ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LV NR 2 WARSZAWA 2004: 435-445
B A R B A RA SY M A N O W IC Z, STANISŁAW K A LE M B A SA
ZMIANY ZAWARTOŚCI WĘGLA I AZOTU
W KWAŚNYCH WYCIĄGACH PODCZAS INKUBACJI
MIESZANIN WĘGLI BRUNATNYCH
Z OSADAMI ŚCIEKOWYMI
THE CHANGES OF CARBON AND NITROGEN CONTENT
DURING THE INCUBATION OF THE LIGNITE AND WASTE
ACTIVATED SLUDGES MIXTURES DETERMINATED
IN ACIDS EXTRACTS
K atedra G leboznaw stw a i Chemii Rolniczej, A kadem ia Podlaska w Siedlcach
A bstract: The mixtures o f brown coal (lignite) and waste activated sludges were mixed at the ratio o f componends: 1:5, 1:2, 1:1 and were incubated for 2 and 4 months at room temperature (22°C). After differentated time o f incubation the samples o f mixtures were hydrolized in acid conditions and in acid extracts the following forms o f carbon; easily and difficulty hydrolysa- ble and nitrogen; mineral, easily and difficulty hydrolysable were determinated. The amount o f each forms in relation to total elements taking as 100% were as follows: for carbon 6,6% in easily and 10,1% in difficulty hydrolysable fractions and for nitrogen: mineral 22,9%, easily 7,5% and difficulty hydrolysable 22,9%. On the base o f presented results it could be stated that the period o f 2 months o f incubation the mixture with ratio 1:5 was the best for the utilization o f above mixture for fertilization purpose.
Słowa kluczow e’, azot, węgiel, kwaśny wyciąg, inkubacja, osad ściekowy, węgiel brunatny. Key words: nitrogen, carbon, extract acid, incubation, waste activated sludge, lignite.
WSTĘP
R ekultyw acja gleb stanowi bardzo złożony problem , ze w zglądu na duże zróżni cow anie w łaściw ości podłoży obszarów zdegradow anych. Skuteczność przep ro w adzonych zabiegów rekultyw acyjnych m ożna ocenić na podstaw ie zaw artości sub stancji organicznej w podłożu. Według Siuty i in. [ 1985] bardzo dobrze zrekultywowane gleby to te, w których zaw artość próchnicy wynosi 5 0 -6 0 t • ha“1. W ostatnich latach górnictw o odkryw kow e w ęgla brunatnego cechowało się dużą dynam iką działalności, co spow odow ało znaczne zw iększenie pow ierzchni przeznaczonej do rekultyw acji.
436 В. Sym anowicz, S. K alem basa
Zw iązane jest to z w ielkością w ydobycia i stosunkiem nadkładu do złoża (na przykład w odkryw kach w ęgla brunatnego „A dam ów ’ ten stosunek w ynosił 7,5:1).U tw ory technicznie zrekultyw ow ane nie stanow ią pełnowartościowej gleby [W ąchalewski i in. 1995], dlatego też m uszą one być poddane antropogenicznej poprawie ich właściwości fizycznych i chemicznych. Stosowanie wysokich daw ek naw ozów m ineralnych (6 0 0 - 800 kg • ha-1 [Greinert 1992] w w arunkach K onińskiego Zagłębia W ęglow ego m oże naruszyć w arunki ekologiczne środow iska glebow ego, przyczynić się do za n ie czyszczenia wód gruntowych [Maciejewska 1996] oraz zwiększyć koszty rekultywacji. W ostatnich latach ze względu na aspekty ekologiczne i przepisy z zakresu ochrony środow iska, przy zapew nieniu właściwej ilości składników pokarm ow ych roślin i ograniczeniu ich strat prow adzone są badania nad produkcją naw ozów organiczno- m ineralnych przy wykorzystaniu węgla brunatnego [Kalem basa i Tengler 1992], które m ogą być stosow ane do rekultyw acji gleb (utw orów glebowych). Służą do tego celu nadkłady w ęgla brunatnego o niskiej wartości energetycznej [Bielikowski 1995] oraz osady ściekow e, które są doskonałym źródłem zw iązków węgla i azotu [Edw ards i in. 1984]. Alternatywą dla bardzo dużych rekultywacyjnych dawek naw ozów mineralnych, zapew niającą obieg składników w przyrodzie i ich optym alną ilość m ogą stanow ić niekonw encjonalne naw ozy organiczno-mineralne.
Celem niniejszych badań było oznaczenie zaw artości węgla i azotu w kw aśnych w yciągach m ieszanin w ęgli brunatnych i osadów ściekow ych w d ośw iadczeniu inkubacyjnym przy uw zględnieniu różnych stosunków tych kom ponentów, pozw a lających na w ybór optym alnego stosunku węgla brunatnego do osadu ściekow ego w badanych m ieszaninach.
MATERIAŁ I METODY
Do badań (dośw iadczenie inkubacyjne) w ykorzystano osady ściekow e z oczyszczalni ścieków w Siedlcach (ścieki przemysłowo-komunalne), w Łukowie (ścieki przem ysłu m ięsnego i kom unalne) i z zakładu drobiarskiego Drosed (ścieki z uboju i przerobu drobiu) oraz węgiel brunatny z Kopalni Sieniawa i Konin. Przed zm ieszaniem poszczególnych kom ponentów oznaczono w nich:
- zaw artość suchej m asy m etodą suszarkową; - zaw artość azotu ogółem m etodą Kjeldahla;
- zawartość węgla organicznego metodąoksydacyjno-miareczkową[Kalembasa 1991]. W ym ienione wyżej osady ściekow e i w ęgle brunatne zm ieszano w proporcjach (w ęgiel : osad) 1:5, 1:2, 1:1 w przeliczeniu na suchą masę. U zyskane m ieszaniny inkubow ano przez 2, a następnie 4 m iesiące przy w ilgotności na poziom ie 60% m ak sy m aln ej p o jem n o ści w odnej i tem p eratu rze 2 2 -2 3 °C . W m ie sza n in a ch wydzielając: frakcję azotu w związkach: 1) mineralnych, 2) łatwo ulegających hydrolizie, 3) trudno ulegających hydrolizie, 4) oraz zw iązków nie ulegających hydrolizie przed rozpoczęciem inkubacji oraz po 2 i 4 miesiącach jej trwania oznaczono frakcje związków azotu w g kwaśnej hydrolizy [K alem basa 1995].
Pobrano 15 cm3 wyciągu frakcji 2 i 3 dodano 5 cm 3 1 mol K2Cr20 7 ■ dm-3, 30 cm 3 mieszaniny H?S 0 4 i H3P 0 4 (c. wł. 1,70) w stosunku 5:1. Po 20 minutach ogrzewania w płaszczu grzejnym niezredukowany Cr6+ odmiareczkowano 0,2 mol • dm-3 solą Mohra.
С i N p o d cza s inkubacji m ieszanin w ęgli brunatnych z osadam i ściekow ym i 437
WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA
W ykorzystane w badaniach osady ściekow e i w ęgle brunatne charakteryzow ały się zróżnicow aną zaw artością suchej masy, w ęgla i azotu (tab. 1).W przypadku osadów zaw artość w nich suchej m asy zależała od technologii produkcji i pochodzenia osadów, a w węglach brunatnych związana była z ich pochodzeniem i składem petrograficznym. Z aw artość w ęgla ogółem w osadach i w ęglach była zbliżona. N ajw ięcej w ęgla (479 g • kg-1 s.m .) zaw ierał węgiel brunatny z KW B Konin. Spośród badanych osadów w ysoką zaw artością węgla (437 g • kg-1 s.m.) charakteryzowały się osady z oczyszczalni w Łukow ie. Zaw artość azotu ogółem zależała od pochodzenia badanego m ateriału. W osadach ściekow ych w ynosiła 35,1-59,0 g • kg-1 s.m. i była około 10-krotnie w yższa w porów naniu z zaw artością w węglach brunatnych. W ysoka zawartość azotu ogółem w osadach ściekow ych spow odow ała silne zaw ężenie stosunku C:N (6,2-12,5). Taki stosunek C:N sprawia, że po w prow adzeniu osadów do gleby następuje szybki proces ich mineralizacji. Powoduje to uwalnianie się dużych ilości pierw iastków chem icznych w form ach przysw ajalnych dla roślin. W przypadku węgli brunatnych niska zaw artość azotu sprawiła, że stosunek C:N był szeroki (67,9-77,2).
P rzed p rz y stąp ien iem do oceny ilości zw iązk ów w ęgla i azotu w b ad an ych m ieszaninach m etodą hydrolizy kwaśnej oznaczono zaw artość w ęgla i azotu oraz obliczono stosunek C:N (tab. 2). Średnia zaw artość w ęgla w zw iązkach organicznych (dla wszystkich osadów) była wyższa w m ieszaninach otrzym anych z węgla brunatnego z K onina niż z w ęgla brunatnego z Sieniawy (odpowiednio 416,3 g • kg-1 s.m. i 343,0 g • kg-1 s.m.). Było to zw iązane ze składem chem icznym węgli brunatnych. U zyskane w yniki potw ierdzają dane Sym anow icz i K alem basy [1999].
TABELA 1. Zawartość suchej masy (w %), węgla i azotu ogółem (w g • kg 's.m.) oraz wartość stosunku C:N w osadach ściekowych i węglach brunatnych
TABLE 1. The content of dry matter (in %), total carbon, nitrogen (in g • kg 1 d.m.) and C:N in waste activated sludges and lignite
Materiał organiczny Organic material Sucha masa Dry matter С ogółem С total N ogółem N total C:N (%) g • kg 1 s.m -- d.m 1. Osady z Siedlec* 22,9 330 44,5 7,4 2. Osady z Łukowa 16,5 437 35,1 12,5 3. Osady z Drosedu 25,4 368 59,0 6,2 4. Węgiel brunatny z KWB Konin 74,5 479 6,2 77,2 5. Węgiel brunatny z KWB Sieniawa 89,3 360 5,3 67,9
* 1. Waste activated sludge from Siedlce; 2 Waste activated sludge from Łuków ; 3. Waste activated sludge from Drosed ; 4 . Lignite from the Konin mine; 5. Lignite from the Sieniawa mine
438 В. Sym anowicz, S. K alem basa
! TABELA 2. Zawartość węgla i azotu ogółem (w g*kg 1 s.m) oraz wartość stosunku C:N w miesza- ! ninach węgli brunatnych i osadów ściekowych, średnic dla trzech czasów inkubacji: 0, 2, 4 mies.) ! TABLE 2. The content of total carbon and nitrogen (in g-kg 1 d.m) and C:N in mixtures j lignites and sludges (means from the three incubation times: 0,2,4 months)
i i Mieszaniny Mixtures Stosunek węgla brunatnego do osadu Ratio of lignite to wastes С ogółem C total N ogółem N total C:N g - k g 1 s.m d.m. 1* Węgiel brunatny (1:5) 363,0 24,1 15,1 2 z Konina (1:2) 401,0 18,1 22,1 3 i osad z Siedlec (1:1) 475,0 14,2 33,4 Średnic - Means 413,0 18,8 . . j 23,5 4 Węgiel brunatny (1:5) 345,0 25,8 13,7 5 z Konina (1:2) 454,0 15,3 29,4 6 i osad z Łukowa (1:1) 453,0 13,0 35,0 Średnie - Means 417,0 26,0 26,0 j 7 Węgiel brunatny (1:5) 359,0 24,9 14,5 1 8 z Konina (1:2) 424,0 17,6 24,1 ' 9 i osad z Drosedu (1:1) 474,0 13,0 36,1 1 Średnic - Means 419,0 18,5 25,0
! Średnic dla węgla Means for lignite from Konin 416, 18,4 24,8
i 10 Węgiel brunatny (1:5) 316,0 22,0 14,5 ! 11 z Sieniawy (1:2) 305,0 13,7 22,3 ; 12 i osad z Siedlec (1:1) 422,0 9,4 45,4 Średnie - Means 348,0 15,0 27,4 ! ! 13 Węgiel brunatny (1:5) 263,0 19,6 13,4 I 14 z Sieniawy (1:2) 381,0 16,2 23,8 1 15 i osad z Łukowa (1:1) 342,0 11,5 29,7 Średnie - Means 329,0 15,8 22,3 ! 16 Węgiel brunatny (1:5) 319,0 21,3 15,0 1 17 z Sieniawy (1:2) 370,0 18,6 19,8 18 i osad z Drosedu (1:1) 367,0 15,3 24,1 Średnie - Means 352,0 18,4 19,6
Średnie dla węgla yMeans for lignite from Sieniawa 343, 16,4 23,1
С i N p o d cza s inkubacji m ieszanin w ęgli brunatnych z osadam i ścieko w ym i 439
Średnia zaw artość azotu ogółem w suchej m asie m ieszanin w ynosiła 17,4 g • kg-1. D odatek w ęgla brunatnego powyżej stosunku 1:5 traci sens, poniew aż obniża się zaw artość azotu ogółem poniżej 20 g • kg-1 s.m. O znaczona średnia zaw artość azotu (15,0-18,0 g • kg-1 s.m.) znajduje potwierdzenie w badaniach K alembasy i Sym anowicz [1998] (1 3,0-38 ,0 g -k g " 1 s.m.).
W artość stosunku C:N zw iększała się wraz ze w zrostem dodatku w ęgla brunatnego (stosunek 1:2 i 1:1). Średnia wartość stosunku C:N dla wszystkich badanych mieszanin kształtow ała się na poziom ie 24:1.
W tabeli 3 przedstaw iono zm iany zaw artości m ineralnych form azotu (w g • kg-1 s.m .) w w yciągu 0,25 mol KC1 • dm-3 w m ieszaninach w ęgli brunatnych i osadów ściekow ych podczas inkubacji. Zaw artość azotu w formie jon u N H 4+ w ynosiła średnio 2,1 g • kg-1 s.m., natom iast jo n u N 0 3 1,9 g • kg-1 s.m. Sum a jo n ó w N H 4+ i N 0 3~ stanow iła średnio 22,9% azotu ogółem w badanych mieszaninach. W czasie inkubacji średnia sum a jo n ó w w m ieszaninach kształtow ała się następująco: 3,8 g • kg-1 s.m. na początku inkubacji; 4,4 g • kg-1 s.m. po 2 m iesiącach i 3,4 g • kg-1 s.m. po 4 m iesiącach inkubow ania. U zyskane w yniki zaw artości m ineralnych form azotu p o tw ierdzają badania K alem basy [1998], w których sum a azotu N H 4+ i N 0 3~ stanow iła średnio 26,7% azotu ogółem. Analizując zawartość mineralnych form azotu należy podkreślić w yższą zaw artość N H 4+ i N 0 3" w m ieszaninach w ęgla brunatnego z Sieniaw y i osadu z D rosedu w porów naniu z pozostałym i.
W w yciągu 0,25 mol H 2S 0 4 • dm-3 (związki w ęgla i azotu łatw o hydrolizujące) średnia zaw artość w ęgla (tab. 4) w ynosiła 25,1 g • kg-1 s.m., zaś azotu 1,3 g • kg-1 s.m ., co stanow i zaledw ie 6,6% zaw artości w ęgla ogółem i 7,5% azotu ogółem . Zaw artość w ęgla ogółem na początku, po 2 i 4 m iesiącach inkubacji stopniow o zm niejszała się i w ynosiła 30,0 g • kg-1 s.m., 24,3 g • kg-1 s.m. i 21,0 g * kg-1 s.m., natom iast zaw artość azotu ogółem zw iększała się i w ynosiła na początku 1,1 g • kg-1 s.m., po 2 m iesiącach 1,3 g • kg-1 s.m. i po 4 m iesiącach inkubacji 1,5 g • kg-1 s.m. N a jw y ższą zaw artość w ęgla i azotu ogółem oznaczono w m ieszanin ach w ęgla brunatnego z K onina i osadu ściekow ego z Łukow a oraz w ęgla brunatnego z K onina i osadu z D rosedu o stosunku 1:5. Zaw artość azotu ogółem w badanym w yciągu była zróżnicow ana i osiągnęła najwyższe w a rto śc i(l,8 i2 ,0 g - k g _1 s.m.) odpow iednio dla
Przypis do tab. 2*1. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Siedlce; 2. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Siedlce; 4. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Łuków; 5. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Łuków; 6. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Łuków; 7. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Drosed; 8. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Drosed; 9. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Drosed; 10. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Siedlce; 11. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Siedlce; 12. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Siedlce; 13. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Łuków; 14. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Łuków; 15. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Łuków; 16. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Drosed; 17. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Drosed; 18. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Drosed
TABELA 3. Zawartość mineralnych fonn azotu (w g • kg 1 s.m .) w wyciągu 0 ,2 5 mol KC1 • dm 3 w czasie inkubacji TABLE 3. The content o f nitrogen minerals fonu (in g • kg 1 d .m ) in extract o f 0,2 5 mol KC1 ■ dm 1 during incubation
Mieszaniny Mixtures
Stosu nek* Ratio
Czas inkubacji (miesiące) - Incubation time (months) Średnia - Means Z N H / + N 0 3 N ogółem N total (%) 0 2 4 N H / N O , Z N H / N Oj Z n h4+ N 0 3 Z N 1 1 / N O , 1* W ęgiel brunatny (1:5) 1,8 3,6 5,4 2,1 4,9 7,0 2,4 2,1 4,5 2,1 3,5 5,6 23,5 2 z Konina (1-2) 1,1 2,7 3,8 1,4 3,5 4 ,9 1,7 1,4 3,1 1,4 2,5 3,9 21,8 3 i osad z Siedlec (1:1) 1,5 1,9 3,4 1,7 2,1 3,8 1,4 1,0 2,4 1,6 1,7 3,3 22 ,9 Średnie - Means 1,5 2,7 4,2 1,7 3,5 5,2 1,9 1,5 3,4 1,7 2,6 4,3 22,9 4 W ęgiel brunatny (1:5) 2,4 1,5 3,9 2,8 1,7 4,5 3,1 1,0 4,1 2,8 2,5 5,3 20,5 5 z Konina (1:2) 0,8 1,0 1,8 1,0 1,4 2 ,4 2,8 1,4 4,2 1,6 1,3 2,9 18,6 6 i osad z Lukowa (1:1) 2,1 3,5 5,6 2,4 3,1 5,5 1,4 2,4 3,8 2,0 3,0 5,0 38,7 Średnie - Means 1,8 2,0 3,8 2,1 2,1 4,2 2,4 1,6 4 ,0 2,1 2,3 4,4 2 4 ,4 7 W ęgiel brunatny (1:5) 1,4 0,8 2,2 1,4 1,0 2 ,4 1,0 0,3 1,3 1,3 0,7 2,0 8,1 8 z Konina (1:2) 0,9 2,5 3 ,4 1,0 2,8 3,8 1,4 1,0 2,4 1,1 2,1 3,2 18,5 9 i osad z Drosedu (1:1) 0,5 2,7 3,2 0,7 3,1 3,8 1,7 1,4 3,1 1,0 2,4 3,4 26,1 Średnie - Means 0,9 2,0 2 ,9 1,0 2,3 3,3 1,4 0,9 2,3 1,1 1,8 2,9 15,6 10 W ęgiel brunatny (1:5) 0,9 1,5 2 ,4 1,0 2,1 3,1 1,4 2,1 3,5 1,1 1,9 3,0 13,8 11 z Sieniawy ( 1 2 ) 1,1 2,3 3 ,4 1,4 2,8 4,2 1,4 1,0 2,4 1,3 2,1 3,4 24 ,7 12 i osad z Siedlec (1:1) 1,5 0,7 2,2 1,7 1,0 2,7 1,7 0,7 2,4 1,7 0,8 2,5 26,7 Średnie - Means 1,2 1,5 2,7 1,4 2 ,0 3,4 1,5 1,3 2,8 1,4 1,6 3,0 19,9 13 W ęgiel brunatny (1:5) 2,4 1,2 3,6 2,8 1,4 4,2 3,1 1,0 4,1 2,8 1,2 4,0 2 0 ,4 14 z Sieniawy (1:2) 3,1 2,1 5,2 3,5 2 ,4 5,9 3,5 1,0 4,5 3,4 1,9 5,3 3 2 ,4 15 i osad z Łukowa (1:1) 3,1 0,8 3,9 3,1 1,0 4,1 3,1 0,7 3,8 3,1 0,8 3,9 34 ,6 Średnie - M eans 2,9 1,4 4,3 3,1 1,6 4,7 3,3 0,9 4,2 3,1 1,3 4,4 27 ,9 1617 W ęgiel brunatny (1:5) 2,3 2,0 4,3 2,8 2,4 5,2 1,7 1,0 2,7 2,3 1,8 4,1 19,4 18 z Sieniawy i ( 1 2 ) 3,4 1,9 5,3 3,8 2,4 6,2 3,5 1,4 4,9 3,6 1,9 5,5 29 ,7 osad z Drosedu (1:1) 3,0 1,5 4,5 3,1 2,1 5,2 3,1 3,7 3,8 3,1 1,4 4,5 2 9 ,6 Średnie - M eans 2,9 1,8 4,7 3,3 2,3 5,6 2,8 1,0 3,8 3,0 1,7 4 ,7 25,8 Średnie - Means 1,9 1,9 3,8 2,1 2,3 4 ,4 2,2 1,2 3,4 2,1 1,9 4,0 22 ,9 *Objaśnienia jak w tab. 2, Explanation as in Table 2; *Stosunek węgla brunatnego do osadu - Ratio o f brown coals to wastes
44 0 B . S y m a n o w ic z, S. K a le m b a sa
TABELA 4. Zawartość węgla i azolu ogótem (w g • k g '1 s.m.) w wyciągu 0,25 mol H ,S 0 4 • d m 5 w czasie inkubacji TABLE 4. The content o f total carbon and nitrogen (in g • kg 1 d .m ) in extract o f 0,25 mol H ,S 0 4 • d m 5 during incubation
Mieszaniny Mixtures
Stosu nek** Ratio
Czas inkubacji (miesiące) - Incubation time (months) Średnie - M eans С ogótem С total N ogótem N total С : N 0 2 4 С N С N С N С N [%] 1* Węgiel brunatny (1:5) 37,5 0,9 30,1 1,0 31,0 1,4 32,3 1,1 8,9 4,7 28,6 ? z Konina (1:2) 29,3 0,8 24,8 0,9 20,2 1,2 24,8 1,0 6,2 5,3 25,5 3 i osad z Siedlec (1:1) 24,3 0,4 20,3 0,5 11,6 1,4 18,7 0,8 3,9 5,6 23,7 Średnie - M eans 29,8 0,7 25,1 0,8 20,9 1,3 25,3 1,0 6,1 5,1 26,3 4 Węgiel brunatny (1:5) 46,8 1,1 44,4 1,7 39,0 2,3 43,4 1,7 2,6 6,7 25,1 5 z Konina (1:2) 28,4 0,7 23,3 0,9 19,0 1,2 23,6 0,9 5,2 6,1 25,1 6 i osad z Lukowa (1:1) 17,5 0,5 10,5 0,5 10,5 1,0 12,8 0,7 2,8 5,2 18,9 Średnie - M eans 30,9 0,8 26,1 1,0 22,8 1,5 26,6 1,1 6,4 6,2 24,0 7 Węgiel brunatny (1:5) 45,6 1,0 39,5 1,0 38,0 1,6 41,0 1,2 11,4 4,8 33,9 8 z Konina (1:2) 34,9 U 26,0 1,2 20,4 1,6 27,1 1,3 6,4 7,3 21,0 9 i osad z Drosedu (1:1) 18,9 0,7 12,2 1,0 10,6 1,4 13,9 1,1 2,9 8,2 13,0 Średnie - M eans 33,1 0,9 25,9 1,1 23,9 1,5 27,3 1,2 6,5 6,4 23,0 10 Węgiel brunatny (1:5) 39,6 0,6 28,9 0,9 27,9 1,6 32,1 1,1 10,2 4,9 29,7 11 z Sieniawy (1:2) 27,5 0,9 21,3 1,0 20,1 1,2 23,0 1,1 7,5 7,9 21,3 12 i osad z Siedlec (1:1) 17,9 0,8 12,6 0,9 10,1 1,0 13,5 0,9 3,2 9,6 15,0 Średnie - Means 28,3 0,8 20,9 0,9 19,4 1,3 22,9 1,0 6,6 6,7 22,9 13 Węgiel brunatny (1:5) 37,4 1,5 28,6 1,9 27,1 1,9 31,0 1,8 11,8 9,1 17,3 14 z Sieniawy (1 2 ) 26,9 1,9 21,8 2,1 18,0 2,1 22,3 2,0 5,8 12,5 11,0 15 i osad z Łukowa (1:1) 19,7 1,5 18,0 1,7 17,3 1,9 18,4 1,7 5,4 14,9 10,7 Średnie - Means 28,0 1,6 22,8 1,9 20,8 2,0 23,9 1,8 7,2 11,7 12,9 16 Węgiel brunatny (1:5) 34,5 1,9 30,1 2,1 23,3 1,9 29,3 2,0 9,2 9,3 14,8 17 z Sieniawy (1 2 ) 29,5 1,4 25,0 1,6 18,5 1,8 24,4 1,6 6,6 8,8 14,9 18 i osad z Drosedu (1:1) 25,4 1,3 20,0 1,5 15,3 1,3 20,2 1,4 5,5 8,9 14,9 Średnie - Means 29,8 1,5 25,0 1,8 19,0 1,7 24,6 1,7 7,0 9,0 14,9 Średnie - Means 30,0 1,1 24,3 1,3 21,0 1,5 25,1 1,3 6,6 7,5 20,7
■"Objaśnienia jak w tabeli 2 - Explanation as in Tabic 2; **Stosunck węgla brunatnego do osadu - Ratio o f brow n coals to wastes
С i N p o d c za s in k u b a c ji m ies za n in w ę g li b ru n a tn y c h z o sa d a m i śc ie k o w y m i 4 4 1
T A B E L A 5. Z a w a r to ś ć w ę g la i a z o tu o g ó łe m ( w g ■ k g 1 s.it l) w w y c ią g u 2 .5 m o l H , S 0 4 ■ t l m 5 w c z a s ie in k u b a cji T A B L E 5. T h e c o n te n t o f to ta l c a r b o n a n d nitrogen (in g ■ k g 1 d .m .) in e x tr a c t 2 ,5 m o l H , S 0 4- d m during incu b a tion
M ie sz a n in y M ixtures S t o s u n e -k * * R atio
C z a s ink ub acji (m ie sią c e ) In cu b a tio n tim e (m o n th s) Ś r e d n ie M e a n s С o g ó ł. С to ta l N o g ó ł. N to ta l С : N 0 2 4 С N С N С N С N (% ) 1 W ę g ie l bm n atn (1 :5 ) 7 5 , 4 3 ,4 6 2 ,1 4 ,5 3 9 ,8 3 ,8 5 9 ,1 3 ,9 1 6 ,3 1 6 ,3 1 5 ,0 2 z K o n in a (1 :2 ) 3 7 ,5 2 ,8 2 8 ,8 3 ,8 2 6 , 6 2 ,8 3 1 , 0 3,1 7 ,7 1 7 ,3 9 ,8 3 i o s a d z S ie d le c (1 :1 ) 2 4 ,6 2 ,0 1 9 .7 2 ,8 1 5 ,7 2 ,1 2 0 , 0 2 ,3 4 ,2 1 6 ,3 8 ,6 Ś r e d n ie M e a n s 4 5 , 8 2 ,7 3 6 ,9 3 ,7 2 7 , 4 2 , 9 3 6 , 7 3,1 8 ,9 1 6 ,6 1 1,7 4 W ę g ie l brunatny ( 1 :5 ) 8 0 ,5 4 .3 7 1 ,2 6 ,3 4 4 , 7 4 , 9 6 5 ,5 5,1 1 9 ,0 2 0 , 0 1 2 ,7 5 z K o n in a (1 :2 ) 4 1 , 7 2 ,6 3 3 ,3 4 ,2 1 9 ,3 2 , 8 3 1 ,5 3 .2 6 ,9 2 0 . 8 9 ,9 6 i o s a d z L u k o w a ( 1 :1 ) 2 6 ,5 1,3 1 9 ,7 2 , 4 1 6 ,9 1 ,4 2 1 ,1 1,7 4 , 6 1 3 ,3 1 2 ,2 Ś r e d n ie M e a n s 4 9 . 6 2 ,7 4 1 , 4 4 ,3 2 7 . 0 3 , 0 3 9 .3 3 .4 9 , 4 1 8 ,7 1 1,7 7 W ę g ie l brunatny (1 :5 ) 7 4 ,6 3 ,5 6 7 ,6 4 , 9 3 8 , 2 3 ,8 6 0 ,1 4 ,1 1 6 ,7 1 6 ,5 1 4 ,7 8 z K o n in a (1 :2 ) 4 7 , 6 3 ,0 3 4 ,6 4 , 9 2 5 , 9 3,1 3 6 , 0 3 ,7 8 ,5 2 0 , 9 9 ,8 9 i o s a d z D r o s e d u (1 :1 ) 3 3 ,3 2 ,0 2 4 ,0 4 ,2 6 ,2 2,1 2 1 , 2 2 ,8 4 ,5 2 1 ,2 7 ,7 Ś r e d n ie M e a n s 5 1 ,8 2 ,8 4 2 ,1 4 , 7 2 3 , 4 3 ,0 3 9 ,1 3 ,5 9 ,3 1 9 ,0 11,1 10 W ę g ie l brunatny (1 :5 ) 6 4 ,8 2,1 5 1 ,1 3 ,8 3 5 , 8 2 , 4 5 0 ,5 2 ,8 1 6 ,0 1 2 ,8 1 7 ,9 11 z S ie n ia w y (1 :2 ) 4 2 , 7 2 ,4 3 1 ,6 2 ,8 1 9 ,7 2 ,8 3 1 ,3 2 ,7 1 0 ,3 1 9 ,6 1 1 ,7 12 i o s a d z S ie d le c (1 :1 ) 3 5 ,6 2 ,6 2 8 ,6 3 ,1 9 ,9 2 ,8 2 4 , 7 2 ,9 5 ,8 3 0 , 5 8 ,6 Ś r e d n ie M e a n s 4 7 , 7 2 ,4 3 7 ,1 3 ,3 2 1 , 8 2 ,7 3 5 ,5 2 ,8 1 0 ,2 1 8 ,6 1 2 ,7 13 W ę g ie l brunatny ( 1 :5 ) 6 1 ,7 5 ,4 5 2 ,7 5 ,6 4 2 , 4 5 ,6 5 2 ,3 5 ,5 1 9 ,9 2 8 , 3 9 , 4 14 z S ie n ia w y (1 :2 4 1 , 2 4 ,2 3 3 .1 4 , 9 2 5 , 4 4 , 9 3 3 ,3 4 .7 8 ,7 2 8 , 8 7,1 15 i o s a d z L u k o w a (1 :1 ) 3 2 ,5 3 ,8 2 4 ,1 6 ,6 1 9 ,4 5 ,2 2 5 ,3 5 ,2 7 , 4 4 5 , 5 4 , 8 Ś r e d n ie M e a n s 4 5 ,1 4 ,5 3 6 ,6 5 ,7 2 9 ,1 5 ,2 3 6 ,9 5,1 И , 2 3 2 , 6 7 .2 16 W ę g ie l brunatny ( 1 :5 ) 6 4 , 8 4 , 6 5 8 ,7 1 0 ,5 4 4 , 8 4 , 9 5 6 ,1 6 ,7 1 7 ,6 3 1 , 3 8 ,4 17 z S ie nia w y (1 :2 ) 4 5 , 7 6 ,0 3 7 ,6 6 ,6 3 0 ,3 6 ,3 3 7 , 9 6 ,3 1 0 ,2 3 3 , 9 6 , 0 18 i o s a d z D r o s e d u (1 :1 ) 3 2 ,8 3 ,9 2 8 ,6 5 ,6 2 4 , 2 4 , 2 2 8 , 5 4 ,5 7 ,8 2 9 , 7 6 ,3 Ś r e d n ie M e a n s 4 7 , 8 4 ,8 4 1 ,7 7 ,6 3 3 ,1 5 ,1 4 0 , 9 5 ,8 1 1 .6 3 1 ,7 7 , 0 Ś r e d n ie M e a n s 4 8 , 0 3 ,3 3 9 ,3 4 . 9 2 7 , 0 3 ,7 3 8 ,1 4 , 0 10,1 2 2 , 9 1 0 ,2 * O b ja śn ie n ia ja k w ta b e li 2 E x p la n a tio n a s in T a b le 2 ; * * S to s u n e k w ę g la b ru n a tn eg o d o o s a d u R a tio o f b r o w n s c o a ls to w a s t e s 44 2 B . S y m a n o w ic z, S. K a le m b a sa
TABELA 6. Zawartość węgla i azotu ogółem (w g ■ kg 1 s.m.) w pozostałości po hydrolizie TABLE 6. The content o f total carbon and nitrogen (in g • kg 1 d.m.) in residue after hydrolysis
Mieszaniny Mixtures Stosu nek** R atb
Czas inkubacji (miesiące) - Incubation time (months) Średnie - Means С ogół. С total N ogóL N total C:N 0 2 4 С N С N С N С N % 1* Węgiel brunatny (1:5) 279,8 15,9 285,8 11,3 248,2- 12,9 271,2 13,4 74,7 55,5 20,3 2 z Konina (1 2 ) 363,1 14,Ö l- 367,7 8,6 304,2 7,6 344,9 10,1 86,0 55,6 34,2 3 i osad z Siedlec (1:1) 431,2 О.6 438,0 7,2 437,7 5,5 435,6 7,8 91,7 55,0 55,8 Średnie - Means 358,0 13,5 363,7 9,0 330,0 8,7 350,6 10,4 84,9 55,4 33,6 4 Węgiel brunatny (1:5) 225,7 20,6 229,4 14,7 254,4 8,7 236,5 14,7 68,5 56,9 17,9 5 z Konina (1 2 ) 440,8 12,0 450,3 8,0 304,7 5,2 398,6 8,4 87,8 54,7 47,6 6 i osad z Łukowa (1:1) 453,0 7,8 461,8 4,4 343,6 4,4 419,5 5,5 92,6 42,7 75,6 Średnie - Means 373,2 13,5 380,5 9,0 300,9 6,1 351,5 9,5 84,3 52,9 36,9 7 Węgiel brunatny (1:5) 273,8 21,4 275,8 16,6 224,7 14,6 258,1 17,5 71,9 70,4 14,7 8 z Konina (1:2) 364,5 11,9 377,5 7,1 340,7 9,2 360,9 9,4 85,1 53,5 38,3 9 i osad z Drosedu (1:1) 468,8 8,8 479,8 4,1 367,2 4,4 438,6 5,8 92,5 44,5 75,9 Średnie - Means 369,0 14,0 377,7 9,3 310,9 9,4 352,5 10,9 84,1 59,0 32,3 10 Węgiel brunatny (1:5) 228,6 20,0 241,0 14,8 231,3 10,6 233,6 15,1 73,9 68,8 15,4 11 z Sieniawy (1:2) 240,8 7,8 250,1 4,7 260,1 7,1 250,3 6,6 82,1 47,9 38,2 12 i osad z Siedlec (1:1) 400,4 5,3 393,8 1,9 356,1 2,1 383,4 3,1 90,8 32,8 124,5 Średnie - Means 289,9 11,0 295,0 8,1 282,5 6,6 289,1 8,3 83,1 55,1 35,0 13 Węgiel brunatny (1:5) 176,8 10,5 287,1 8,8 181,5 5,7 215,2 8,3 81,8 42,4 25,9 14 z Sieniawy (1:2) 334,8 7,6 323,1 3,0 319,5 2,1 325,8 4,3 85,5 26,4 76,1 15 i osad z Łukowa (1:1) 303,7 3,1 301,9 1,1 289,3 0,2 298,3 1,5 87,2 12,9 201,6 Średnie - Means 271,8 7,1 263,5 4,3 263,5 2,7 279,8 4,7 85,0 29,7 59,6 16 Węgiel brunatny (1:5) 232,6 10,5 230,2 2,8 237,9 12,3 233,6 8,5 73,2 40,2 27,3 17 z Sieniawy (1 2 ) 303,8 6,8 303,3 3,7 315,1 5,0 307,4 5,6 83,1 27,7 59,6 18 i osad z Drosedu (1:1) 323,8 7,7 322,4 2,6 309,5 4,4 318,5 4,9 86,8 31,9 65,3 Średnie - Means 286,7 8,3 285,3 3,0 286,5 7,2 286,5 6,2 81,4 33,7 46,2 Średnia - Means 324,8 11,2 334,4 7,1 295,9 6,8 318,3 8,3 83,8 47,6 40,6
♦Objaśnienia jak w tabeli 2 - Explanation as in Table 2; **Stosunek węgla brunatnego do osadu - Ratio o f brown coals to wastes
С i N p o d c za s in k u b a c ji m ie sz an in w ęg li b ru n a tn y c h z o sa d a m i śc ie k o w y m i 4 4 3
444 В. Sym anowicz, S. K alem basa
m ieszaniny w ęgla brunatnego z Sieniawy i osadu z Łukow a i Drosedu. Stosunek C:N w tym w yciągu w ynosił średnio 20,7, ale w ahał się znacznie w zależności od rodzaju w ęgla brunatnego i osadu ściekowego.
W w yciągu 2,5 m ola • dm-3 s.m. H 9S 0 4 (związki w ęgla i azotu trudno ulegające hydrolizie) średnia zaw artość w ęgla (tab. 5) w ynosiła 38,1 g • kg-1 s.m., a azotu 4,0 g • kg-1 s.m., co stanowi 10,1% zawartości węgla ogółem i 22,9% azotu ogółem. Zawartość w ęgla ogółem zm niejszała się wraz z upływem czasu inkubacji (od 48,0 g • kg-1 s.m. do 27,0 g • kg-1 s.m.), natom iast azotu była zróżnicowana. Podobnie ja k w w yciągu 0,25 m ol • dm -J stw iei*dzono w ięk sze za w arto ści w ę g la i azo tu og ó łem w m ieszaninach o stosunku 1:5 w porów naniu z pozostałym i. Stosunek C:N w badanym w yciągu w ynosił 10,2 i był o połow ę w ęższy niż w w yciągu 0,25 mol H 2S 0 4* dm -3.
W p ozostałości po h ydrolizie (zw iązki w ęgla i azotu n ieh yd ro lizujące), średnia zaw arto ść w ęg la była bardzo w ysoka i w yn o siła średnio 318,3 g • kg-1 s.m . (tab. 6), co stanow iło 83,8% zaw artości w ęgla ogółem . Średnia zaw artość azotu w ynosiła 8,3 g • kg -1 s.m ., co stanow iło 47,6% zaw artości azotu ogółem .
U zyskane wyniki św iadczą o bardzo silnej stabilności połączeń organicznych nie tylko węgla, ale także azotu w badanych m ieszaninach.
WNIOSKI
1. W ysoka zaw artość w ęgla i azotu ogółem oraz wartość stosunku C:N w badanych m ieszaninach węgli brunatnych i osadów ściekow ych w skazuje na m ożliw ość ich w ykorzystania do rekultyw acji gleb zdegradow anych i utw orów glebowych. 2. Zaw artość azotu w form ach m ineralnych w ynosiła 22,9%) azotu ogółem , w zw iąz
kach łatwo ulegających hydrolizie 7,5% azotu ogółem, a w zw iązkach trudno ulega jących hydrolizie 22,9% azotu ogółem.
3. W w yciągu 0,25 mol H 0SO4 • dm “3 stw ierdzono tylko 6,6% w ęgla ogółem oraz 10,1%) w ęgla ogółem w w yciągu 2,5 mol H 2S 0 4 • dm -3.
4. D w um iesięczny czas inkubow ania m ieszanin węgli brunatnych i osadów ścieko w ych w stosunku 1:5 jest optym alny dla uzyskania korzystnych w nich zaw artości w ęgla i azotu.
LITERATURA
BIELIKOW SKI K. 1995: Zasoby i charakterystyka złóż węgla brunatnego na obszarze Polski. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi., 422: 55-60
EDWARDS A., BURROWS J., ELECHTER C., JONES В. A. .1984: The use composting farm waste. W: Composting o f agricultural and other waste (ed.) J. K.R. Gasser. Proceedings o f a seminar in Oxford.
GREINERT H. 1992: Ochrona gleb. Wyższa Szkoła Inżynierska, Zielona Góra.
KALEM BASA S. 1991: Quick method o f determination o f organic carbon in soil. Pol. J. Soil Sei. 25(1): 17-22.
KALEMBASA S. 1995: Zastosowanie izotopów 15N i 13N w badaniach gleboznawczych i che miczno-rolniczych. WNT Warszawa.
KALEM BASA S., SYMANOW ICZ B. 1995: Przetwarzanie osadów pościekowych z użyciem węgla brunatnego. Zesz. Probl. Post Nauk Roi. 422: 75-87.
С i N p o d cza s inkubacji m ieszanin w ęgli brunatnych z osadam i ścieko w ym i 445
KALEM BASA S., SYM ANOW ICZ B. 1998: W pływ czasu inkubacji w ęgla brunatnego i osadów na zaw artość suchej masy, węgla organicznego i azotu ogółem. Zesz. Probl. Post Nauk R o i, 4 5 5 :3 9 -4 7 .
K ALEM BA SA S., TENGLER Sz. 1992: W ykorzystanie węgla brunatnego w naw ożeniu. Monografia nr 21, WSRP Siedlce.
M ACIEJEW SKA A. 1996: W ykorzystanie węgla brunatnego do poprawy rolniczych walorów gleb. Zesz. P robl Post. Nauk R o i, 437: 369-373.
SIU TA J., ZIELIŃSKA A., MAKOW IECKI K. 1985: Degradacja ziemi. Instytut Kształ towania Środowiska, W-wa.
SYM ANOW ICZ B., KALEMBASA S. 1999: Frakcje węgla i azotu w kwaśnych wyciągach z osadów pościekowych i węgli brunatnych. Fol. Univ. Agric. Stetin, 200 Agric. (77): 373— 378.
WĄCHALEW SKI T., KRZAKLEW SKI W., WÓJCIK J. 1995: Rekultywacja zwałowisk kopal nictw a węgla brunatnego jako element ich bezpieczeństw a w toku i po zakończeniu formowania na przykładzie Kopalni Turów. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 422: 133-139.
prof. zw. d r hab. Stanisław K alem basa
K atedra G leboznaw stw a i Chem ii R olniczej A P ul. P rusa 14, 08-110 Siedlce
