Comparison of different municipal sewage sludge products for potential ecotoxicity

• Autorzy: Borgulat Anna , Zgórska Aleksandra , Głodniok Marcin

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2022.140548

Warianty tytułu

PL

Porównanie rożnych produktów powstałych na bazie komunalnych osadów ściekowych pod kątem potencjalnej ekotoksyczności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

To test the potential harmfulness of soils fertilized with sludge-based products to plant organisms, a biotest method using the physiological/biochemical reaction of the organisms to assess their toxicity was chosen. This paper presents the results of a preliminary ecotoxicological study of different products: a sludge-based fertilizer, a plant growth promoter, and a reclamation blend. The study was conducted using Sinapis alba L., a plant used in agriculture for intercropping and recommended for toxicological testing. Toxicity tests were performed in a gradient of concentrations of the indicated products (2.5%, 5%, and 10%). For comparison purposes, a trial containing a commercial fertilizer was used alongside the control soil (without additives). The fertilizer and the crop support agent were of low toxicity, but data analysis indicated toxicity of the so-called reclamation blend, which contained heavy metals among other things. The test products showed an increase in toxicity with the increasing dose used. This research represents an important step in assessing the usefulness of products created from sewage sludge and may help overcome the „psychological barrier” that prevents potential investors from investing capital that would allow production to spread.

PL

Porównanie różnych produktów powstałych na bazie komunalnych osadów ściekowych pod kątem potencjalnej ekotoksyczności. W celu sprawdzenia potencjalnej szkodliwości gleb nawożonych produktami po- wstałymi na bazie osadów ściekowych na organizmy roślinne posłużono się metodą biotestów – wykorzystano reakcję fizjologiczną/biochemiczną samych organizmów do oceny ich toksyczności. W niniejszej pracy przedsta- wiono wyniki wstępnych badań ekotoksykologicznych różnych produktów: powstałych na bazie osadów ścieko- wych: nawozu, środka wspomagającego wzrost roślin oraz mieszkanki rekultywacyjnej. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem Sinapis alba L. – rośliny wykorzystywanej w rolnictwie do międzyplonów oraz zalecanej do wykonywania testów toksykologicznych. Testy toksyczności wykonano w gradiencie stężeń wskazanych produk- tów (2,5%, 5% oraz 10%). Dla celów porównawczych, obok gleby kontrolnej (bez dodatków) zastosowano także próbę zawierającą nawóz komercyjny. Nawóz i środek wspomagający uprawę roślin cechowały się niską toksycz- nością, analiza danych wskazała jednak na toksyczność tzw. mieszkanki rekultywacyjnej, zawierającej w swoim składzie m.in. metale ciężkie. Badane produkty wykazywały wzrost toksyczności wraz ze wzrostem zastosowanej dawki. Niniejsze badania stanowią ważny etap w ocenie przydatności produktów stworzonych na bazie osadów ściekowych i mogą być pomocne w pokonaniu „bariery psychologicznej” jaka powstrzymuje potencjalnych inwe- storów w lokacie kapitału, który pozwoliłby na upowszechnienie produkcji.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; waste management; ecotoxicological tests; reclamation blend; soil substitute

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 48, no. 1
• Strony: 92--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Borgulat Anna

• Central Mining Institute, Department of Water Protection, Katowice, Poland

autor

Zgórska Aleksandra

• Central Mining Institute, Department of Water Protection, Katowice, Poland

autor

Głodniok Marcin

• Central Mining Institute, Department of Water Protection, Katowice, Poland

Bibliografia

• 1. Borgulat, J. (2020). Zróżnicowanie zawartości metali ciężkich i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w igłach Picea abies oraz Abies alba w Beskidzie Śląskim i Żywieckim. [Unpublished doctoral dissertation]. University of Silesia.
• 2. Borgulat, J., Mętrak, M., Staszewski, T., Wiłkomirski, B .& Suska-Malawska, M. (2018). Heavy Metals Accumulation in Soil and Plants of Polish Peat Bogs. Polish Journal of Environmental Studies, 27(2). DOI: 10.15244/pjoes/75823
• 3. Breda, C.C., Bortolanza, M., Renan, S., Tavantic, F.R., Viana, D., Freddia, O., Piedade, A.R., Mahle, D.,Traballi, R.C. & Guerrinig, I. (2020). Successive sewage sludge fertilization: Recycling for sustainable agriculture. Waste Management, 109, pp. 38–50. DOI: 10.1016/j.wasman.2020.04.045
• 4. Ciesielczuk, T., Rosik-Dulewska, C., Poluszyńska, J., Miłek, D., Szewczyk, A. & Sławińska, I. (2018). Acute toxicity of experimental fertilizers made of spent coffee grounds. Waste Biomass Valori, 9(11), pp. 2157–2164. DOI: 10.1007/s12649-017-9980-3
• 5. Food and Agriculture Organization of United Nations: Worlds Fertilizer trends and Outlook to 2022. FAO 2019.
• 6. Grobelak, A., Stępień, W. & Kacprzak, M. (2016). Sewage sludge as a component of fertilizers and soil substitutes. Inż. Ekol. (in Polish). DOI: 10.12912/23920629/63289
• 7. GUS, 2019. Ochrona Środowiska. (http://stat.gov.pl, 10.11.2020) Harasimowicz-Hermann, G. & Hermann J. (2006). The function of catch crops in the protection of mineral resources and soil organic matter. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., I(512), pp. 147–155. (in Polish)
• 8. Hase, T. & Kawamura, K. (2012). Germination test on Komatsuna (Brassica rapa var. peruviridis) seed using water extract from compost for evaluating compost maturity: evaluating criteria for germination and effects of cultivars on germination rate. J. Mater. Cycles Waste Manage., 14(4), pp. 334–340. DOI: 10.1007/s10163-012-0073-x
• 9. Jakubus, M. (2012). Evaluation of compost by selected chemical and biological methods. Fresen. Environ. Bull., 21(11a), pp. 3464–3472. Journal of Laws. 2016 item 1395. Regulation of the Minister of the Environment of 1 September 2016 on the manner of conducting the assessment of pollution of the earth surface.
• 10. Kaszycki, P., Głodniok, M. & Petryszak, P (2021), Towards a bio-based circular economy in organic waste management and wastewater treatment – the Polish perspective. N Biotechnol, 61, pp. 80–89. DOI: 10.1016/j.nbt.2020.11.005
• 11. Ko, H., Kim, K., Kim, H., Kim, Ch. & Umeda, M. (2008). Evaluation of compost parameters and heavy metals contents in composts made from Animals mature. Waste. Manage., 28, pp. 813–820. DOI: 10.1016/j.wasman.2007.05.010
• 12. Krzyżak, J., Pogrzeba, M., Rusinowski, S., Clifton-Brown, J., McCalmont, J.P., Kiesel, A. & Mos, M. (2017). Heavy metal uptake by novel Miscanthus seed-based hybrids cultivated in heavy metal contaminated soil. CEER, 26(3), pp. 121–132. DOI: 10.1515/ceer-2017-0040
• 13. Miaomiao, H., Wenhong, L., Xinqiang, L., Donglei, W. & Guangming, T. (2009). Effect of composting process on phytotoxicity and speciation of copper, zinc and lead in sewage sludge and swine manure. Waste Manage., 29, pp. 590–597. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.07.005
• 14. Obidoska, G. & Hadam, A. (2008). Phytotoxicity of composts produced from various urban wastes. Ann. Warsaw Univ. Life Sci. – SGGW, Horticult. Landsc. Architect., 29, pp. 65–70.
• 15. OECD/ OCDE 208 – Guidelines for the testing of chemicals. Terrestrial Plant Test: Seedling Emergence and Seedling Growth Test.
• 16. PN-EN ISO 11269-1:2013-06 Soil quality. Determination of the effect of pollutants on soil flora – Method for measuring root growth inhibition.
• 17. PN-EN ISO 11269-2:2013-06 Soil quality. Determination of the effect of pollutants on soil flora – Effect of chemical compounds on the emergence and growth of higher plants.
• 18. Pogrzeba, M., Rusinowski, S. & Krzyżak, J. (2018). Macroelements and heavy metals content in energy crops cultivated on contaminated soil under different fertilization – case studies on autumn harvest. Environ Sci Pollut Res., 25(12), pp. 12096–12106. DOI: 10.1007/s11356-018-1490-8
• 19. Preite, V., Sailer, C., Syllwasschy, L., Bray, S., Ahmadi, H., Krämer, U. & Yant, L. (2019). Convergent evolution in Arabidopsis halleri and Arabidopsis arenosa on calamine metalliferous soils. Philos. Trans. R. Soc. B, 374, pp. 20180243. DOI: 10.1098/rstb.2018.0243
• 20. Ren, Y., Lin, M., Liu, Q., Zhang, Z., Fei X., Xiao R. & Lv X. (2021). Contamination assessment, health risk evaluation, and source identification of heavy metals in the soil-rice system of typical agricultural regions on the southeast coast of China. Environmental Science and Pollution Research, 28(10), 12870–12880. DOI: 10.1007/s11356-020-11229-6
• 21. Rosik-Dulewska, C., Głowala, K., Karwaczyńska, U. & Szydło, E (2006). The mobility of chosen pollutants from ash-sludge mixtures. Polish J. Environ. Stud., 15(6), pp. 895–904.
• 22. Rosik-Dulewska, Cz., Karwaczyńska, U. & Głowala, K. (2007). Natural use of municipal sewage sludge and compost from municipal waste – fertilization value and environmental hazards. Zesz. Nauk. Wydz. Bud. i Inż. Środ., 23, pp. 137–153. (in Polish)
• 23. Sarkheil, H. & Azimi, Y. (2020). Evaluation of Plant Roots Ability to Remove Lead and Zink Mining Drainage Contamination by Geoelectric Surveys. In NSG2020 3rd Conference on Geophysics for Mineral Exploration and Mining, 2020(1), pp. 1–4. European Association of Geoscientists & Engineers. DOI: 10.3997/2214-4609.202020020
• 23. Sawicka, B. & Kotiuk, E. (2006). Evaluation of health safety of mustards in the obligatory norms. Acta Sci. Pol., Technol. Alim., 5(2), pp. 165–177.
• 24. Skubała, K. (2011). Vascular Flora of Sites Contaminated with Heavy Metals on the Expample of Two Post-Industrial Spoil Heaps Connected with Manufacturing of Zinc and Lead Products in Upper Silesia. Archives of Environmental Protection, 37(1), pp. 57–74.
• 25. Smol, M., Kulczycka, J., Lelek, Ł., Gorazda, K. & Wzorek, Z. (2020). Life Cycle Assessment (LCA) of the integrated technology for the phosphorus recovery from sewage sludge ash (SSA) and fertilizers production. Archives of Environmental Protection, 46(2). DOI: 10.24425/aep.2020.133473
• 26. Tran, K.Q., Werle, S., Trinh, T.T., Magdziarz, A., Sobek, S. & Pogrzeba, M. (2020). Fuel characterization and thermal degradation kinetics of biomass from phytoremediation plants. Biomass and Bioenergy, 134, 105469. DOI: 10.1016/j.biombioe.2020.105469
• 27. Vimala, T. & Poonghuzhali, T. (2015). Estimation of pigments from seaweeds by using acetone and DMSO. IJSR, 4(10), pp. 1850–1854.
• 28. Wójcik, M., Gonnelli, C., Selvi, F., Dresler, S., Rostański, A. & Vangronsveld, J. (2017). Metallophytes of serpentine and calamine soils – their unique ecophysiology and potential for phytoremediation. Adv. Bot. Res, 83, pp. 1–42. DOI: 10.1016/bs.abr.2016.12.002
• 29. Zawadzki, P. & Głodniok, M. (2021), Environmental Safety Assessment of Fertilizer Products, Pol. J. Environ. Stud. 30(1):11–22. DOI: 10.15244/pjoes/120519
• 30. Zeynep, G.D. (2019). Role of EDDS and ZnO-nanoparticles in wheat exposed to TiO2Ag-nanoparticles. Archives of Environmental Protection, 45(4), pp. 78–83. DOI: 10.24425/aep.2019.130244
• 31. Zhang, Z., Wu, X., Wu, Q., Huang, X., Zhang, J. & Fang, H. (2020). Speciation and accumulation pattern of heavy metals from soil to rice at different growth stages in farmland of southwestern China. Environmental Science and Pollution Research, 27(28), 35675–35691.