Heavy metal content in used engine oils depending on engine type and oil change interval

• Autorzy: Szyszlak-Bargłowicz Joanna , Zając Grzegorz , Wolak Artur

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2021.137280

Warianty tytułu

PL

Zawartość metali ciężkich w przepracowanych olejach silnikowych w zależności od rodzaju silnika i przebiegu oleju

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of the analysis of the content of selected heavy metals in used engine oils collected in car service stations during oil change. The main purpose of the research was to determine the difference in heavy metal content (Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, Hg, Cd) depending on the engine type and oil change interval. The analysis comprised 80 samples of used engine oils obtained from passenger cars. The content of heavy metals was tested with use of the HDMaxine analyzer, operating on the basis of HDXRF (High-Definition X-Ray Fluorescence). Upon analyzing the differences in the average content of the examined elements, depending on the type of engine, it can be concluded that in oils coming from diesel engines the following elements showed a higher concentration – Cr (three times), Fe (1/3 times ), Ni (two times), Pb (1/2 times), whereas in oils coming from gasoline engines, only the average Cu content was higher (¾ times). Zinc had a comparable level of concentration. The multi-factor analysis of variance showed that in diesel engines the levels of Fe, Cr, Pb and Ni are statistically significantly different than in the reference group of gasoline engines. The study findings suggest that, depending on the engine type, the content of selected heavy metal elements in used oils varies. Therefore, to ensure proper handling of waste oils and reduce environmental risk, selective collection of used oils depending on the engine type may definitely be considered.

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy zawartości wybranych metali ciężkich w przepracowanych olejach silnikowych zebranych w warsztatach samochodowych podczas wymiany oleju. Głównym celem przeprowadzonych badań było określenie różnicy zawartości metali ciężkich (Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, Hg, Cd) w zależności od typu silnika i czasu eksploatacji oleju. Analizę przeprowadzono na 80 próbkach przepracowanych olejów silnikowych z samochodów osobowych różnych producentów. Zawartość metali ciężkich badano za pomocą analizatora HDMaxine, działającego w oparciu o fluorescencję wysokiej rozdzielczości (X-ray Fluorescence – HDXRF). Analizując zróżnicowanie średnich zawartości badanych pierwiastków w zależności od rodzaju silnika można stwierdzić, że w olejach pochodzących z silników o zapłonie samoczynnym następujące pierwiastki wykazały wyższe stężenie – Cr (trzykrotnie wyższe stężenie), Fe (o 1/3 wyższe stężenie), Ni (dwukrotnie wyższe stężenie), Pb (o ½ wyższe stężenie). Jedynie średnia zawartość Cu była wyższa (¾) w olejach pochodzących z silników o zapłonie iskrowym. Cynk w obu przypadkach charakteryzował się porównywalnym poziomem stężeń. Wieloczynnikowa analiza wariancji, wykazała, że w silnikach dieslach, poziom Fe, Cr, Pb oraz Ni jest istotnie statystycznie różny niż w referencyjnej grupie silników benzynowych. W żadnej z badanych próbek oleju silnikowego nie oznaczono rtęci i kadmu. Uzyskane wnioski uprawniają do stwierdzenia, że istnieją różnice w zawartości metali ciężkich w przepracowanych olejach w zależności od typu silnika. Można zatem rozważyć selektywną zbiórkę przepracowanych olejów w zależności od typu silnika co może zapewnić właściwe postępowanie z tymi olejami i zmniejszy zagrożenie dla środowiska.

Słowa kluczowe

EN

heavy metals; lubricating oil analysis; waste lubricant oil; WLO

PL

metale ciężkie; analiza oleju smarowego; zużyty olej smarny

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 47, no. 2
• Strony: 81--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Szyszlak-Bargłowicz Joanna

• University of Life Sciences in Lublin

autor

Zając Grzegorz

• University of Life Sciences in Lublin

autor

Wolak Artur

• Cracow University of Economics

Bibliografia

• 1. Bogacki, J. P. & Al-Hazmi, H. (2017). Automotive fleet repair facility wastewater treatment using air/ZVI and air/ZVI/H2O2 processes. Archives of Environmental Protection, 43(3), pp. 24-31, DOI: 10.1515/aep-2017-0024
• 2. Boughton, B. & Horvath, A. (2004). Environmental Assessment of Used Oil Management Methods. Environmental Science & Technology, 38(2), pp. 353-358, DOI: 10.1021/es034236p
• 3. Cassap, M. (2008). The analysis of used lubrication oils by inductively coupled plasma spectrometry for predictive maintenance. Spectroscopy Europe, 20(1), pp. 17-20.
• 4. Delistraty, D. & Stone, A. (2007). Dioxins, metals, and fish toxicity in ash residue from space heaters burning used motor oil. Chemosphere, 68(5), pp. 907-914.
• 5. Elnajjar, E., Al Omari, S. A. B., Hamdan, M. O., Ghannam, M. & Selim, M. Y. E. (2019). Characteristics of external furnace combustion of used lube oil with different percentages of diethyl ether additives burned with liquefied petroleum gas. Biofuels. Scopus, DOI: 10.1080/17597269.2019.1608035
• 6. Hamawand, I., Yusaf, T. & Rafat, S. (2013). Recycling of Waste Engine Oils Using a New Washing Agent. Energies, 6(2), pp. 1023-1049, DOI: 10.3390/en6021023
• 7. Hsu, Y.-L. & Liu, C.-C. (2011). Evaluation and selection of regeneration of waste lubricating oil technology. Environmental Monitoring and Assessment, 176(1), pp. 197-212, DOI: 10.1007/s10661-010-1576-3
• 8. Jafari, A. J. & Hassanpour, M. (2015). Analysis and comparison of used lubricants, regenerative technologies in the world. Resources, Conservation and Recycling, 103, pp. 179-191, DOI: 10.1016/j.resconrec.2015.07.026
• 9. Kabata-Pendias, A. & Pendias, H. (1999). Biochemistry of Trace Elements. PWN -Polish Scientific Publishers, Warszawa. (in Polish).
• 10. Kamal, A. & Khan, F. (2009). Effect of extraction and adsorption on re-refining of used lubricating oil. Oil & Gas Science and Technology-Revue de l’IFP, 64(2), pp. 191-197.
• 11. Kashif, S.-R., Zaheer, A., Arooj, F. & Farooq, Z. (2018). Comparison of heavy metals in fresh and used engine oil. Petroleum Science and Technology, 36(18), pp. 1478-1481, DOI: 10.1080/10916466.2018.1496105
• 12. Klojzy-Karczmarczyk, B. (2013). Analysis of long-term research on mercury content in the soils in the immediate surroundings of the southern ring road of Krakow. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, pp. 1053-1069.
• 13. Kryłów, M., Kwaśny, J. A. & Balcerzak, W. (2018). Oily wastewater treatment using a zirconia ceramic membrane - a literature review. Archives of Environmental Protection, 44(3), pp. 3-10, DOI: 10.24425/aep.2018.122293
• 14. Kupareva, A., Mäki-Arvela, P. & Murzin, D. Yu. (2013). Technology for rerefining used lube oils applied in Europe: a review. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 88(10), pp. 1780-1793, DOI: 10.1002/jctb.4137
• 15. Lam, S. S., Liew, R. K., Jusoh, A., Chong, C. T., Ani, F. N. & Chase, H. A. (2016). Progress in waste oil to sustainable energy, with emphasis on pyrolysis techniques. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 53, pp. 741-753, DOI: 10.1016/j.rser.2015.09.005
• 16. Lynch, T. R. (2007). Process chemistry of lubricant base stocks. CRC Press.
• 17. Magiera, J. (2006). Re-refining used oil. WN-T, Warszawa. (in Polish),
• 18. Magiera, J. & Głuszek, A. (2009). Used-oils - the rules of collection and ecological utilization. Polish Journal of Environmental Studies, 18(3A), pp. 230-235.
• 19. Morkunas, I., Woźniak, A., Mai, V. C., Rucińska-Sobkowiak, R. & Jeandet, P. (2018). The Role of Heavy Metals in Plant Response to Biotic Stress. Molecules, 23(9), DOI: 10.3390/molecules23092320
• 20. Nerin, C., Domeño, C., Ignacio Garcia, J. & del Alamo, A. (1999). Distribution of Pb, V, Cr, Ni, Cd, Cu and Fe in particles formed from the combustion of waste oils. Chemosphere, 38(7), pp. 1533-1540, DOI:10.1016/S0045-6535(98)00373-7
• 21. Nerı́n, C., Domeño, C., Moliner, R., Lázaro, M. J., Suelves, I. & Valderrama, J. (2000). Behaviour of different industrial waste oils in a pyrolysis process: metals distribution and valuable products. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 55(2), pp. 171-183, DOI: 10.1016/S0165-2370(99)00097-2
• 22. Nukman, Sipahutar, R., Taufikurrahman, Asmadi, & Surya, I. (2018). Used lubricating oil as a fuel for smelting waste aluminum. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13(10), pp. 3412-3417. Scopus.
• 23. Nwosu, F. O., Olu-Owolabi, B. I., Adebowale, K. O. & Leke, L. (2008). Comparative Investigation of Wear Metals in Virgin and Used Lubricant Oils. Terrestrial and Aquatic Environmental Toxicology, 2(1), pp. 38-43.
• 24. Osman, D. I., Attia, S. K. & Taman, A. R. (2018). Recycling of used engine oil by different solvent. Egyptian Journal of Petroleum, 27(2), pp. 221-225, DOI: 10.1016/j.ejpe.2017.05.010
• 25. Palkendo, J. A., Kovach, J. & Betts, T. A. (2013). Determination of Wear Metals in Used Motor Oil by Flame Atomic Absorption Spectroscopy. Journal of Chemical Education, 91, pp. 579-582, DOI: 10.1021/ed4004832
• 26. Pawlak, Z., Urbaniak, W., Kaldonski, T. & Styp-Rekowski, M. (2010). Energy con-servation through recycling of used oil. Ecological Engineering, 36(12), pp. 1761-1764, DOI: 10.1016/j.ecoleng.2010.08.007
• 27. Piecuch, T., Andriyevska, L., Dąbrowski, J., Dąbrowski, T., Juraszka, B. & Kowalczyk, A. (2015). Treatment of Wastewater from Car Service Station. Rocznik Ochrona Środowiska, 17, pp. 814-832.
• 28. Pinheiro, C. T., Quina, M. J. & Gando-Ferreira, L. M. (2020). Management of waste lubricant oil in Europe: A circular economy approach. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, pp. 1-36, DOI: 10.1080/10643389.2020.1771887
• 29. Salem, S., Salem, A. & Babaei, A. A. (2015). Application of Iranian nano-porous Ca-bentonite for recovery of waste lubricant oil by distillation and adsorption techniques. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 23, pp. 154-162, DOI: 10.1016/j.jiec.2014.08.009
• 30. Sanchez-Hernandez, A. M., Martin-Sanchez, N., Sanchez-Montero, M. J., Izquierdo, C. & Salvador, F. (2020). Different options to upgrade engine oils by gasification with steam and supercritical water. The Journal of Supercritical Fluids, 164, pp. 104912, DOI: 10.1016/j.supflu.2020.104912
• 31. Śpiewak, R. & Piętowska, J. (2006). Nickel-allergen unique. From the structure of the atom to legal regulations. Alergol. Immunol, 3, pp. 3-4.
• 32. Srivastava, V., Sarkar, A., Singh, S., Singh, P., de Araujo, A. S. F. & Singh, R. P. (2017). Agroecological Responses of Heavy Metal Pollution with Special Emphasis on Soil Health and Plant Performances. Frontiers in Environmental Science, 5, pp. 64, DOI: 10.3389/fenvs.2017.00064
• 33. Stout, S. A., Litman, E. & Blue, D. (2018). Metal concentrations in used engine oils: Relevance to site assessments of soils. Environmental Forensics, 19(3), pp. 191-205.
• 34. Swartjes, F. A. (2011). Introduction to Contaminated Site Management. [In] F. A. Swartjes (Ed.), Dealing with Contaminated Sites: From Theory towards Practical Application (pp. 3-89). Springer Netherlands, DOI: 10.1007/978-90-481-9757-6_1
• 35. Tóth, G., Hermann, T., Da Silva, M. & Montanarella, L. (2016). Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for food safety. Environment International, 88, pp. 299-309.
• 36. US Department of Energy. (2006). Used oil re-refining study to address energy policy act of 2005, section 1838, Office of Fossil Energy, https://fossil.energy.gov/epact/used_oil_report.pdf
• 37. Vazquez-Duhalt, R. (1989). Environmental impact of used motor oil. Science of the Total Environment, 79(1), pp. 1-23.
• 38. Vwioko, D. E., Anoliefo, G. O. & Fashemi, S. D. (2006). Metal concentration in plant tissues of Ricinus communis L. (Castor oil) grown in soil contaminated with spent lubricating oil. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 10(3), pp. 127-134, DOI: 10.4314/jasem.v10i3.17331
• 39. Wolak, A., Zając, G. & Gołębiowski, W. (2019). Determination of the content of metals in used lubricating oils using AAS. Petroleum Science and Technology, 37(1), pp. 93-102, DOI: 10.1080/10916466.2018.1511584
• 40. Zając, G., Szyszlak-Bargłowicz, J., Słowik, T., Kuranc, A. & Kamińska, A. (2015). Designation of Chosen Heavy Metals in Used Engine Oils Using the XRF Method. Polish Journal of Environmental Studies, 24(5), pp. 2277-2283, DOI: 10.15244/pjoes/58781

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).