Migration of various chemical compounds in soil solution during inducted phytoremediation

• Autorzy: Fijałkowski K. , Rosikoń K. , Grobelak A. , Kacprzak M.

Warianty tytułu

PL

Migracja wybranych związków chemicznych w roztworze glebowym podczas indukowanej fitoremediacji gleb

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The induction of phytoremediation by addition of complex substrates, such as sewage sludge (e.g. from the food industry), allows for better conditions of plant growth, however, it also increases the risk of chemical compounds leaching to the soil solution. Biogenic compounds occurring in sludge such as nitrogen, organic carbon and phosphorus when migrating with soil solution down the soil profile can lead to underground water contamination. The paper assesses the effect of sewage sludge inducted phytoextraction of Zn, Cd and Pb with the use of Sinapis alba L. (White mustard), Medicago sativa L. (Alfalfa) and Trifolium resupinatum L. (Persian clover) as well as the migration of biogenic compounds (nitrogen, organic carbon and phosporus) in soil solution. Research was conducted in controlled conditions of a phytotronic chamber in which the lysimetric experiment was carried out in order to monitor the changes of total nitrogen, ammonia, phosphates, organic carbon and pH every 3 weeks during the 112 days of the entire experiment. Based on the obtained results it was found that there is no risk of underground water contamination by investigated substances present in sewage sludge, because there was no indication of increased ammonia and carbon migration to the deeper parts of the soil profile.The only exception was the migration of nitrogen compounds other than ammonia (possibly nitrates and nitrites). Due to sewage sludge application the highest concentrations of ammonium nitrogen (211 mgN-NH4 l-1), total nitrogen (299 mg N l-1) and organic carbon (200 mg TOC l-1) were noted at a layer of 30 cm (from top of the column/lysimeter) after 3 weeks of the conducted process. With time a decrease of ammonium nitrogen as well as organic carbon concentration in all columns was noted. There was no indication of phosphates in the soil solution during the entire experiment, which was due to the high cation exchange capacity of the soil matrix.

PL

Wspomaganie procesu fitoekstrakcji wprowadzeniem do gleb substratów złożonych takich jak osady s´ciekowe (z przetwórstwa spożywczego), niesie ze soba. nie tylko stworzenie warunków do poprawy wzrostu ros´lin, lecz takz˙e ryzyko zwie.kszenia wymywania zwia.zków chemicznych do roztworu glebowego. Zwia.zki biogenne pochodza.ce z osadów, tj. azot, we.giel i fosfor, przemieszczaja.c sie. z roztworem glebowym w gła.b profilu, moga. przyczynić sie. do zanieczyszczenia wód podziemnych. W pracy oceniono wpływ indukcji osadami ściekowymi procesu fitoekstrakcji Zn, Cd i Pb w uprawach gorczycy, lucerny i koniczyny na zmiany pH oraz migracje. zwia.zków biogennych (azotu, we.gla i fosforu) w roztworze glebowym. Badania prowadzono w kontrolowanych warunkach komory fitotronowej, w której założono doświadczenie lizymetryczyne, monitorując zmiany azotu całkowitego, amoniaku, fosforanów, węgla organicznego i pH co 3 tygodnie w ciągu 112 dni trwania całego procesu. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, iz˙ w przypadku większości badanych związków pochodzących z osadów ściekowych nie istnieje ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych, poniewaz˙ nie zaobserwowano wzmoz˙onej migracji amoniaku i we.gla do głe.bszych warstw profilu glebowego. Odstępstwem od tej zależności jest migracja związków azotu innych niż amoniak (przypuszczalnie azotany i azotyny). Aplikacja osadów s´ciekowych spowodowała, iz˙ po 3 tygodniach prowadzenia procesu odnotowano najwyz˙sze ste.z˙ enie azotu amonowego (211 mg N-NH4 l-1), azotu całkowitego (299 mg N l-1) oraz we.gla organicznego (200 mg TOC l-1) na poziomie pomiarowym 30 cm (od początku kolumny). W miare. upływu czasu we wszystkich kombinacjach obniżyła się zawartość zarówno azotu amonowego, jak i we.gla organicznego. Natomiast w przypadku fosforanów nie stwierdzono ich obecnos´ci w roztworze glebowym w cia.gu całego procesu w zwia.zku z silna. sorpcja. zachodzącą w glebie.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; phytoremediation; macroelements; retention; migration

PL

indukcja osadami ściekowymi; fitoekstrakcja; fitoremediacja; migracja; związki biogenne; osad ściekowy

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 37, no. 4
• Strony: 49--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Fijałkowski K.

autor

Rosikoń K.

autor

Grobelak A.

autor

Kacprzak M.

• Częstochowa University of Technology, Institute of Environmental Engineering, Brzeznicka 60a, 42-200 Częstochowa,,

Bibliografia

• [1] Ashworth A.D., B.J. Alloway: Soil mobility of sewage sludge-derived dissolved organic matter, copper, nickel and zinc, Environmental Pollution, 127, 137-144 (2004).
• [2] Clemente R., N.M. Dickinson, N.W. Lepp: Mobility of metals and metalloids in a multi-element contaminated soil 20 years cessation of the pollution source activity, Environmental Pollution, 155, 254-261 (2008).
• [3] Fijalkowski K., M. Kacprzak: Biologically induced phytoextraction of Zn, Pb and Cd from highly polluted soil by: Salix viminalis root-dipping in ectomycorrhizal fungi inoculum and sewage sludge fertilization, New Biotechnology, 25, 313-313 (2009).
• [4] Fytianos K., E. Charantoni: Leaching of heavy metals from municipal sewage sludge, Environment International, 4, 467-475 (1998).
• [5] Jasiewicz C., J. Antonkiewicz, Z, Mazur, T. Mazur, W. Krajewski: Agrochemical properties of soils fertilized with sewage sludge from sewage treatment plant at Olecko, Ecological Chemistry and Engineering, 14, 457-462 (2007).
• [6] Keskin B., I.H. Yilmaz, M.A. Bozkurt, H. Akdeniz: Sewage sludge as nitrogen source for irrigated silage sorghum, Journal of Animal and Veterinary Advances, 8, 573-578 (2009).
• [7] Kuziemska B., K., Kalembasa: Influence of Soil Contamination with Nickel and Liming on Lead and Manganese Contents in Red Clover Biomass, Archives of Environmental Protection, 34, 95-107 (2009).
• [8] Marchi G., L.R.G. Guilherme, A.C. Chang, C.W. Araujo do Nascimento: Heavy metals extractability in a soil amended with sewage sludge, Sci. Agric., 5, 643-649 (2009).
• [9] McBride M. B.: Toxic metals in sewage sludge-amended soils has promotion of beneficial use discounted the risks?, Advances in Environmental Research, 8, 5-19 (2003).
• [10] Merrington G., I. Oliver, R.J. Smernik, M.C. McLaughlin: The influence of sewage sludge properties on sludge-borne metal availability, Advances in Environmental Research, 8, 21-36 (2003).
• [11] Ociepa E., J. Lach, W. Stepien: Influence of diversified fertilisation on the bioaccumulation of heavy metals and on the crop yields of plants, Ecol. Chem. Eng. S, 14, 223-231 (2007).
• [12] Ociepa A., K. Pruszek, J. Lach, E. Ociepa: Influence of long-term cultivation of soils by means of manure and sludge on the increase of heavy metals content in soils, Ecol. Chem. Eng. S, 15, 103-109 (2008).
• [13] Paluszek J.: The Influence of Urban Green Waste Compost on the Physical Quality of Soil Exposed to Erosion, Archives of Environmental Protection, 36, 97-111 (2010).
• [14] Prasad M.N.V.: Phytoremediation of Metals in the Environment for Sustainable Development, Proc. Indiannatn. Sci. Acad., B70, 71-98 (2004).
• [15] Polish norm, PN-EN ISO 6878:2006.
• [16] Polish norm, PN-ISO 10694:2002.
• [17] Polish norm, PN-ISO 11047:2001.
• [18] Polish norm, PN-ISO 7150-1:2002.
• [19] Samaras P., C.A. Papadimitriou, I. Haritou, A.I. Zouboulis: Investigation of sewage sludge stabilization potential by the addition of fly ash and lime, Journal of Hazardous Materials, 154, 1052-1059 (2008).
• [20] Worwag M., J. Bien, I. Zawieja: Complexes od microorganisms in the oxygen-free stabilization processes of sewage sludge, Proceedings of Ecopole, 4, 515-522 (2010).
• [21] Yongming L., Q, Xianliang, S. Jing, C. Peter, M. Wong: Use of multi-layer column device for study on leachability of nitrate in sludge-amended soils, Chemosphere, 52, 1483-1488 (2003).