczego mogą stanowić źródło wielu zagroŜeń dla wszystkich elementów środowiska - gleby, wody, powietrza. W porównaniu z innymi gałęziami przemysłu, w korzystaniu ze środowiska oraz stopniu oddziaływania na nie, wyróŜniają się znacznym zuŜyciem wody na jednostkę produktu, wytwarzaniem niebezpiecznych ścieków i odpadów. Do najbardziej uciąŜliwych naleŜą zakłady przemysłu spirytusowego, reprezentowane głównie przez małe gorzelnie rolnicze, wykorzystujące surowce skrobiowe (ziemniaki, zboŜa). W trakcie procesu produkcyjnego, poza spirytusem, powstaje wywar o wysokim ładunku zanieczyszczeń, obejmujących takie grupy, jak substancje rozpuszczone, substancje koloidalne lub zawiesiny, w tym związki organiczne (głównie białko) i nieorganiczne, np. chlorki, azotany, fosforany, siarczany, węglany i inne [ŁABĘTOWICZ i in. 2002; MILEWSKI, ZALEWSKA 2002]. Ilość wywaru, w zaleŜności od jakości surowców i technologii, moŜe przekraczać nawet kilkunastokrotnie ilość produkowanego spirytusu. Właściwe zagospodarowanie tak duŜej ilości wywarów stanowi powaŜny problem branŜy spirytusowej [MILEWSKI i in. 2001]. Skład wywaru pozwala traktować go jako wartościowy nawóz, jednak jego stosowanie na uŜytkach rolniczych powinno odbywać się w sposób racjonalny, gwarantujący bezpieczeństwo elementów środowiska. W przypadku gorzelni rolniczych dominującym elementem gospodarki wywarami jest odprowadzanie ich do wód powierzchniowych i rowów melioracyjnych oraz skoncentrowane zrzuty do gleby [GRZYBOWSKI, STECKA 1998]. Taki sposób zagospodarowania wywarów budzi wiele wątpliwości z uwagi na moŜliwość degradacji środowiska glebowego i wodnego.
Celem pracy jest ocena jakości wód gruntowych na uŜytku, gdzie dokonywano skoncentrowanych zrzutów wywaru gorzelniczego oraz w bezpośrednim jego sąsiedztwie.
Materiał i metody
Analizy jakości wód gruntowych prowadzono w latach 2003-2007 w Gołębiu, około 16 km na północny-zachód od Lubartowa na Wysoczyźnie Lubartowskiej. W zróŜnicowanej rzeźbie terenu dominuje krajobraz niskofalisty i falisto pagórkowaty. W pokrywie powierzchniowej przewaŜają utwory akumulacji lodowcowej i wodno-lodowcowej, a skałę macierzystą stanowią piaski gliniaste. Omawiany obszar leŜy w
M. Marzec, R. Obroślak 176
strefie oddziaływania klimatu przejściowego. Średnia temperatura wynosi 7,5°C, zaś średnie roczne sumy opadów kształtują się na poziomie 550 mm, z wyraźną przewagą opadów w półroczu letnim. Głównymi elementami sieci hydrologicznej są rzeki Wieprz i Minina.
Jako obiekt badawczy wytypowano fragment doliny cieku, lewostronnego dopływu rzeki Mininy. Dno doliny na tym odcinku zajmuje uŜytek zielony. Zbocze i wierzchowina znajdujące się pod uprawą płuŜną, w 2002 roku zostały przekształcone w nieuŜytek, a następnie w niekontrolowane wylewisko wywarów gorzelniczych.
Wylewisko funkcjonowało do końca 2003 roku. W tym okresie gorący i nierozcieńczony wywar odprowadzano bezpośrednio do gruntu na powierzchni około 1 ha w dawkach często przekraczających 20 m3 na dobę. Określono wartość niektórych parametrów w wywarze: przewodność właściwa - 13,95 mS⋅cm-1, pH - 4,84, N-NO3 - 18,08 mg⋅dm-3, N-NO2 - 0,069 mg⋅dm-3, N-NH4 - 0,7 mg⋅dm-3, K - 940 mg⋅dm-3, SO4 - 1800 mg⋅dm-3, Fe - 38 mg⋅dm-3, Cl - 128 mg⋅dm-3, BZT5 - 7 200 mg O2⋅dm-3, ChZTCr - 18 200 mg O2⋅dm-3 [OBROŚLAK MARZEC 2006]. W roku 2004 na obszarze wylewiska przywrócono uŜytkowanie rolnicze z uprawą roślin zboŜowych z przeznaczeniem na paszę. W tym czasie nie stosowano Ŝadnego dodatkowego nawoŜenia. Do celów badaw-czych w poprzek doliny wyznaczono zgodnie ze spadkiem przekrój, na którym wytypowano dwa punkty poboru wód gruntowych: pierwszy - na zboczu, w pobliŜu granicy uŜytku zielonego z wylewiskiem wywarów (stanowisko I), drugi - w dnie doliny, na łące (stanowisko II), (rys. 1). Po zakończeniu eksploatacji wylewiska, w pobliŜu punktów poboru wód gruntowych wykonano odkrywki glebowe i określono niektóre właściwości fizyczne gleb. Skład granulometryczny gleb przy stanowisku I odpowiadał piaskom gliniastym mocnym, w dnie doliny - piaskom gliniastym luźnym.
Współczynnik filtracji wierzchniej warstwy przy stanowisku I był blisko trzykrotnie wyŜszy niŜ w analogicznej warstwie w dnie doliny i wynosił 985⋅10-6 cm⋅s-1. Na pozostałych poziomach nie stwierdzono wyraźnych róŜnic, a wartość współczynnika wahała się w granicach 300-350⋅10-6 cm⋅s-1. Na obszarze wylewiska zanotowano ponadto wyraźnie wyŜszą gęstość objętościową gleby, w porównaniu do stanowiska w dnie doliny. Badania wód gruntowych prowadzono sezonowo: wiosną, latem i jesienią.
W sumie przeprowadzono 14 serii pomiarowych. Analizy i pomiary fizyczno-chemiczne wykonywano według powszechnie stosowanych metod: odczyn - potencjometrycznie, przewodność właściwą - konduktometrycznie, amoniak, azotyny, azotany, azot ogólny, fosforany, siarczany, Ŝelazo, potas i chlorki - fotometrycznie, ChZT - metodą dwuchromianową. Wyniki analiz odnoszono do norm określonych w ROZPORZĄDZENIU MŚ [2004].
Wyniki i dyskusja
Analiza wyników wskazuje na duŜe zróŜnicowanie wartości wskaźników jakości wód na poszczególnych stanowiskach pomiarowych. Stwierdzono wyraźnie wyŜsze stęŜenia wybranych zanieczyszczeń w punkcie, zlokalizowanym na granicy wylewiska wywarów (stanowisko I). Średni poziom amoniaku, azotynów, fosforanów, Ŝelaza, potasu czy ChZT odpowiadał IV bądź V klasie jakości (tab. 1).
Rysunek nr 1 na końcu art.
Rys. 2. Zmiany jakości wód gruntowych na wylewisku wywarów gorzelniczych w Gołębiu Fig. 2. Changes of groundwater quality on the destillery slop outflow at Gołąb
Obecność niektórych z tych związków moŜna wiązać z ich wysoką koncentracją w wywarze. Wskazuje na to równieŜ zmienność wartości poszczególnych wskaźników w czasie. Kulminacja stęŜeń przypadała z reguły na lata 2003-2004, a więc na okres eksploatacji wylewiska lub bezpośrednio po jej zakończeniu. Po tym okresie stęŜenia zanieczyszczeń osiągały niŜszy, stały poziom. Taką regułę stwierdzono w przypadku
M. Marzec, R. Obroślak 178
ChZT, fosforanów czy przewodności właściwej (rys. 2). Koncentracja amoniaku była najwyŜsza w pierwszych latach po zakończeniu eksploatacji wylewiska, natomiast azotanów w końcowym okresie badań (rys. 2), co jest następstwem przemian związków organicznych zawierających azot, których pierwszym ogniwem jest amonifikacja, potem nitryfikacja. Nie bez wpływu na notowane stęŜenia zanieczyszczeń w wodzie gruntowej było przywrócenie uŜytkowania rolniczego i uprawa roślin zboŜowych.
Działania te moŜna w tym przypadku traktować jako element biologicznej rekultywacji obszaru wylewiska. ObniŜenie stęŜenia zanieczyszczeń, począwszy od roku 2005, moŜna wiązać z intensywnym ich pobieraniem przez rośliny, tym bardziej, Ŝe w pierwszych okresach wegetacyjnych uprawiano kukurydzę, która ma dość duŜe wymagania pokarmowe.
Tabela 1; Table 1 Minimalne, maksymalne oraz średnie wartości wskaźników
jakości wód gruntowych w Gołębiu Minimum, maximum and mean values of indices of groundwater quality at Gołąb Wskaźniki jakości wody
Równolegle badano moŜliwość migracji zanieczyszczeń wprowadzonych z wywarem w kierunku dna doliny i cieku. W porównaniu do stanowiska I, na sta-nowisku II stwierdzono obniŜenie wartości wskaźników, szczególnie zaś potasu, amoniaku, azotu ogólnego, Ŝelaza oraz ChZT i przewodności. Jedynie stęŜenie fosforanów wzrosło ponad dwukrotnie, w porównaniu ze stanowiskiem I (tab. 1). MoŜe być to wynikiem niewielkiej miąŜszości strefy nienasyconej i większej wilgotności gleb w dnie doliny oraz nakładających się spływów wód opadowych powodujących dopływ ze stoku składników wywaru, tym bardziej, Ŝe wysokie stęŜenia fosforanów dotyczą początkowego okresu badań, kiedy wylewisko było eksploatowane. Poza tym przypadkiem wyniki wskazują na brak wyraźnego wpływu wylewiska wywarów na jakość wód w dnie doliny, co potwierdza pozytywną rolę trwałych uŜytków zielonych w ochronie zbiorników i cieków wodnych przed zanieczyszczeniami dopływającymi z terenu zlewni [ROMAN 1995; ORLIK i in. 2001; OBROŚLAK,MARZEC 2006]. Nie zmienia to faktu, Ŝe opisany w pracy przypadek jest przykładem niewłaściwego postępowania z odpadami przemysłowymi o tak duŜym ładunku zanieczyszczeń zwłaszcza, Ŝe wylewisko zostało zlokalizowane na wierzchowinie i zboczu doliny cieku wodnego, przez co stwarzało powaŜne zagroŜenie dla jego środowiska.
Wnioski
1. Skoncentrowane zrzuty wywarów gorzelniczych wpłynęły na zwiększenie zawartości amoniaku, azotynów, potasu oraz wielkości ChZT i przewodności właściwej w wodach gruntowych na granicy wylewiska.
2. Maksymalne stęŜenia zanieczyszczeń, z wyjątkiem azotanów notowano w okresie eksploatacji wylewiska oraz bezpośrednio po jej zakończeniu. Z upływem czasu osiągały one niŜszy i wyrównany poziom.
3. ObniŜenie koncentracji większości zanieczyszczeń w wodzie gruntowej na granicy wylewiska pokrywało się w czasie z wprowadzeniem uprawy roślin.
4. W dnie doliny, w strefie uŜytku zielonego zanotowano zmniejszenie zawartości zanieczyszczeń, szczególnie amoniaku, azotynów, Ŝelaza, potasu oraz wartości ChZT i przewodności właściwej.
Literatura
GRZYBOWSKI R.,STECKA K. 1998. Zadania dla polskiego gorzelnictwa w obliczu pers-pektywy zjednoczenia z UE. Przem. Ferm. i Owoc.-Warz. 42(3): 11-13.
ŁABĘTOWICZ J.,STĘPIEŃ W., GUTOWSKA A. 2002. Zastosowanie wywaru do nawoŜenia gleby, w: Nowe trendy w technologii gorzelnictwa. Monografie, Warszawa: 146-156.
MILEWSKI J.,SARNECKA J.,ZALEWSKA T.,ŁABĘTOWICZ J. 2001. Wywar z gorzelni rolniczej - wartościowy produkt uboczny czy odpad? cz. I i II, Przem. Ferm. i Owoc.-Warz.
45(6): 10-11; 7: 23-25.
MILEWSKI J.,ZALEWSKA T. 2002. Nowe techniki utrwalania wywaru przeznaczonego na pasze, w: Nowe trendy w technologii gorzelnictwa. Monografie, Warszawa: 135-145.
OBROŚLAK R.,MARZEC M. 2006. Wpływ wylewiska wywarów gorzelniczych na jakość wód. Roczn. Glebozn. VII(1/2): 152-157.
ORLIK T.,JÓŹWIAKOWSKI K.,MARZEC M. 2001. Wpływ uŜytku zielonego na ograniczenie zanieczyszczeń pochodzących z rolnictwa. Zesz. Nauk. AR w Krakowie 382, InŜynieria Środowiska 21: 13-20.
ROMAN M. 1995. Ochrona wód przed zanieczyszczeniami obszarowymi pochodzenia rolniczego. Materiały Biura Programu ULEP/WHO Oceny Skutków Działań w Środowisku MOŚZNiL nt.: „Zanieczyszczenia obszarowe pochodzące z rolnictwa i moŜliwości ich ograniczenia”. Warszawa - Bilthoven - Kopenhaga: 8-22.
ROZPORZĄDZENIE MŚ 2004. Z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla pre-zentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia moni-toringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz. U. Nr 32, poz. 284.
Słowa kluczowe: wywary gorzelnicze, jakość wód gruntowych Streszczenie
W pracy analizowano zmiany jakości wód gruntowych na wylewisku wywarów gorzelniczych i w jego sąsiedztwie. Badania prowadzono w dolinie cieku, na której
M. Marzec, R. Obroślak 180
zboczu dokonywano skoncentrowanych zrzutów wywaru. Próby wód gruntowych pobierano w dwóch punktach: 1 - na zboczu, na granicy wylewiska wywarów z uŜytkiem zielonym, 2 - w dnie doliny cieku, na łące. Stwierdzono pogorszenie jakości wód gruntowych w punkcie zlokalizowanym na granicy wylewiska. W największym stopniu decydowała o tym zawartość amoniaku, azotynów, azotu ogólnego, fosforanów, Ŝelaza oraz potasu. NajwyŜszą koncentrację tych wskaźników stwierdzono bezpośrednio po zakończeniu eksploatacji wylewiska. Analizy wód gruntowych w dnie doliny wskazują na znaczne zmniejszenie wartości wskaźników jakości, w tym potasu, amoniaku, fosforanów, azotu ogólnego, Ŝelaza oraz ChZT i przewodności właściwej.
CHANGES OF GROUND WATER QUALITY ON THE DISTILLERY SLOP OUTFLOW
Michał Marzec, Radomir Obroślak
Department of Land Reclamation and Agricultural Engineering, University of Life Sciences, Lublin
Key words: distillery slops, ground water quality Summary
Changes of ground water quality on distillery slop outflow and its direct neighborhood is presented in the paper. Studies were carried out in the flow valley, the slope of which was the target of concentrated slop outflow. Ground water samples for the analysis were taken in at two points: 1 - on the slope, on the boundary of distillery outflow and arable lands, 2 - at the bottom of flow valley, in a zone of green lands. The worsening of ground water quality in a direct neighborhood of the outflow was found.
The contents of ammonia, nitrites, total nitrogen, phosphates, iron and potassium mostly determined its degradation. The highest concentration of these indices was affirmed directly after the end of the exploitation of the outflow. The analysis of ground water from the valley bottom revealed the decrease of potassium, ammonia, phosphates, total nitrogen, iron, COD and specific conductivity.
Dr inŜ. Michał Marzec
Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego Uniwersytet Przyrodniczy
ul. Leszczyńskiego 7 20-069 LUBLIN
email: michal.marzec@up.lublin.pl
Rys. 1. Lokalizacja punktów poboru wód gruntowych (stanowisko I i II) Fig. 1. Localization of ground water sampling points (stands I and II)
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 532: 183-191