Content of heavy metals and their fractions in soil in result of residual effect of waste materials

• Autorzy: Antonkiewicz J. , Kowalewska A. , Pełka R.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2014.21(4)35

Warianty tytułu

PL

Zawartość metali ciężkich i ich frakcji w glebie w wyniku następczego oddziaływania materiałów odpadowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Analysed was the effect of various material supplements, ie municipal sewage sludge and various doses of ash-sludge and ash-peat mixtures on total content of heavy metals (Cr, Zn, Pb, Cu, Cd and Ni) and their fractions. Five fractions of heavy metals were determined in soil by means of Tessier’s method after competed three-year pot experiment on maize as the test plant. Application of ash-sludge and ash-peat mixtures to the soil influenced the increase in heavy metal content in soil but the amount of these metals did not exceed the standards established for arable soils. The pot experiment with maize revealed that the residual fraction played the main role in Cr, Zn and Pb accumulation, fraction bound to organic matter in Cu and Ni accumulation, whereas exchangeable and residual fraction in Cd accumulation. Heavy metal mobility (the sum of two first fractions) in the analysed ash-sludge and ash-peat mixtures supplied to the soil, irrespectively of applied extractant, was diversified and did not exceed the following values of total content: Cr – 0.39 %; Zn – 20 %, Pb – 13 %, Cu 10 %, Cd – 69 % and Ni – 4 %. The investigations have shown that cadmium was the best available to maize whereas chromium the least.

PL

Badano wpływ dodatku materiałów, tj. komunalnego osadu ściekowego, popiołu paleniskowego i torfu oraz różnych dawek mieszanin popiołowo-osadowych i popiołowo-torfowych na całkowitą zawartość metali ciężkich (Cr, Zn, Pb, Cu, Cd, Ni) oraz ich frakcje. Oznaczono pięć frakcji metali ciężkich w glebie metodą Tessiera po zakończonym trzyletnim doświadczeniu wazonowym z kukurydzą jako rośliną testową. Zastosowanie do gleby mieszanin popiołowo-osadowych oraz popiołowo-torfowych spowodowało zwiększenie zawartości metali ciężkich w glebie, ale zawartość tych metali nie przekraczała standardów ustalonych dla gleb uprawnych. W doświadczeniu wazonowym z kukurydzą stwierdzono, że główną rolę w magazynowaniu Cr, Zn i Pb odegrała frakcja rezydualna, a Cu i Ni frakcja związana z materią organiczną, natomiast Cd frakcja wymienna i rezydualna. Mobilność metali ciężkich (suma pierwszych dwóch frakcji) w badanych mieszaninach popiołowo-osadowych i popiołowo-torfowych wprowadzonych do gleby, niezależnie od zastosowanego ekstrahenta była zróżnicowana i w przypadku Cr nie przekraczała 0,39 %, Zn – 20 %, Pb – 13%, Cu – 10 %, Cd – 69 %, Ni – 4 % zawartości ogólnych. Z badań wynika, że największą dostępnością dla kukurydzy odznaczał się kadm, a najmniejszą chrom.

Słowa kluczowe

EN

municipal sewage sludge; peat; furnace ashes; soil; heavy metals; speciation

PL

komunalne osady ściekowe; torf; popioły paleniskowe; gleba; metale ciężkie; specjacja

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 21, nr 4
• Strony: 439--452
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., tab.

Twórcy

autor

Antonkiewicz J.

• Department of Agricultural and Environmental Chemistry, University of Agriculture in Krakow, al. A. Mickiewicza 21, 31–120 Kraków, Poland, phone: [phone], fax: [phone]

autor

Kowalewska A.

• Department of Agricultural and Environmental Chemistry, University of Agriculture in Krakow, al. A. Mickiewicza 21, 31–120 Kraków, Poland, phone: [phone], fax: [phone]
• PhD student

autor

Pełka R.

• FHU Art Pel, ul. Opolska 53, 47–120 Zawadzkie, Poland.

Bibliografia

• [1] Bień J, Neczaj E, Worwąg M, Grosser A, Nowak D, Milczarek M, Janik M. Directions management of sludge in Poland after 2013. Eng Protect Environ. 2011;14(4):375-384. [online:] http://is.pcz.pl/124/index/czasopismo_inzynieria_i_ochrona_rodowiska.html.
• [2] Fischer TB, Potter K, Donaldson S, Scott T. Municipal waste management strategies, strategic environmental assessment and the consideration of climate change in England. J Environ Asses Pol Manage. 2011;13(4):541-565. doi: 10.1142/S1464333211004000.
• [3] Act on wastes dated 14 December 2012. Journal of Laws of Poland. No O, Item 21 [in Polish].
• [4] Baran S, Bielińska EJ, Żukowska G. Influence of sludge-ash composts on enzymatic activity of soils developed after sulfur deposit exploitation. Adv Agric Scien Probl Issues. 2009;535:15-21. [online:] http://www.zeszytyproblemowe.pan.pl [in Polish].
• [5] Rosik-Dulewska C, Głowała K, Karwaczyńska U, Robak J. Elution of heavy metals from granulates produced from municipal sewage deposits and fly-ash of hard and brown coal in the aspect of recycling for fertilization purposes. Archiv Environ Protect. 2008;34(2):63-72. http://www.ipis.zabrze.pl/index.php/pl/component/content/article?id=195.
• [6] Antonkiewicz J. Assessment of bioavailability of heavy metals in wastes used for biological reclamation of hazardous waste landfill. 2011;Scientific Papers of the University of Agriculture in Krakow, No 481, Series Dissertation 358: 119 pp. [in Polish].
• [7] Komilis DP, Ham RK. Live-cycle inventory of municipal solid waste nad yard waste windrow composting in the United States. J Environ Eng. 2004;130(11):1390-1400. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2004)130:11(1390).
• [8] Regulation of the Minister of the Natural Environment on municipal sewage sludge dated 13 July 2010. Journal of Laws of Poland, No 137, Item 924 [in Polish].
• [9] Kukier U, Ishak CF, Sumner ME, Miller WP. Composition and element solubility of magnetic and non-magnetic fly ash fractions. Environ Pollut. 2003:123:255-266. http://www.elsevier.com/locate/envpol/a4.3d.
• [10] Katalog odpadów MŚ. 2001. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 r. w sprawie katalogu odpadów. DzU RP, Nr 112, poz. 1206.
• [11] Rozporządzenie MŚ. 2013. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 kwietnia 2013 r. w sprawie składowisk odpadów. DzU RP, poz. 523.
• [12] Chang CY, Wang CF, Mui DT, Chiang HL. Application of methods (sequential extraction procedures and high-pressure digestion method) to fly ash particles to determine the element constituents: A case study for BCR 176. J Hazard Mater. 2009;163:578-587. doi: 10.10.16/j.jhazmat.2008.07.039.
• [13] Antonkiewicz J. Influence of various ash-sludge and ash-peat mixtured on quantity and quality of maize field. Part 1. Macroelements. Ecol Chem Eng. 2006;13(9):865-873.
• [14] Antonkiewicz J. Influence of various ash-sludge and ash-peat mixtures on quantity and quality of maize yield. Part 2. Microelements. Ecol Chem Eng. 2007;14(3-4):257-263.
• [15] Antonkiewicz J. Influence of various ash-sludge and ash-peat mixtures on quantity and quality of maize yield. Part 3. Heavy metals. Ecol Chem Eng. 2007;14(3-4):265-274.
• [16] Qin F, Wen B, Shan X-Q, Xie Y-N, Liu T, Zhang S-Z, Khan SU. Mechanisms of competitive adsorption of Pb, Cu, and Cd on peat. Environ Pollut. 2006;144:669-680. doi: 10.1016/j.envpol.2005.12.036.
• [17] Syrovetnik K, Malmström ME, Neretnieks I. Modelling retention of heavy metals in the Oostriku peat bog, Estonia: Comparison of predicted and observed results. Ap Geochem. 2008;23:1498-1512. doi: 10.1016/j.apgeochem.2008.01.007.
• [18] Tessier A, Campbell PGC, Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analyt Chem. 1979;51(7):844-851.
• [19] Systematyka gleb Polski. Roczniki Gleboznawcze. 2011;62(3):1-193. http://www.degruyter.com/view/j/ssa
• [20] Ostrowska A, Gawliński S, Szczubiałka Z. Methods of analysis and assessment of soil and plant properties. A Catalgoue. Warszawa: Wyd IOŚ; 1991:334 pp. [in Polish].
• [21] Kabata-Pendias A, Piotrowska M, Motowicka-Terelak T, Maliszewska-Kordybach T, Filipiak K, Krakowiak A, Pietruch Cz. Basis for the assessment of chemical contamination of soil – heavy metals, sulfur and PAHs. State Inspectorate for Environmental Protection. A Library Monit. Envir. Warszawa; 1995: 41 pp.
• [22] Kalembasa S, Godlewska A, Wysokiński A. The chemical composition of ashes from brown coal and hard coal in the context of their agricultural utilization. Soil Sci Ann. 2008;59(2):93-97.
• [23] Kalembkiewicz J, Sočo E. Sequential extraction of Cr, Fe, Co, and Ni from industrial ash. Ecol Chem Eng. 2004;11(4-5):347-352.
• [24] Tipping E, Smith EJ, Lawlor AJ, Hughes S, Stevens PA. Predicting the release of metals from ombrotrophic peat due to drought-induced acidification. Environ Pollut. 2003;123:239-253.
• [25] Dziadek K, Wacławek W. Metals in the environment. Part I. Heavy metals (Zn, Cu, Ni, Pb, Cd) in the soil environment. Chem Dydak Ekol Metrol. 2005;10(1-2):33-44.
• [26] He M, Tian G, Liang X. Phytotoxicity and speciation of copper, zinc, and lead during the aerobic composting of sewage sludge. J Hazard Mater. 2009;163(2-3):671-677. http://www.elsevier.com/locate/jhazmat.
• [27] Świetlik R, Trojanowska M. Frakcjonowanie cynku w popiołach lotnych z przemysłowego spalania węgla. Ochr Środ i Zasob Nat. 2009;40:592-600. http://www.ios.edu.pl/pol/ochrona.html.
• [28] Bojarska K., Bzowski Z. Formy ołowiu w popiołach z węgla kamiennego. „Obieg pierwiastków w przyrodzie”. Monografia. Warszawa: Wyd IOŚ; 2001;1:73-79.
• [29] Bojarska K, Bzowski Z. Formy cynku w popiołach z węgla kamiennego. Zesz. Nauk. Komitetu „Człowiek i Środowisko” PAN, „Cynk w środowisku – problemy ekologiczne i metodyczne”. 2002;33:229-236.
• [30] Czekała J, Jakubus M, Mocek A, Owczarzak W. Chromium fractions in composts with contribution of tanning deposits and various organic supplements. Adv Agric Scien Probl Issues, 1996;437:117-122. www.zeszytyproblemowe.pan.pl.
• [31] Piotrowska M, Dutka S. Frakcje metali śladowych w osadach ściekowych jako kryterium ich przydatności w rolnictwie. Arch Ochr Środ. 1987;1-2:65-72. www.ipis.zabrze.pl.
• [32] Kalembasa S, Wysokiński A. Influence of the addition of mineral and organic compounds to waste activated sludges and composting process of those mixtures on their content of heavy metals. Adv Agric Scien Probl Issues. 2008;526:355-362. www.zeszytyproblemowe.pan.pl.