Evaluation of the Effect of Municipal Sewage Sludge Compost and Furnace Waste on the Quality of Amur Silver Grass Miscanthus Sachariflorus Biomass

• Autorzy: Krzywy-Gawrońska E.

Warianty tytułu

PL

Ocena oddziaływania kompostu z komunalnego osadu ściekowego i odpadów paleniskowych na jakość biomasy miskanta cukrowego (Miscanthus Sachariflorus)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A single-factor field experiment was carried out at the Cultivar Evaluation Station in Szczecin-Dabie in 2008-2010. The soil on which this experiment was set up is formed from light loamy sand (lls). In respect of granulometric composition, it is classified to the category of light soils, of soil quality class IV b and good rye complex. In the experiment, compost produced with municipal sewage sludge by the GWDA method was used. This compost contained clearly more nitrogen and phosphorus in relation to potassium. The content of heavy metals (Cd, Cu, Mn, Ni, Pb and Zn) in composts did not exceed standards of the Regulation of the Minister of Agriculture and Rural Development (Official Journal of Laws No. 165, item 765 of 2008) referring to organic fertilisers. In the study design, the following fertilisation treatments were applied: I - carbonate lime (CaCO3) at a dose of 1.5 Mg CaO ź ha-1, II - high-calcium brown coal ash at a dose of 1.5 Mg CaO ź ha-1, III - municipal sewage sludge compost at a dose of 250 kg Nźha-1, IV - municipal sewage sludge compost at a dose of 250 kg N ź ha-1 + high-calcium brown coal ash at a dose of 1.5 Mg CaO ź ha-1 (1st year of study), V - high-calcium brown coal ash at a dose of 1.5 Mg CaO ź ha-1 (1st year of study), and 0.75 Mg CaO ź ha-1 in following study years each, VI - municipal sewage sludge compost at a dose of 250 kg N ź ha-1 + high-calcium brown coal ash at a dose of 1.5 Mg CaO ź ha-1 (1st year of study), and 0.75 Mg CaO ź ha-1 in following study years each. In addition, mineral fertilisation was applied annually in the form of multi-component fertiliser Polifoska 20, complex fertiliser Polimag S and ammonium nitrate. A test plant was perennial grass - Amur silver grass (Miscanthus sachariflorus). The obtained results show that Amur silver grass biomass contained on average the most nitrogen, ie 6.87 gźkg-1 d.m., in 2008, while the most phosphorus (0.39 g Pźkg-1 d.m.), potassium (7.82 g Kźkg-1 d.m.), magnesium (0.98 g Mgźkg-1 d.m.) and sulphur (1.19 g Sźkg-1 d.m.) in 2010, whereas the most calcium ie 4.13 g Ca kg-1 d.m., in 2009. Significantly more nitrogen, calcium and sulphur was contained by Amur silver grass biomass from the objects where municipal sewage sludge compost had been applied without and with addition of high-calcium brown coal ash when compared to calcium carbonate or high-calcium brown coal ash being applied at a dose of 1.5 Mg CaO ź ha-1. Differences in average phosphorus, potassium and magnesium contents in test plant biomass from particular fertilisation objects were not significant. The biomass of Amur silver grass contained significantly more cadmium, nickel, lead and zinc as affected by organic fertilisation without and with addition of high-calcium brown coal ash when compared with the objects where solely calcium carbonate or high-calcium brown coal ash had been introduced into soil. Differences in the average content of cadmium, nickel and zinc in test plant biomass from the objects fertilised with municipal sewage sludge compost without and with addition of high-calcium brown coal ash were not significant. The uptake of heavy metals by Amur silver grass biomass, ie its mean value of three harvest during three years of its cultivation, can be arranged in the following descending order of values: Zn > Mn > Pb > Cu > Ni > Cd. The degree of cadmium, copper, manganese, nickel, lead and zinc bioaccumulation in test plant biomass differed, depending on the fertilisation applied. The average degree of cadmium, nickel, lead and zinc accumulation after three study years was intense for all fertilisation objects, whereas average for copper and manganese.

PL

Doświadczenie polowe jednoczynnikowe przeprowadzono w latach 2008-2010 w Stacji Oceny Odmian w Szczecinie - Dąbiu. Gleba, na której założono doświadczenie, wytworzona została z piasku gliniastego lekkiego (pgl). Pod względem składu granulometrycznego zalicza się ją do kategorii gleb lekkich, kompleksu przydatności rolniczej IV b, żytniego dobrego. W doświadczeniu użyto kompostu wyprodukowanego z udziałem komunalnego osadu ściekowego metodą GWDA. Kompost ten zawierał wyraźnie więcej azotu i fosforu w stosunku do potasu. Zawartość metali ciężkich (Cd, Cu, Mn, Ni, Pb i Zn) w kompostach nie przekraczała norm z Rozporządzenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi (DzU.08.165.765) dotyczących nawozów organicznych. W schemacie badań zastosowano następujące kombinacje nawozowe: I - wapno węglanowe (CaCO3) w dawce 1,5 Mg CaO ź ha–1, II - wysokowapniowy popiół z węgla brunatnego w dawce 1,5 Mg CaO ź ha–1, III - kompost z komunalnego osadu ściekowego w dawce 250 kg N ź ha–1, IV - kompost z komunalnego osadu ściekowego w dawce 250 kg N ź ha–1 + wysokowapniowy popiół z węgla brunatnego w dawce 1,5 Mg CaO ź ha–1 (I rok badań), V - wysokowapniowy popiół z węgla ź ha–1. Dodatkowo corocznie stosowano nawożenie mineralne w postaci Polifoski 20, Polimagu S i saletry amonowej. Rośliną testową była wieloletnia trawa miskant cukrowy (Miscanthus sachariflorus). Uzyskane rezultaty wskazują, że biomasa miskanta cukrowego zawierała średnio najwięcej azotu - 6,87 g ź kg–1s.m. w 2008 roku, a fosforu - 0,39 g ź kg–1s.m., potasu - 7,82 g ź kg–1s.m., magnezu - 0,98 g ź kg–1s.m. i siarki - 1,19 g ź kg–1s.m. w 2010 roku. Natomiast wapnia w 2009 roku 4,13 g ź kg–1s.m. Istotnie więcej azotu, wapnia i siarki zawierała biomasa miskanta cukrowego z obiektów, w których stosowano kompost bez i z dodatkiem wysokowapniowego popiołu z węgla brunatnego w porównaniu z węglanem wapnia lub wysokowapniowym popiołem z węgla brunatnego stosowanymi w dawce 1,5 Mg CaO ź ha–1. Różnice w średniej zawartości fosforu, potasu i magnezu w biomasie rośliny testowej z poszczególnych obiektów nawozowych nie były istotne. Biomasa miskanta cukrowego pod wpływem nawożenia rganicznego bez i z dodatkiem wysokowapniowego popiołu z węgla brunatnego zawierała istotnie więcej kadmu, niklu, ołowiu i cynku w porównaniu z obiektami, w których do gleby wprowadzono wyłącznie węglan wapnia lub wysokowapniowy popiół z węgla brunatnego. Różnice w średniej zawartości kadmu, niklu i cynku w biomasie rośliny testowej z obiektów nawożonych kompostem bez i z dodatkiem popiołu z wysokowapniowego węgla brunatnego nie były istotne. Pobranie metali ciężkich przez biomasę miskanta, średnia z trzech zbiorów w ciągu trzech lat uprawy, układała się w następującym szeregu malejących wartości: Zn > Mn > Pb > Cu > Ni > Cd. Stopień bioakumulacji metali ciężkich w biomasie rośliny testowej był zróżnicowany w zależności od zastosowanego nawożenia. Średni stopień akumulacji po trzech latach badań dla wszystkich obiektów nawozowych dla kadmu, niklu, ołowiu i cynku był intensywny, a miedzi i manganu średni.

Słowa kluczowe

EN

compost; calcium carbonate; high-calcium brown coal ash; Amur silver grass (Miscanthus sachariflorus); macroelements; content; uptake; heavy metals bioaccumulation

PL

kompost; węglan wapnia; wysokowapniowy popiół z węgla brunatnego; miskant cukrowy; zawartość makroskładników; pobranie i bioakumulacja metali ciężkich

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 20, nr 2
• Strony: 303--320
• Opis fizyczny: Bibliogr. 56 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Krzywy-Gawrońska E.

• Department of Land Reclamation and Environmental Chemistry, Western Pomeranian University of Technology in Szczecin, ul. J. Słowackiego 17, 71-434 Szczecin, Poland, phone [phone],

Bibliografia

• [1] Aggelides SM, Londra PA. Effects of compost produced from town wastes and sewage sludge on the physical properties of a loamy and a clay soil. Bioresour Technol. 2000;71(3):253-259. DOI: 10.1016/S0960-8524(99)00074-7.
• [2] Carbonell G, Imperial RM, Torrijos M, Delgado M. Effects of municipal solid waste compost and mineral fertilizer amendments on soil properties and heavy metals distribution in maize plants. Chemosphere. 2011;85(10):1614-1623. DOI:101016/j.chemosphere.2011.08.025.
• [3] Li H, Wang Y, Weixiang W, Murray B, McBride Y, Chen J. Biomass and Cu and Zn uptake of two Turfgrass species grown in sludge compostsoil mixtures. Water Air Soil Pollut. 2007;188(1-4):225-234. DOI: 10.1007/s11270-007-9539-1.
• [4] Jasiewicz C, Antoniewicz J, Mazur Z, Krajewski W. Agrochemical properties of soil fertilized with sewage sludge from sewage treatment plant at Olecko. Ecol Chem Eng. 2007;14(5-6):457-463.
• [5] Harrison EZ, Oakes SR, Hysell M, Hay A. Organic chemical in sewage sludge. Sci of the Rotal Environ. 2006;367:481-497. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2006.04.002.
• [6] Korboulewsky N, Dupouyet S, Bonin G. Environmental risks of applying sewage sludge compost to vineyards. J Environ Qual. 2002;31:1522-1527. DOI:10.2134/JEQ2002.1522.
• [7] Czekała J. Właściwości chemiczne kompostu wytworzonego z komunalnego osadu ściekowego i różnych bioodpadów. J Res Appl Agric Eng. 2008;53(3):35-41.
• [8] Roca-Perez L, Martinez C, Marcilla P, Boluda R. Composting rice straw with sewage sludge and compost effects on the soil-plant system. Chemosphere. 2009;75(6):58-65.DOI:10.1016/j.chemosphere. 2008.12.058.
• [9] Cai Q-Y, Mo C-H, Wu Q-T, Zeng Q-Y, Katsoyiannis A. Concentration and speciation of heavy metals in six different sewage sludge-composts. J Hazard Mat. 2007;147:1063-1072. DOI: 10.1016/j.jhazmet.2007.01.142.
• [10] Haroun M., Idris A., Syed Omar S.R. Characterisation and composting of tanery sludge. Malaysian J. Soil Sci. 2007;11:71-80. DOI:10.1016/j.wasman.2006.09.006.
• [11] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie komunalnych osadów ściekowych DzU 10.137.924.
• [12] Torri SI, Lavado R. Zinc distribution in soils amended with different kinds of sewage sludge. J Environ Manage. 2008;88(4):1571-1579. DOI: 10.1016/j.jenvman.2007.07.026.
• [13] Tracy D, Baker B. Heavy metals in fertilizers used in organic production. www. omri. b6-205-02-14.pdf, 2005, Org. Metales in Fertilizers.
• [14] Kabata-Pendias A, Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants. (3rd ed.) CRC Press. 2000, 4-13.
• [15] Antonkiewicz J. Influence of various ash-sludge and ash-peat mixtures on quantity and quality of maize yield. Cz. III. Heavy metals. Chem Inż Ekol. 2007;14(3-4):265-274.
• [16] Staisz J, Pasoń-Konieczyńska A, Konieczyński J. Wstępna ocena emisji pierwiastków śladowych w wyniku spalania węgla kamiennego. Arch Ochr Środ. 2000;26(1);7-20.
• [17] Kwiatkowska B, Cierpiszewski R, Domka F. The impact of acid precipitation on the texture of fly ash and bioavailable metals. Ekol Techn. 2006;14(2):53-58.
• [18] Stankowski S, Gibczyńska M, Bielińska EJ, Szczygielski T, Kanafek J. Popioły z energetyki - ocena przydatności do celów nawozowych. Puławy: Wyd UPS; 2006:7-35.
• [19] Gibczyńska M, Meller E, Hury G. Oddziaływanie popiołu z węgla brunatnego na wybrane właściwości fizyczno-chemiczne gleby lekkiej. Zesz Probl Post Nauk Roln. 2007;518:53-61.
• [20] Quant B. Przeciwdziałanie negatywnemu oddziaływaniu składowisk odpadów paleniskowych na otoczenie z wykorzystaniem osadów ściekowych. Ekol Techn. 2000;8(4):95-99.
• [21] Maciejewska A, Wrońska D. Zagospodarowanie mieszanin osadowo-popiołowych w świetle literatury, obowiązujące prawa i praktyki. In: Obieg pierwiastków w przyrodzie. Monografia, t. 2. Gworek B, Misiak J, editors. Warszawa: Dział Wyd IOŚ; 2003;634-642.
• [22] Kovàćik P, Macàk M, Ducsay L, Halcćinovà M, Janćich M. Effect of ash-fly ash mixture application on soil fertility. J. Elem. 2011; 16(2):215-225. DOI: 10.5601/jelem.2011.16.2.05.
• [23] Antonkiewicz J. Effect of ash-sludge mixtures and peat ash on the yield of grass mixtures Birdsfoot trefoil and the contents of selected elements in the mix. Acta Sci Polon Formatio Circumiectus. 2007;6(3):61-72.
• [24] Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonywania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu. DzU.08.119.765.
• [25] Rocznik Statystyczny Rzeczpospolitej Polski. Warszawa: GUS; 2010.
• [26] Blumberg M, Bach G, Baldin K. Berichte zu der Veranstaltung Energieseminar an der TU-Berlin Rottetrommel. Adenda 21 und Abfalentlentsorgung. Berlin: Walter de Gruyter; 2004.
• [27] Kuo S, Ortiz-Escobar ME, Hue NV, Hummel RL. Composting and compost utylization for agronomic and container crops. Recent Res Devel Environ Biol. 2004;(I):415-531.
• [28] Cherif H, Ayari F, Quazari H, Marzorati M, Brusetti L, Jedidi N, Hassen A, Daffonchio D. Effects of municipal solid waste compost, farmyard manure and chemical fertilizers on wheat growth, soil compositiation and soil bacterial characteristics under Tunisian arid elimate. Europ J Soil Biol. 2009; 45:138-145. DOI: 10.1016/j.ejsobi 2008.11.003.
• [29] Krzywy-Gawrońska E. The effect of industrial wastes and municipal sewage sludge compost on the quality of virginia fanpetals (Sida hermaphrodita Rusby) biomass. Part 1. Macroelements content and their uptake dynamics. Polish J Chemical Technology. 2012;14(2), 9-15. DOI: 10.2478/v10026-012-0064-7.
• [30] Migaszewski ZM, Gałuszka A. Podstawy geochemii środowiska. Warszawa: Wyd. NT; 2007;195-269.
• [31] Iżewska A., Przydatność kompostów z komunalnego osadu ściekowego do nawożenia miskanta cukrowego Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack. Szczecin: Wyd ZUT w Szczecinie. 2009; 108.
• [32] Kuś J, Matyka M. Wybrane elementy uprawy roślin na cele energetyczne. Nowoczesne technologie pozyskiwania i energetycznego wykorzystania biomasy. Monografia. Wyd. Instytut Energetyki; 2010;101-120.
• [33] Łabętowicz J, Stępień W. Nawożenie roślin energetycznych (wierzba, miskant, ślazowiec). Nowoczesne technologie pozyskiwania i energetycznego wykorzystania biomasy. Monografia. Wyd. Instytut Energetyki; 2010;89-100.
• [34] Kiryluk A. Wpływ osadu ściekowego na produkcję biomasy roślinnej i zawartość makroelementów w mieszankach rekultywacyjnych traw. Zesz Probl Post Nauk Roln. 2003;494:167-173.
• [35] Kalembasa D, Malinowska E. Wpływ dawek osadu ściekowego na plon i skład chemiczny traw Miscanthus sacchariflorus. Fragm Agron. 2007;24(93):113-117.
• [36] Kalembasa D, Malinowska E. Wpływ dawek osadu ściekowego na plon biomasy trawy Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack, zawartość siarki oraz wartość energetyczną. Zesz Probl Post Nauk Roln. 2008;533:173-179.
• [37] Kalembasa D, Malinowska E. Zawartość makroskładników w biomasie trawy Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack. oraz w glebie po trzech latach uprawy. Zesz Probl Post Nauk Roln. 2009;537:153-161.
• [38] Stasiak M. Trawa Miscanthus sacchariflorus jako roślina wykorzystywana w bioremediacji i energii odnawialnej In: Biotechnologia środowiska. Materiały XIII Ogólnopolskiego Seminarium Studentów i Doktorantów, Wisła-Jarzębata 8-10 grudnia 2006. Gliwice: Wyd. Polit Śl. 2006;171-175.
• [39] Tworkowski J, Stolarski M, Wróblewska H., Skład chemiczny i wartość energetyczna biomasy wierzby krzewiastej, ślazowca pensylwańskiego i miskanta olbrzymiego. Zesz Probl Post Nauk Roln. 2010;547:401-408.
• [40] Maciejewska A. Węgiel brunatny jako źródło substancji organicznej i jego wpływ na właściwości gleb. Warszawa: Wyd Politech Warszawska; 1998;52-67.
• [41] Wysokiński A, Kalembasa S. Wybrane parametry fizyczno chemiczne świeżych i kompostowanych osadów ściekowych oraz ich mieszanin z CaO lub popiołem z węgla brunatnego Acta Sci Pol Formatio Circumietus, 2006;5(1):51-61.
• [42] Li S, Zhang K, Zhou S, Zhang L, Chen Q. Use of dewatered municipal sludge on Canna growth in pot experiments with a barren clay soil. Waste Manage. 2009; 29(6):1870-1876. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.12.07
• [43] Jasiewicz C, Antonkiewicz J, Baran S. Influence of organic fertilizers on heavy metal content in tall oat grass. Ecol Chem Eng. 2006;13(9):915-923.
• [44] Mohammad MJ, Athamneh M. Changes in soil fertility and plant uptake of nutrients and heavy metals in response to sewage sludge application to calcareous soil. J Agron. 2004;3(3):229-236.
• [45] Wang P, Zhang S, Wang C, Hou J, Guo P, Lin Z. Study of heavy metal in sewage sludge and in Chinese cabbage grown in soil amended with sewage sludge. African J Biotechnol. 2008;7(9):1329-1334.
• [46] Grabas K, Kołwzan B, Gediga K, Spiak Z. Bioaccumulation of trace elements in some plant species growing in the under environmental effect of the Kowary mine tailing pond. Pol J Environ Stud. 2006;15(2): 273-280.
• [47] Kozanecka T, Czarnowska K, Brogowski Z, Kwsowski W. Content of microelements in selected herbs natural meadows. Pol J Environ Stud. 2006;15(2): 385-389.
• [48] Hua L, Wu W, Liu Y, McBribe MB, Chen Y. Reduction of nitrogen loss and Cu and Zn mobility during sludge composting with bamboo charcoal amendment. Environ Sci Pollut Res Int. 2009;16(1):1-9. DOI: 10.1007/s11356-008-0041-0.
• [49] Hargreaves JC, Adl MS, Warman PR. A review of the use of composted municipal solid waste in agriculture. Agric. Ecosys. Environ. 2008;123: 1-14. DOI. 10.1016/j.agee.2007.07.004.
• [50] Bose S, Jain A, Rai V, Ramanathan AL. Chemical fractionation and translocation of heavy metals in Canna indica L. grown on industrial soil. J Hazard Mater. 2008;160:187-193. DOI: 0.1016/j.jhazmat.2008.02.119.
• [51] Liu J, Xiong Z, Li T, Huang H. Bioaccumulation and ecophysiological responses to copper stress in two populations of Rumex dentaus L., from Cu contaminated and noncontaminated sites. Environ Exp Bot. 2004;52:43-51. DOI:10.1016/j.envexploat.2004.01.005.
• [52] Gorlach E, Gambuś F, Michniak A. The effect of pH on the uptake of heavy metals by Italian ryegrass (Lolium multiflorum) in the conditions of their differentiated contents in soil. Pol J Soil Sci. 1990;23(1):17-23.
• [53] Randal SS, Bruce RJ. Zinc sorption by B Horizon soil as a function of pH. Soil Sci Soc Am J. 1991;55:1592-1597.
• [54] Gilewska M. Przetwarzanie i wykorzystanie popiołów wysokowapniowych. Parametry jakościowe węgla brunatnego i popiołów powstających w wyniku jego spalania w elektrowni. Materiały Międzynarodowego Seminarium Naukowo-Technicznego. Bełchatów: Wyd Ekotech Bełchatów. 2006;285-293.
• [55] Eriksson E, Christensen N, Schmidt JF, Ledin A. Potential priority pollutants in sewage sludge. Elsevier. 2008;226:371-388. DOI: 10.1016/j.desol.2007.03.019.
• [56] Flis-Bujak M, Baran S, Żukowska G. Właściwości materii organicznej wybranych odpadów o charakterze nawozowym. Zesz Probl Post Nauk Roln. 1996;437:147-153