Critical assessment and recommendations for sewage sludge management in Poland

• Autorzy: Wiśniewski Zbigniew , Kuczmaszewski Józef , Halicka Katarzyna , Kuboń Maciej , Kocira Sławomir , Marczuk Andrzej , Oleksiak Beata

Identyfikatory

DOI

10.34659/eis.2023.87.4.641

Warianty tytułu

PL

Krytyczna ocena i zalecenia dla gospodarki osadami ściekowymi w Polsce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the article is to demonstrate practices used to supervise the use of sewage sludge for agricultural purposes. The presented research and conclusions are a trend analysis and are not to be used to penalise entities. Sewage sludge, which comes from the illegal dumping of wastewa-ter into municipal wastewater by industrial plants, contains large amounts of heavy metals. Treatment plants transfer the sludge for agricultural use. Regulations specifically restrict the mode and condi-tions for such use of sludge. Methods: the research was carried out using a proprietary questionnaire, which is a supplement to the reporting questionnaire of the National Urban Wastewater Treatment Program implemented by the State Water Company "Wody Polskie". Results: The survey was con-ducted at 208 wastewater treatment plants in Poland. The results show that the majority of wastewater treatment plants do not properly supervise the process of introducing sewage sludge into the soil. They also lack supervision of how much heavy metals from wastewater are introduced into the soil. This means that there is a very high risk of contamination of agricultural soils. The results obtained could initiate a detailed analysis of this phenomenon in Poland. A comprehensive study of the scale of the practice and its current effects is required to determine the actual condition of soil treated with sewage sludge.

PL

Celem artykułu jest przedstawienie praktyk stosowanych w ramach nadzoru nad rolniczym wykorzystaniem osadów ściekowych. Przedstawione badania i wnioski mają charakter analizy trendów i nie powinny być wykorzystywane do karania podmiotów. Osady ściekowe, pochodzące z nielegalnego zrzutu ścieków komunalnych przez zakłady przemysłowe, zawierają duże ilości metali ciężkich. Oczyszczalnie przekazują osad do wykorzystania w rolnictwie. Przepisy wyraźnie ograniczają tryb i warunki takiego wykorzystania osadów ściekowych. Metody: badania przeprowadzono z wykorzystaniem autorskiej ankiety, będącej uzupełnieniem ankiety sprawozdawczej Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych realizowanego przez Państwowe Gospodarstwo Wodne „Wody Polskie”. Wyniki: Badanie przeprowadzono w 208 oczyszczalniach ścieków w Polsce. Wyniki pokazują, że większość oczyszczalni ścieków nie prowadzi właściwego nadzoru nad procesem wprowadzania osadów ściekowych do gleby. Brakuje również nadzoru nad ilością metali ciężkich ze ścieków wprowadzanych do gleby. Oznacza to, że istnieje bardzo duże ryzyko skażenia gleb uprawnych. Uzyskane wyniki mogłyby zapoczątkować szczegółową analizę tego zjawiska w Polsce. Konieczne jest kompleksowe zbadanie skali takich praktyk i ich skutków, aby określić rzeczywisty stan gleby poddanej działaniu osadów ściekowych.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; metals fractions; wastewater treatment plants

PL

osady ściekowe; frakcje metali; oczyszczalnie ścieków

• Wydawca: Polskie Stowarzyszenie Ekonomistów Środowiska i Zasobów Naturalnych
• Czasopismo: Economics and Environment
• Rocznik: 2023
• Tom: No. 4
• Strony: 1--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 52 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wiśniewski Zbigniew

• Production Engineering Committee of the Polish Academy of Sciences; Lodz University of Technology, Poland, Wólczańska Street 221, 93-005 Lodz, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0066-9321

autor

Kuczmaszewski Józef

• Production Engineering Committee of the Polish Academy of Sciences; Lublin University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0815-7868

autor

Halicka Katarzyna

• Production Engineering Committee of the Polish Academy of Sciences; Bialystok University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6370-8995

autor

Kuboń Maciej

• Production Engineering Committee of the Polish Academy of Sciences; University of Agriculture, Cracow, Poland
• National Academy of Applied Sciences in Przemyśl, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4847-8743

autor

Kocira Sławomir

• Production Engineering Committee of the Polish Academy of Sciences; University of Life Sciences in Lublin, Poland;
• University of South Bohemia in České Budějovice, Czech Republic

• https://orcid.org/0000-0002-2888-3023

autor

Marczuk Andrzej

• Production Engineering Committee of the Polish Academy of Sciences; University of Life Sciences in Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2107-2068

autor

Oleksiak Beata

• Silesian University of Technology, Poland

Bibliografia

• Act from 14 December 2012. Act on Waste. Journal of Laws 2012, item 21. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20130000021 (in Polish).
• Act from 20 July 2017. Water Law. Journal of Laws 2017, item 1566. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20170001566 (in Polish).
• Act from 27 April 2001. Environment Protection Act. Journal of Laws No. 62, item 627. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20010620627 (in Polish).
• Almeida, T. A. B., Montenegro, A. A. A., de Carvalho, A. A., & Tabosa, J. N. (2021). Soil and crop spatial variability in maize irrigated with domestic effluent. DYNA, 88(219), 111-117. https://doi.org/10.15446/dyna.v88n219.92874
• Ariņa, D., & Bendere, R. (2011). The estimation of the emission of greenhouse gasses by the treatment of sewage sludge in latvia. Paper presented at the Research for Rural Development, 2, 214-217.
• Bagheri, M., Bauer, T., Burgman, L. E., & Wetterlund, E. (2023). Fifty years of sewage sludge management research: Mapping researchers' motivations and concerns. Journal of Environmental Management, 325, 116412. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.116412
• Barwicki, J., Borusiewicz, A., Holden, L., Kulcsar, L., Skibko, Z., Żuchowski, I., & Romaniuk, W. (2022). Leaching of Elements from Soil in Grassland Field Crops Treated with Raw and Acidified Slurry. Agricultural Engineering, 26(1), 145-156. https://doi.org/10.2478/agriceng-2022-0012
• Bianchini, A., Bonfiglioli, L., Pellegrini, M., & Saccani, C. (2016). Sewage sludge management in Europe: a critical analysis of data quality. International Journal of Environment and Waste Management, 18(3), 226-238. https://doi.org/10.1504/IJEWM.2016.080795
• Boniardi, G., Turolla, A., Fiameni, L., Gelmi, E., Bontempi, E., & Canziani, R. (2022). Phosphorus recovery from a pilot-scale grate furnace: Influencing factors beyond wet chemical leaching conditions. Water Science and Technology, 85(9), 2525-2538. https://doi.org/10.2166/wst.2022.132
• Borek, K., & Romaniuk, W. (2020). Biogas Installations for Harvesting Energy and Utilization of Natural Fertilisers. Agricultural Engineering, 24(1), 1-14. https://doi.org/10.1515/agriceng-2020-0001
• Campo, G., Cerutti, A., Lastella, C., Leo, A., Panepinto, D., Zanetti, M., & Ruffino, B. (2021). Production and Destination of Sewage Sludge in the Piemonte Region (Italy): The Results of a Survey for a Future Sustainable Management. International Journal of Environmental Research and Public Heal, 18(7), 3556. https://doi.org/10.3390/ijerph18073556
• Cieslik, B. M., Namiesnik, J., & Konieczka, P. (2015). Review of sewage sludge management: standards, regulations and analytical methods. Journal of Cleaner Production, 90, 1-15. https://doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2014.11.031
• Ciuła, J., Gaska, K., Siedlarz, D., & Koval, V. (2019). Management of sewage sludge energy use with the application of bi-functional bioreactor as an element of pure production in industry. E3S Web of Conferences, 123, 01016. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912301016
• Cocârță, D. M., Velcea, A. M. N., Harber, C., & Badea, A. A. (2019). Benefits and potential risks to humans from agricultural use of sewage sludge. Proceedings of the 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM, Bulgaria, 19(5.2), 177-184.
• Czekała, W., Nowak, M., & Bojarski, W. (2023). Anaerobic Digestion and Composting as Methods of Bio-Waste Management. Agricultural Engineering, 27(1), 173-186. https://doi.org/10.2478/agriceng-2023-0013
• Dahiya, P., Singh, N., & Singh, A. (2022). Impact of sewage sludge application on microbial diversity and fertility of soil: A long-term study. In M.P. Shah, N. Shah, S. Rodriguez-Couto & R. Banerjee (Eds.), Development in Waste Water Treatment Research and Processes (pp. 91-106). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85584-6.00006-6
• Derehajło, S., Tymińska, M., Skibko, Z., Borusiewicz, A., Romaniuk, W., Kubon, M., Olech, E., & Koszel, M. (2023). Heavy metal content in substrates in agricul-tural biogas plants. Agricultural Engineering, 27(1), 315-328. https://doi.org/10.2478/agriceng-2023-0023
• Fachini, J., & de Figueiredo, C. C. (2022). Pyrolysis of sewage sludge: Physical, chemical, morphological, and mineralogical transformations. Brazilian Archives of Biology and Technology, 65. https://doi.org/10.1590/1678-4324-2022210592
• Franus, M., Barnat-Hunek, D., & Woszuk, A. (2020). Sposób wytwarzania kruszywa lekkiego z osadów ściekowych i kruszywo lekkie: opis patentowy nr 234122. Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskie. https://bc.pollub.pl/dlibra/publication/13806/edition/13478 (in Polish).
• Góralczyk, S., Mazela, A., Uzunow, E., & Naziemiec, Z. (2009). Kruszywa lekkie z osadów ściekowych i odpadów mineralnych. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały, 125(35), 105-112. (in Polish).
• Grgas, D., Štefanac, T., Barešić, M., Toromanović, M., Ibrahimpašić, J., Vukušić Pavičić, T., Habuda-Stanić, M., Herceg, Z., & Landeka Dragičević, T. (2023). Co-composting of sewage sludge, green waste, and food waste. Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, 11(1), 1100415. https://doi.org/10.13044/j.sdewes.d10.0415
• Halecki, W., López-Hernández, N. A., Koźmińska, A., Ciarkowska, K., & Klatka, S. (2022). A circular economy approach to restoring soil substrate ameliorated by sewage sludge with amendments. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(9), 5296. https://doi.org/10.3390/ijerph19095296
• Hawrylik, E., Butarewicz, A., & Andraka, M. (2022). Toxicity assessment of sewage sludge from municipal sewage treatment plants. Economics and Environment, 82(3), 257-268. https://doi.org/10.34659/eis.2022.82.3.491
• Ignatowicz, K. (2017). The impact of sewage sludge treatment on the content of selected heavy metals and their fractions. Environmental Research, 156, 19-22. https://doi.org/10.1016/j.envres.2017.02.035
• Janas, M., Zawadzka, A., & Cichowicz, R. (2018). The influence of selected factors on leaching of metals from sewage sludge. Environmental Science and Pollution Research, 25(33), 33240-33248. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3094-8
• Joniec, J., Gąsior, J., Voloshanska, S., Nazarkiewicz, M., & Hoivanovych, N. (2019a). Evaluation of the effectiveness of land reclamation based on microbiological and biochemical parameters assessed in an ozokerite mining and processing landfill sown with trifolium hybridum and dactylis glomerata. Journal of Environmental Management, 242, 343-350. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.03.058
• Joniec, J., Oleszczuk, P., Jezierska-Tys, S., & Kwiatkowska, E. (2019b). Effect of reclamation treatments on microbial activity and phytotoxicity of soil degraded by the sulphur mining industry. Environmental Pollution, 252, 1429-1438. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.06.066
• Kacprzak, M., Neczaj, E., Fijałkowski, K., Grobelak, A., Grosser, A., Worwag, M., Rorat, A., Brattebo, H., Almås, Å., & Singh, B. R. (2017). Sewage sludge disposal strategies for sustainable development. Environmental Research, 156, 39-46. https://doi.org/10.1016/J.ENVRES.2017.03.010
• Koc-Jurczyk, J., & Jurczyk, Ł. (2021). Gospodarka osadami ściekowymi jako narzędzie gospodarki o obiegu zamkniętym. In M. Smol (Ed.), Monografia pokonferencyjna. Strategie Wdrażania Zielonego Ładu: Woda i Surowce (pp. 35-47). Kraków: IGSMiE PAN. https://min-pan.krakow.pl/wydawnictwo/wp-content/uploads/sites/4/2021/09/Strategie-Wdra%25C5%25BCania-Zielonego-%25C5%2581adu-2000.pdf (in Polish).
• Kominko, H., Gorazda, K., & Wzorek, Z. (2019). Potentiality of sewage sludge-based organo-mineral fertilizer production in Poland considering nutrient value, heavy metal content and phytotoxicity for rapeseed crops. Journal of Environmental Management, 248, 109283. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109283
• Krasowska, M., Kowczyk-Sadowy, M., & Obidziński, S. (2023). Composting of stabilized municipal sewage sludge with residues from agri-food processing in Poland. Economics and Environment, 83(4), 103-116. https://doi.org/10.34659/eis.2022.83.4.509
• Mukawa, J., Pająk, T., & Rzepecki, T. (2019). Regionalna gospodarka osadami ściekowymi w aspekcie zrównoważonego rozwoju. Przemysł Chemiczny, 98, 1430-1432. (in Polish).
• Mulchandani, A., & Westerhoff, P. (2016). Recovery opportunities for metals and energy from sewage sludges. Bioresource Technology, 215, 215-226. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.03.075
• Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 25 czerwca 2021 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy o systemie oceny zgodności. (Dz. U. z 2021 r., poz. 1344). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20210001344 (in Polish).
• Paranjpe, A., Saxena, S., & Jain, P. (2020). Addition biogas generation through sewage sludge in wastewater treatment plant. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 10(4), 66-71.
• Przydatek, G., & Wota, A. K. (2020). Analysis of the comprehensive management of sewage sludge in Poland. Journal of Material Cycles and Waste Management, 22(1), 80-88. https://doi.org/10.1007/S10163-019-00937-Y
• Raček, J., Chorazy, T., Komendová, R., Kučerík, J., & Hlavínek, P. (2022). Characteristics of a solid carbonaceous product of microwave pyrolysis/torrefaction of sewage sludge for the use in agriculture and blue-green infrastructure. Odsalanie i uzdatnianie wody, 258, 223-240. doi: https://doi.org/10.5004/dwt.2022.28423
• Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu. (Dz. U. z 2008 r. Nr. 119, poz. 765 z późn. zm.). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20081190765 (in Polish).
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 stycznia 2015 r. w sprawie procesu odzysku R10. (Dz. U. z 2015 r., poz. 132). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20150000132 (in Polish).
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie stosowania komunalnych osadów ściekowych. (Dz. U. z 2015 r., poz. 257). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20150000257 (in Polish).
• Saoudi, M. A., Dabert, P., Ponthieux, A., Vedrenne, F., & Daumer, M. (2022). Correlation between phosphorus removal technologies and phosphorus speciation in sewage sludge: Focus on iron- based P removal technologies. Environmental Technology, 44(14), 2091-2103. https://doi.org/10.1080/09593330.2021.2023222
• Siddiqui, M. I., Rameez, H., Farooqi, I. H., & Basheer, F. (2023). Recent advancement in commercial and other sustainable techniques for energy and material recovery from sewage sludge. Water, 15(5), 948. https://doi.org/10.3390/w15050948
• Sikora, J., Niemiec, M., Szeląg-Sikora, A., Kuboń, M., Mruk, B., & Marczuk, A. (2019). Wykorzystanie żużla z termicznego przekształcania odpadów komunalnych na cele betoniarskie. Przemysł Chemiczny, 98, 1104-1107. https://doi.org/10.15199/62.2019.7.14
• Smol, M., & Szołdrowska, D. (2021). An analysis of the fertilizing potential of selected waste streams – municipal, industrial, and agricultural. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 37(3), 75-100. https://doi.org/10.24425/gsm.2021.138659
• Spinosa, L., Ayol, A., Baudez, J. C., Canziani, R., Jenicek, P., Leonard, A., Rulkens, W., Xu, G., & van Dijk, L. (2011). Sustainable and innovative solutions for sewage sludge management. Water, 3(2), 702-717. https://doi.org/10.3390/W3020702
• Szołdrowska, D., & Smol, M. (2022). Rolnicze wykorzystanie komunalnych osadów ściekowych w obliczu wyzwań Europejskiego Zielonego Ładu. Przemysł Chemiczny, 101(12), 1130-1135. https://doi.org/10.15199/62.2022.12.10 (in Polish).
• Szpilko, D., & Ejdys, J. (2022). European green deal — research directions. A systematic literature reviews. Economics and Environment, 81(2), 8-38. https://doi.org//10.34659/eis.2022.81.2.455
• Tymchuk, I., Malovanyy, M., Shkvirko, O., & Yatsukh, K. (2021). Sewage sludge as a component to create a substrate for biological reclamation. Ecological Engineering and Environmental Technology, 22(4), 101-110. https://doi.org/10.12912/27197050/137863
• Wojcieszak, D., Pawłowski, A., Dammer, K., & Przybył, J. (2023). Chemical and Energetical Properties in Methane Fermentation of Morphological Parts of Corn with Different Variety Earliness Standard FAO. Agricultural Engineering, 27(1), 273-287. https://doi.org/10.2478/agriceng-2023-0020
• Wollmann, I., & Möller, K. (2022). Increased phosphorus availability from sewage sludge ashes to maize in a crop rotation with clover. Soil use and Management, 38(3), 1394-1402. https://doi.org/10.1111/sum.12806
• You, Y., Klein, J., Hartmann, T. E., Nkebiwe, P. M., Yang, H., Zhang, W., & Müller, T. (2021). Producing superphosphate with sewage sludge ash: Assessment of phosphorus availability and potential toxic element contamination. Agronomy, 11(8), 1506. https://doi.org/10.3390/agronomy11081506
• Zamotaev, I. V., Gracheva, R. G., Mikheev, P. V., & Konoplianikova, Y. V. (2022). Formation and Transformation of Soils in the Areas of Sugar Industry Waste Disposal: A Review. Eurasian Soil Science, 55 (8), 1005-1015. https://doi.org/10.1134/S1064229322080154