Effect of the Addition of Coal Waste on the Process of Composting and Sorption Capacity of Composts

• Autorzy: Sobik-Szołtysek Jolanta , Kupich Iwona

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku odpadów węglowych na przebieg procesu kompostowania i pojemność sorpcyjną kompostów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

EU directives on the landfill of waste oblige member states to gradually reduce the deposit of biodegradable waste in landfills. In particular, the entire mass of green waste should be transformed into compost, representing a valuable material. Scientific publications contain numerous reports concerning co-composting of green waste with other types of waste materials, including mineral ones. Appropriate choice of input materials may have a positive effect on the properties of the final product. In particular, improving the sorption capacity of compost in terms of the possibility of using it to improve the properties of the soil seems to be a very important issue. The aim of the study was to determine the effect of the addition of waste coal sludge on changes in the sorption capacity of the obtained composts. The potential of using different substrates in the composting process is determined primarily by their proper moisture content, optimal C/N ratio and proper structure, forming an environment with good oxygenation. After theoretical analysis and practical testing, several substrate combinations were selected for the study. The process was conducted using only basic materials (grass, organic fraction of municipal waste, structure-forming materials), and coal sludge in the amount of 10 and 25% by weight. Since composting is a biological process, the course and conditions of the process need to be optimized and controlled. The research was conducted in two series: series 1, at room temperature of bioreactors, and series 2, with additional thermal insulation of bioreactors. The sorption capacity of the obtained composts was determined with reference to methylene blue and zinc sorption from aqueous solutions (the batch method) at a constant liquid-solid contact ratio of 1:20. The most favorable process parameters and satisfactory quality of the obtained compost were observed in mixtures with a lower proportion of coal sludge composted in bioreactors with additional insulation (series 2). In all composts produced with the addition of coal sludge, higher values of the specific surface area (St) with reference to methylene blue were obtained compared to samples without added sludge. These composts also showed a high capability to remove zinc ions (above 92.9%), regardless of the type and proportion of individual substrates. The obtained results confirmed the beneficial effect of 10% of coal sludge addition on the efficiency of the composting process, improvement of the sorption properties of composts, and the quality of the obtained final products.

PL

Dyrektywy Unii Europejskiej w sprawie składowania odpadów zobowiązują państwa członkowskie do stopniowego ograniczenia deponowania odpadów biodegradowalnych na składowiskach. Zwłaszcza cała masa odpadów zielonych powinna ulegać przetworzeniu na cenny materiał – kompost. W publikacjach naukowych pojawiają się liczne doniesienia dotyczące współkompostowania odpadów zielonych z innymi materiałami odpadowymi, w tym mineralnymi. Odpowiedni dobór materiałów wsadowych może korzystnie wpływać na właściwości uzyskiwanego produktu. Zwłaszcza podwyższenie pojemności sorpcyjnej kompostu w aspekcie możliwości wykorzystania go do poprawy właściwości podłoża glebowego wydaje się być zagadnieniem bardzo istotnym. Celem podjętych badań było określenie wpływu dodatku odpadowych mułów węglowych na zmiany pojemności sorpcyjnej wytworzonych kompostów. O możliwości wykorzystania w procesie kompostowania różnych substratów decyduje przede wszystkim ich odpowiednia wilgotność, optymalny stosunek C/N oraz właściwa struktura, tworząca środowisko o dobrym natlenieniu. Po analizie teoretycznej i próbach praktycznych do badań wybrano kilka kombinacji substratów. Proces prowadzono z wykorzystaniem wyłącznie materiałów podstawowych (trawa, organiczna frakcja odpadów komunalnych – OFOK, materiały strukturotwórcze), jak i z dodatkiem mułów węglowych w ilości 10 i 25% wag. Z uwagi na to, że kompostowanie jest procesem biologicznym przebieg i warunki prowadzenia procesu wymagają optymalizacji i kontroli. Badania prowadzono w dwóch seriach: seria I – pokojowa temperatura otoczenia bioreaktorów, seria II – dodatkowa izolacja termiczna bioreaktorów. Pojemność sorpcyjną uzyskanych kompostów określono w odniesieniu do błękitu metylenowego oraz sorpcji cynku z roztworów wodnych (metoda batch) w stałej proporcji kontaktu ciecz-ciało stałe, wynoszącej 1:20. Najkorzystniejsze parametry procesowe oraz satysfakcjonującą jakość uzyskanego kompostu zaobserwowano w mieszankach z mniejszym udziałem mułów węglowych, kompostowanych w bioreaktorach z dodatkowym ociepleniem (seria II). We wszystkich kompostach wytworzonych z dodatkiem mułów węglowych uzyskano wyższe wartości powierzchni właściwej (S_t) w odniesieniu do błękitu metylenowego w porównaniu do próbek bez dodatku mułu. Również właśnie te komposty wykazały dużą zdolność do usuwania jonów cynku (powyżej 92,9%), niezależnie od rodzaju i udziału poszczególnych substratów. Uzyskane rezultaty badań potwierdziły korzystny wpływ 10% dodatku odpadowego mułu węglowego zarówno na przebieg procesu kompostowania, poprawę właściwości sorpcyjnych kompostów, jak i jakość uzyskanych produktów końcowych.

Słowa kluczowe

EN

composting; coal sludge; sorption capacity

PL

kompostowanie; muły węglowe; pojemność sorpcyjna

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 2
• Strony: 1156--1174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Sobik-Szołtysek Jolanta

• Czestochowa University of Technology, Poland

autor

Kupich Iwona

• Czestochowa University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Beesley, L., Moreno-Jiménez, E., Gomez-Eyles, Jl. (2010). Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil. Environmental Pollution, 158(6), 2282-2287.
• 2. Bernal, M.P., Alburquerque, J.A., Moral, R. (2009). Composting of animal manures and chemical criteria for compost maturity assessment, A review. Bioresource Technology, 100, 5444–5453.
• 3. Bhattacharyya, K. G., Sharma, A. (2005). Kinetics and thermodynamics of methylene blue adsorption on Neem (Azadirachta indica) leaf powder. Dyes and pigments, 65(1), 51-59.
• 4. Bielińska, E., Mocek, A. (2010). Właściwości sorpcyjne i aktywność enzymatyczna gleb parków miejskich na terenach o zróżnicowanym wpływie antropopresji. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 55(3), 20-23.
• 5. Bień, J., Milczarek, M., Sobik-Szołtysek, J., Okwiet, T. (2011). Optymalizacja fazy termofilowej w procesie współkompostowania osadów ściekowych i odpadów komunalnych. Nauka Przyroda Technologie, 5, 4, #33.
• 6. Bolan, N., Kunhikrishnan, A., Thangarajan, R., Kumpiene, J., Park, J., Makino, T., Scheckel, K. (2014). Remediation of heavy metal(loid)s contaminated soils – To mobilize or to immobilize? Journal of Hazardous Materials, 266, 141-166.
• 7. Ciesielczuk, T., Karwaczyńska, U., Rosik-Dulewska, Cz. (2011). Możliwości zastosowania kompostu z odpadów do usuwania węglowodorów alifatycznych C6-C9 z roztworu. Rocznik Ochrona Środowiska, 13, 1301-1313.
• 8. Ciesielczuk, T., Rosik-Dulewska, Cz. (2013). Wykorzystanie kompostów z odpadów komunalnych i sorbentów handlowych do degradacji zanieczyszczeń ropopochodnych. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, 766-779.
• 9. Council Directive 1999/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of waste, Official Journal of the European Communities L 182/1.
• 10. Cuske, M., Karczewska, A. (2016). Wpływ materii organicznej na zmiany rozpuszczalności metali ciężkich w glebach zanieczyszczonych w świetle literatury. Uniwersytet Zielonogórski, Zeszyty Naukowe, 162, Nr 42, Inżynieria Środowiska, 39-59.
• 11. Dach, J. (2010). Wpływ poziomu C:N na wielkość emisji amoniaku z kompostowanych osadów ściekowych. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 55(2), 14-18.
• 12. Farrell, M., Jones, D.L. (2010). Use of composts in the remediation of heavy metal contaminated soil. Journal of Hazardous Materials, 175(1), 575-582.
• 13. Gilbert, O., Pablo, de J., Cortina, J.L., Ayora, C. (2005). Municipal compost-based mixture for acid mine drainage bioremediation: Metal retention mechanisms. Applied Geochemistry, 20, 1648-1657.
• 14. Greinert, A. (2009). Poprawa właściwości sorpcyjnych gleb jako warunek utrzymania w dobrym stanie terenów zieleni miejskiej. Rocznik Gleboznawczy, 60, 3, 75-83.
• 15. de Guardia, A., Mallard, P., Teglia, C., Marin, A., Le Pape, C., Launay, M., Benoist, J.C., Petiot, C. (2010). Comparison of five organic wastes regarding their behavior during composting: part 1, biodegradability, stabilization kinetics and temperature rise. Waste Management, 30, 402-414.
• 16. Haug, R.T. (1993). The practical handbook of compost engineering, Lewis Publishers, CRC Press Inc., Florida.
• 17. He, M.M., Tian, G.M., Liang, X.Q. (2009). Phytotoxicity and speciation of copper, zinc and lead during the aerobic composting of sewage sludge. Journal of Hazardous Materials, 163(2), 671-677.
• 18. Himanen, M., Hänninen, M. (2011). Composting of bio-waste, aerobic and anaerobic sludges – Effect of feedstock on the process and quality of compost. Bioresource Technology, 102, 2842-2852.
• 19. Ishii, K., Fukui, M., Takii, S. (2000). Microbial succession during a composting process as evaluated by denaturing gradient gel electrophoresis analysis. Journal of Applied Microbiology, 89, 768 777.
• 20. Jędrczak, A. (2007). Biologiczne przetwarzanie odpadów, Warszawa: PWN.
• 21. Jóźwiak, T., Filipkowska, U., Rodziewicz, J., Mielcarek, A., Owczarkowska, D. (2013). Zastosowanie kompostu jako taniego sorbentu do usuwania barwników z roztworów wodnych. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, 2398-2411.
• 22. Karami, N., Clemente, R., Moreno-Jiménez, E., Lepp, NW., Beesley, L. (2011). Efficiency of green waste compost and biochar soil amendments for reducing lead and copper mobility and uptake to ryegrass. Journal of Hazardous Materials, 191(1), 41-48.
• 23. Koh, S.M., Dixon, J.B. (2001). Preparation and application of organo-minerals as sorbent of phenol, benzene and toluene. Applied Clay Science, 18, 111-122.
• 24. Kwarciak-Kozłowska, A., Bańka, B. (2014). Biofiltracja jako metoda unieszkodliwiania odorów powstających podczas kompostowania frakcji biodegradowalnej odpadów komunalnych i przemysłowych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17, 4, 631-645.
• 25. Kyzioł-Komosińska, J., Rosik-Dulewska, Cz., Dzieniszewska, A., Pająk, M. (2011). Compost as biosorbent for removal of acid dyes from the wastewater generated by the textile industry. Archives of Environmental Protection, 37, (4), 3-14.
• 26. Liang, C., Das, K.C., McClendon, R.W. (2003). The influence of temperature and moisture contents regimes on the aerobic microbial activity of a biosolids composting blend. Bioresource Technology, 86, 131-137.
• 27. McCartney, D., Tingley, J. (1998). Development of a rapid moisture content method for compost materials. Compost Science & Utilization, 6, 73-91.
• 28. Mustin, M. (1987). Le compost, gestion de la matiere organique, Edition Francois Dubuse.
• 29. Ordinance of the Minister of Agriculture and Rural Development on the implementation of certain provisions of the Act on fertilizers and fertilization, Dz.U. 2008 nr 119 poz. 765 (in polish).
• 30. Ozimek, A., Kopec, M., 2012, Ocena aktywności biologicznej biomasy na różnych etapach procesu kompostowania przy użyciu systemu pomiarowego OciTop Control. Acta Agrophysica, 19, 2, 379-390.
• 31. Prost, K., Borchard, N., Siemens, J., Kautz, T., Sequaris, J.-M., Moeller, A., Amelung,W. (2013). Biochar affected by composting with farmyard manure. Journal of Environmental Quality, 42, 164-172.
• 32. Richard, T.L. (1992). Municipal solid waste composting. Physical and biological processing. Biomass & Bioenergy, 3 (3-4), 195-211.
• 33. Richard, T.L., Hamelers, H.V.M., Veeken, A., Silva, T. (2002). Moisture relationship in composting process. Compost Science & Utilization, 10 (4), 286-302.
• 34. Roy, W.R., Krapac, I.G., Chou, S.F.J., Griffin, R.A. (1991). Batch-type procedures for estimating soil adsorption of chemicals, Illinois State Geological Survey, Champaign, Illinois 61820, USA.
• 35. Sidełko, R. (2009). Wpływ czasu przetrzymywania wsadu w bioreaktorze na stabilizację kompostu. Rocznik Ochrona Środowiska, 11, 393-402.
• 36. Sidełko, R., Siebielska, I., Szymański, K., Skubała, A., Kołacz, N. (2014). Ocena stabilności kompostu w czasie rzeczywistym. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 17(2), 221-230.
• 37. Siebielska, I., Janowska, B. (2011). Porównanie zawartości wybranych metali ciężkich w próbkach kompostów. Rocznik Ochrona Środowiska, 13, 815-830.
• 38. Sobik-Szołtysek, J. (2006). Sorpcja kationów cynku na materiałach mineralno-węglowych. Materiały V Konferencji Naukowo-Technicznej „Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle”, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, 412-420.
• 39. Weber, J., Karczewska, A., Drozd, J., Licznar, M., Licznar, S., Jamroz, E., Kocowicz, A. (2007). Agricultural and ecological aspects of sandy soil fertility as affected by the application of composts produced from municipal solid wastes. Soil Biology and Biochemistry, 39, 6, 1294-1302.
• 40. Williamson, J.C., Akinola, M., Nason, M.A., Tandy, S., Healey, J.R., Jones, D.L. (2009). Contaminated land clean-up using composted wastes and impacts of VOCs on land. Waste Management, 29, 1772-1778.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).