Kinetyka rozkładu WWA w osadach ściekowych w warunkach beztlenowych

• Autorzy: Macherzyński B. , Włodarczyk-Makuła M. , Ładyga E. , Pękała W.

Warianty tytułu

EN

The kinetics of degradation of PAHs in sewage sludge in anaerobic conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące kinetyki rozkładu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych podczas kofermentacji osadów komunalnych z osadami koksowniczymi. Celem badań była ocena stopnia trwałości WWA w mieszaninie osadów w czasie biochemicznej stabilizacji beztlenowej, którą wyrażono przez czas połowicznego rozpadu. Wyznaczono także szybkość chwilową rozkładu WWA w osadach podczas fermentacji. Osady komunalne (nadmierne z przefermentowanymi) stanowiły próbkę kontrolną, natomiast mieszanina komunalnych z koksowniczymi – próbkę badaną. Osady inkubowano przez 20 dób w temperaturze 37°C bez dostępu światła. Podczas badań oznaczono sześć związków zaliczanych do WWA. Były to benzo(b)fluoranten C₂₀H₁₂, benzo(k)fluoranten C₂₀H₁₂, benzo(a)piren C₂₀H₁₂, dibenzo(a,h)antracen C₂₂H₁₄, indeno(1,2,3,c,d)piren C₂₂H₁₂ oraz benzo(g,h,i)perylen C₂₂H₁₂. Ilościową analizę prowadzono z wykorzystaniem chromatografu gazowego sprzężonego ze spektrometrem mas (GC-MS). Oznaczenie WWA w osadach ściekowych wykonano przed procesem oraz po 10 i 20 dobach. Sumaryczna zawartość 6 WWA w osadach kontrolnych przed procesem fermentacji wynosiła 654 μg/kg s.m. Podczas fermentacji ubytek sumarycznej ilości 6 WWA wynosił 70%, a końcowe stężenie było na poziomie 196 μg/kg s.m. W przypadku kofermentacji osadów komunalnych z koksowniczymi nastąpił ubytek 6 WWA od początkowej zawartości wynoszącej od 1342 do 510 μg/kg s.m. po 20 dobach, co odpowiada rozkładowi tych związków w 62%. Otrzymane wyniki wskazują na możliwość degradacji WWA podczas fermentacji beztlenowej. Czas połowicznego rozkładu był zróżnicowany dla poszczególnych węglowodorów i dla osadów komunalnych mieścił się w przedziale od 8 do 14 dób, a w mieszaninie osadów komunalnych z koksowniczymi od 12 do 20 dób. Najbardziej trwałymi węglowodorami były benzo(a)piren oraz indeno(1,2,3,c,d)piren.

EN

The article shows the results of study concerning the kinetics of decomposition of polycyclic aromatic hydrocarbons during the co-fermentation of municipal sewage sludge with coking sewage sludge. The purpose of the study was to assess the decomposition of PAHs in the mixture of sludge during the biochemical anaerobic stabilization. The decomposition of polycyclic aromatic hydrocarbons during fermentation of sewage sludge is expressed by the half-life. The municipal sewage sludges (excessive and fermented sewage sludge) were a control sample, whereas the mixture of municipal sewage sludge and coking sewage sludge – the tested sample. The sewage sludge were incubated for 20 days at 37°C with no access of light. During the tests six compounds classified as PAHs were determined where the amount of atoms of carbon is 20 to 22 and the amount of hydrogen atoms is 12 or 14. These were benzo( b)fluoranthene C₂₀H₁₂, benzo(k)fluoranthene C₂₀H₁₂, benzo(a) pyrene C₂₀H₁₂, dibenzo( a,h)anthracene C₂₂H₁₄, indeno(1,2,3,c,d)pyrene C₂₂H₁₂ and benzo(g,h,i)perylene C₂₂H₁₂. The quantitative analysis was conducted with the use of gas chromatograph compressed with mass spectrometer (GC-MS). The determination of PAHs in sewage sludge was made both prior to the process and after 20 days. The content of PAHs in the control sewage sludge prior to the fermentation process was 654 μg/kg of dry mass. During the fermentation a loss of total content of 6 PAHs by 70% occurred and the final concentration was 196 μg/kg of dry mass. For co-fermentation of sewage sludge a loss of PAHs compared to the initial content of 1.342 μg/kg of dry mass to the value of 510 μg/kg of dry mass after 20 days occurred. Therefore, the loss of PAHs in the mixture of municipal sewage sludge and coking sewage sludge accounted for 62%. The results obtained indicate a possible degradation of PAHs during anaerobic fermentation. Under the conditions of conducted tests the half-time was different for individual hydrocarbons. For municipal sewage sludge the half-time was 8 to 14 days and in the mixture of municipal and coking sewage sludge 13 to 20 days. The most durable hydrocarbons were benzo(a)pyrene and indeno (1,2,3,c,d)pyrene.

Słowa kluczowe

PL

czas połowicznego rozpadu; WWA; kinetyka; osady ściekowe; warunki beztlenowe

EN

half-life; PAHs; kinetics; sewage sludge; anaerobic conditions

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 18, nr 4
• Strony: 437--448
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Macherzyński B.

• Katedra Chemii, Technologii Wody i Ścieków, Politechnika Częstochowska, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

autor

Włodarczyk-Makuła M.

• Katedra Chemii, Technologii Wody i Ścieków, Politechnika Częstochowska, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

autor

Ładyga E.

• Instytut Matematyki, Politechnika Częstochowska, al. Armii Krajowej 21, 42-200 Częstochowa

autor

Pękała W.

• Instytut Ekonometrii i Informatyki, Zakład Modelowania Matematycznego, Politechnika Częstochowska, al. Armii Krajowej 19B, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Hiller E., Jurkoviĉ L., Bartal M., Effect of temperature on the distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil and sediment, Soil and Water Research 2008, 3, 231-240.
• [2] Kweon O., Kim S.J., Holland R.D., Chen H., Kim D.W., Gao Y., Yu L.R., Baek S., Baek D.H., Ahn H., Cerniglia C.E., Polycyclic aromatic hydrocarbon metabolic network in Mycobacterium vanbaalenii PYR-1, Journal of Bacteriology 2011, 17, 4326-4337.
• [3] Skupińska K., Misiewicz I., Kasprzycka-Guttman T. Polycyclic aromatic hydrocarbons: physicochemical properties, environmental appearance and impact on living organisms, Acta Poloniae Pharmaceutica 2004, 61, 233-240.
• [4] Włodarczyk-Makuła M., Zmiany ilościowe WWA podczas oczyszczania ścieków i przeróbki osadów, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2007.
• [5] Macherzyński B., Włodarczyk-Makuła M., Nowacka A., Desorption of PAHs from solid phase into liquid phase during co-fermentation of municipal and coke sewage sludge, Desalination and Water Treatment 2014, 52, 3859-3870.
• [6] Ferrarese E., Andreottola G., Oprea I., Remediation PAH-contaminated sediments by chemical oxidation, Journal of Hazardous Materials 2008, 152, 128-139.
• [7] Joa K., Panova E., Irha H., Teinemaa E., Lintelmann J., Kirso U., Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in oil shale processing wastes: current practice and new trends, Oil Shale 2009, 26, 59-72.
• [8] Okere U., Semple K., Biodegradation of PAHs in ‘pristine’ soils from different climatic regions, Journal of Bioremediation and Biodegradation 2012, 3, 145-155.
• [9] Smol M., Włodarczyk-Makuła M., Wółka D., The effectiveness adsorption of carcinogenic PAHs on mineral and on organic sorbents, Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach 2014, 10, 5-16.
• [10] Turek A., Włodarczyk-Makuła M., Usuwanie WWA(C13-C16) ze ścieków przemysłowych z wykorzystaniem ditlenku wodoru, Zeszyty Naukowe Inżynieria Środowiska Uniwersytetu Zielonogórskego 2012, 145, 79-91.
• [11] Kanaly R.A., Harayama S., Biodegradation of high-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbons by bacteria, Journal of Bacteriology 2000, 182, 2059-2067.
• [12] Mukesh D.J., Sindhu G., Prasanna P., Balakumaran M.D., Effect of triton X-100 on degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by Pseudomonas sp. PSS6 isolated from municipal wastes sediment, Advances in Applied Science Research 2012, 3, 1383-1388.
• [13] Starski A., Jędra M., Ocena zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w oleju rzepakowym produkowanym w Polsce, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna 2011, 4, 1054–1060.
• [14] Włodarczyk-Makuła M., Kalaga K., Kipigroch M., Smol M., Oznaczenie WWA w ściekach koksowniczych, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2011, 3, 267-274.
• [15] Macherzyński B., Włodarczyk-Makuła M., Doświadczenia analityczne w oznaczaniu WWA w zanieczyszczonych matrycach, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Lublin 2012, Tom II, nr 100, 257-265.
• [16] Macherzyński B., Włodarczyk-Makuła M., Nowacka A., Simplification of the procedure of preparing samples for PAHs and PCBs determination, Archives of Environmental Protection 2012, 4, 23-33.
• [17] Zhang W., Wei C., Chai X., He J., Cai Y., Ren M., Yan B., Peng P., Fu J., The behaviors and fate of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in a coking wastewater treatment plant, Chemosphere 2012, 88, 174-182.
• [18] Dymaczewski Z. (red.), Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków, Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych Oddział Wielkopolska, Poznań 2011.
• [19] Podedworna J., Umiejewska K., Technologia osadów ściekowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2008.
• [20] Sadecka Z., Toksyczność w procesie beztlenowej stabilizacji komunalnych osadów ściekowych, Monografie nr 105 Komitetu Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, Zielona Góra, 2013.
• [21] Bień J., Wystalska K., Osady ściekowe. Teoria i praktyka, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2011.
• [22] Bernal-Martinez A., Patureau D., Delgenes J.P., Carrere H., Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) during anaerobic digestion with recirculation of ozonated digested sludge, Journal of Hazardous Materials 2009, 162, 1145 – 1150.
• [23] Chang B., Shiung L., Yuan S., Anaerobic biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbon in soil, Chemosphere 2002, 48, 717-724.
• [24] Hermanowicz W., Dojlido J., Zerbe J., Dożański W., Koziorowski B., Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 2003.
• [25] Macherzyński B., Włodarczyk-Makuła M., Ekstrakcja WWA z osadów wydzielonych ze ścieków koksowniczych, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2011, 4, 333-343.
• [26] Wiśniowska E., Janosz-Rajczyk M., Possibility of PAHs removal during co-fermentation of sewage sludge and organic fraction of municipal solid waste, Proceedings of the 9th International Conference of Environmental Science and Technology, Rhodes Island, Greece 2005.
• [27] Bernal-Martinez A., Carrere H., Patureau D., Delgenes J.P., Combining anaerobic digestion and ozonation to removal PAH from urban sludge, Process Biochemistry 2005, 40, 3244-3250.
• [28] Baran S., Oleszczuk P., Zmiany zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w glebie rekultywowanej osadem ściekowym i wełną mineralną, Roczniki Gleboznawcze 2006, 1/2, 13-20.
• [29] Anielak A., Czy archeany najstarsze mikroorganizmy świata mogą współtworzyć nowoczesne systemy oczyszczania? Wydawnictwo Wyższej Szkoły Zarządzania Środowiskiem, Konferencja Naukowa "Gospodarka Wodno-Ściekowa i Odpadowa Miast i Wsi", Tuchola-Tleń 2013, 7-8.