Porównanie skuteczności usuwania WWA ze środowiska wodnego z wykorzystaniem biowęgli

• Autorzy: Rosińska Agata

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2023.10.7

Warianty tytułu

EN

Comparison of the effectiveness of removing PAHs from the aquatic environment with the use of biochars

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było porównanie skuteczności usuwania WWA ze środowiska wodnego w wyniku sorpcji na biowęglach otrzymanych z pomiotu kurzego oraz komunalnych osadów ściekowych. Proces sorpcji prowadzono dla dawek biowęgli 50 i 100 mg/l. Dla każdej dawki biowęgla czas kontaktu z WWA wynosił 90 i 120 minut. Najlepsze wyniki uzyskano dla dawki biowęgla 100 mg/l i czasu kontaktu 120 minut. Dla biowęgla z pomiotu kurzego i z osadu ściekowego stężenie benzo(a)pirenu obniżyło się odpowiednio o 87,2 i 78,7% natomiast dla czterech WWA normowanych w wodzie przeznaczonej do spożycia sumaryczne stężenie obniżyło się odpowiednio o 83,5 i 80,2%. Dla pozostałych WWA większą sorpcję zaobserwowano dla dibenzo(a,h)antracenu, stężenie tego związku obniżyło się o 83,2%. Najmniejsze zmiany wykazano dla naftalenu, którego stężenie zmniejszyło się o 68,5%. Nie wykazano istotnych statystycznie różnic pomiędzy sorpcją na biowęglu z pomiotu kurzego i osadu ściekowego.

EN

The aim of the study was to compare the effectiveness of removing PAHs from the aquatic environment as a result of adsorption on biochars obtained from chicken manure and municipal sewage sludge. The sorption process was carried out for doses of biochars of 50 and 100 mg/L. For each dose of biochar, the contact time with PAHs was 90 and 120 minutes. The best results were obtained for a biochar dose of 100 mg/L and a contact time of 120 minutes. For biochar from chicken manure and sewage sludge, the concentration of benzo(a)pyrene decreased by 87.2 and 78.7%, respectively, while for four PAHs standardized in drinking water, the total concentration decreased by 83.5 and 80.2%, respectively. For the remaining PAHs, higher sorption was observed for dibenzo(a,h)anthracene, the concentration of this compound decreased by 83.2%. The smallest changes were shown for naphthalene, the concentration of which decreased by 68.5%. There were no statistically significant differences between sorption on biochar from chicken manure and sewage sludge.

Słowa kluczowe

PL

adsorpcja; biowęgiel; osad ściekowy; pomiot kurzy; wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne; woda

EN

adsorption; biochar; sewage sludge; chicken manure; polycyclic aromatic hydrocarbons; water

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 10
• Strony: 38--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rosińska Agata

• Politechnika Częstochowska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Katedra Inżynierii Środowiska i Biotechnologii

• https://orcid.org/0000-0001-7550-2679

Bibliografia

• [1] Grmasha R., Abdulameer M.H., Stenger-Kovács C., Al-sareji O.J., Al-Gazali Z., Al-Juboori R.A., Meiczinger M., Hashim K.S., Polycyclic aromatic hydrocarbons in the Surface water and sediment along Euphrates River system: Occurrence, sources, ecological and health risk assessment, Marine Pollution Bulletin, 187(2023), 114568. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.114568.
• [2] Manoli E., Samara C., Polycyclic aromatic hydrocarbons in natural waters: sources, occurrence and analysis, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 18(1999), 417-428. https://doi.org/10.1016/S0165-9936(99)00111-9.
• [3] Zhang Z.L., Hong H.S., Zhou J.L., Yu G., Phase association of polycyclic aromatic hydrocarbons in the Minjiang river Estuary, China. Sci. Total Environ., 323(2004), 71-86. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2003.09.026.
• [4] Lamichhane S., Krishna B.K.C., Sarukkalige R., Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) removal by sorption: A review, Chemosphere 148(2016), 336-353. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.01.036.
• [5] Kronenberg M., Trably E., Berent N., Patureau D., Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons: Using microbial bioelectrochemical systems to overcome an impasse, Environ. Pollut., 231(2017), 509-523. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.08.048.
• [6] Szpak D., Boryczko K., Żywiec J., Rak J., Metody matrycowe wykorzystywane w analizie ryzyka ujęć wody, INSTAL, 7-8 (2021) 40-44, DOI 10.36119/15.2021.7-8.6
• [7] Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption (recast) (Text with EEA relevance), 2020.
• [8] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.
• [9] Rozporządzenie Ministra Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej z dnia 29 sierpnia 2019 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia przez ludzi.
• [10] Li h., Qu R., Chao L., Guo W., Han X., he F., Ma Y., Xing B., Selective removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from soil washing effluents using biochars produced at different pyrolytic temperatures, Bioresource Technology. 163(2014), 193-198. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.04.042.
• [11] Van Zwieten L., Kimber S., Morris S., Chan K., Downie A., Rust J., Cowie A., Effects of biochar from slow pyrolysis of papermill waste on agronomic performance and soil fertility, Plant Soil, 327(2010), 235-246. DOI:10.1007/s11104-009-0050-x.
• [12] Verheijen F., Jeffery S., Bastos A.C., van der Velde, M., Diafas I., Biochar Application to Soils. A Critical Scientific Review of Effects on Soil Properties, Processes and Functions, JRC Scientific and Technical Report. 2010. Available online: https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=d-4820b6eee62448424730a1aa22fd507dc-d452a0 (accessed on 25 Marz 2023).
• [13] Glaser B., Balashov E., Haumaier L., Guggenberger G., Zech W., Black carbon in density fractions of anthropogenic soils of the Brazilian Amazon region, Org. Geochem. 31(2000), 669-678. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(00)00044-9.
• [14] Zhang Q., Du Z., Lou Y., He X., A one-year short-term biochar application improved carbon accumulation in large macroaggregate fractions, Catena, 127(2015), 26-31. https://doi.org/10.1016/j.catena.2014.12.009.
• [15] Inyang M., Gao B. Yao Y., Xue Y., Zimmerman, A., Pullammanappallil P., Cao X., Removal of heavy metals from aqueous solution by biochars derived from anaerobically digested biomass, Bioresour. Technol. 110 (2012), 50-56. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.01.072.
• [16] Jiang J., Xu, R.K., Jiang T.Y., Li Z., Immobilization of Cu (II), Pb (II) and Cd (II) by the addition of rice straw derived biochar to a simulated polluted Ultisol, J. Hazard. Mater., 229(2012), 145-150. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.05.086.
• [17] Barati M., Safarzadeh S., Mowla D., Bakhtiari F., Najafian A., Tavakoli F., The ameliorating effect of poultry manure and its biochar on petroleum-contaminated soil remediation at two times of cultivation, J. Chem. Health Risks, 11(2022), 33-46 DOI.10.22034/JCHR.2020.1900546.1136
• [18] Wang F., Ren X., Sun H., Ma S., Zhu H., Xu J., Sorption of polychlorinated biphenyls onto biochars derived from corn straw and the effect of propranolol, Bioresource Technology, 219(2016) 458-465. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.08.006.
• [19] Oleszczuk P., Hale S.E., Lehmann J., Cornelissen G., Activated carbon and biochar amendments decrease pore-water concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sewage sludge, Bioresour. Technol., 111 (2012), 84-91. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.030.
• [20] Beesley L., Moreno-Jimenez E., Gomez-Eyles J.L., Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil, Environ. Pollut., 158(2010), 2282-2287. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2010.02.003.
• [21] Hale S.E., Hanley K., Lehmann J., Zimmerman A., Cornelissen G., Effects of chemical, biological, and physical aging as well as soil addition on the sorption of pyrene to activated carbon and biochar, Environ. Sci. Technol., 45(2011), 10445-10453. DOI: 10.1021/es202970x
• [22] Zheng W., Guo M., Chow T., Bennett D.N., Rajagopalan N., Sorption properties of green-waste biochar for two triazine pesticides, J. Hazard. Mater., 181(2010), 121-126. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.04.103.
• [23] Liu Ch., Yin Z., Hu D., Mo F., Chu R., Zhu L., Hu Ch., Biochar derived from chicken manure as a green adsorbent for naphthalene removal, Environmental Science and Pollution Research 28 (2021), 36585-36597. DOI: 10.1007/s11356-021-13286-x.
• [24] Cornelissen G., Gustafsson Ö., Bucheli T.D., Jonker M.T.O., Koelmans A.A., van Noort P.C.M, Extensive sorption of organic compounds to black carbon, coal, and kerogen in sediments and soils: mechanisms and consequences for distribution, bioaccumulation, and biodegradation, Environ. Sci. Technol. 39(2005), 6881-6895. DOI: 10.1021/es050191b.
• [25] Gopinath A., Divyapriya G., Srivastava V., Laiju A.R., Nidheesh P.V., Kumar M.S., Conversion of sewage sludge into biochar: A potential resource in water and wastewater treatment, Environ. Res., 194(2021), 110656. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110656.
• [26] Poproch D., Cimochowicz-Rybicka M., Górka J., Łuszczek B., Gospodarka osadami ściekowymi w miejskiej oczyszczalni ścieków, INSTAL 10(2022), 47-50. DOI: DOI 10.36119/15.2022.10.6
• [27] Bis Z., Kobyłecki R., Ścisłowska M., Zarzycki R., Biochar - Potential tool to combat climate change and drought, Ecohydrol. Hydrobiol., 18(2018), 441-453. https://doi.org/10.1016/j.ecohyd.2018.11.005.
• [28] Ścisłowska M., Włodarczyk R., Kobyłecki R., Bis Z., Biochar to improve the quality and productivity of soils, J. Ecol. Eng., 2015(16), 31-35. DOI:10.12911/22998993/2802.
• [29] Sobik-Szołtysek J., Wystalska K., Malińska K., Meers E., Influence of Pyrolysis Temperature on the Heavy Metal Sorption Capacity of Biochar from Poultry Manure, Materials, 14(2021), 6566; https://doi.org/10.3390/ma14216566.
• [30] Tomczyk B., Siatecka A., Jędruchniewicz K., Sochacka A., Bogusz A., Oleszczuk P., Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) persistence, bioavailability and toxicity in sewage sludge - or sewage sludge-derived biocharamended soil, Sci. Total Environ., 747(2020)141123. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141123.
• [31] Wang C., Wang Y., Herath , H.M.S.K., Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in biochar - Their formation, occurrence and analysis: A review. Organic Geochemistry, 114(2017), 1-11. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2017.09.001.
• [32] Dąbrowska L., Karwowska B., Rosińska A., Sperczyńska E., Oczyszczanie wody w procesach hybrydowych, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2021, ISBN 978-83-7193-778-1.
• [33] Sander M., Pignatello J.J., Characterization of charcoal adsorption sites for aromatic compounds: insights drawn fromsingle-solute and bi-solute competitive experiments, Environ. Sci. Technol., 39(2005) 1606-1615. https://doi.org/10.1021/es049135l.
• [34] Valderrama C., Gamisans X., De lasHeras A., Farran A., Cortina J.L., Sorption Kinetics of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Removal using Granular Activated Carbon: Intraparticle Diffusion Coefficients, J. Hazard. Mater. 157(2008), 386-96. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.12.119.
• [35] Smol M., Włodarczyk-Makuła M., Włóka D., The Effectiveness Adsorption of Carcinogenic PAHs on Mineral and on Organic Sorbents, Scientific Journals of the Higher School of Labor Protection Management in Katowice, 10(2014), 5-18.
• [36] Hilber I., Blum F., Schmidt H.P, Bucheli T.D., Current analytical methods to quantify PAHs in activated carbon and vegetable carbon (E153) are not fit for purpose, Environ. Pollut., 309(2022), 119599. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119599.

Uwagi

1. Badania sfinansowane ze środków przeznaczonych na badania statutowe nr: BS-PB-400-301/23.

2. Temat zaprezentowany podczas II Konferencji Naukowo-Technicznej „Nauka-Technologia-Środowisko” w dniach 27-29 września 2023 r. w Wiśle. Konferencja finansowana przez Ministra Edukacji i Nauki w ramach programu „Doskonała nauka” - moduł „Wsparcie konferencji naukowych” (projekt nr DNK/SP/546599/2022).

3. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).