Half-Life of Carcinogenic Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Stored Sewage Sludge

• Autorzy: Włodarczyk-Makuła M.

Warianty tytułu

PL

Czas połowicznego rozpadu rakotwórczych wieopieścieniowych węglowodorów aromatycznych w składowanych osadach ściekowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In Poland, according to the statistical data, about 40% of sewage sludges originating from wastewater treatment plants are applied in the agriculture. The mentioned way of application of sewage sludges causes the hazard of contamination of environment with carcinogenic compounds due to the presence of some organic micropollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The proposal of changing UE Directive obligates control of organic pollutants (PAHs and others) in sewage sludges applied in the agriculture. The aim of the investigations was to estimate the persistence of PAHs under stored conditions by determining half-life of their decomposition. Eight carcinogenic PAHs, among 16 compounds, listed by EPA were determined. In this study, the quantity changes in the concentration of PAHs in stored sewage sludges were investigated. Sewage sludges were stored under aerobic conditions for 16 weeks. At the same time the sewage sludges with sodium azide added, in order to deactivate the microorganisms (abiotic samples), were also stored. Gas chromatography-mass spectrometry was used to qualify and quantify PAHs in 2- and 4-week intervals. Sewage sludges were taken two fold from a municipal wastewater treatment plant. In practice, the sewage sludges are directed to the disposal site. The initial concentration of 16 PAHs in sewage sludge was equal to 582 ?g/kg.d.m. The changes in the concentration of PAHs corresponded to exponential function. Values of correlation coefficients indicate a significant dependence of PAHs persistence and concentration on time exposition. Under experimental conditions the half-lives of individual compounds were diversed. In biotic samples half-life of hydrocarbons was in the range of 17 to 126 days. Half-life of PAHs in abiotic sewage sludges was in the range of 32 to 2048 days. The most persistent were benzo(a)pyrene and benzo(b) fluoranthene, respectively. A significant dependence of PAHs' decrease on the presence of microorganisms in sewage sludges after 10 weeks of storage was found.

PL

Z ogólnej ilości osadów ściekowych powstających w polskich oczyszczalniach, około 40% jest wykorzystywana przyrodniczo. Ze względu na obecność mikrozanieczyszczeń organicznych takich jak WWA, ten sposób zagospodarowania osadów stanowi zagrożenie zanieczyszczenia środowiska rakotwórczymi związkami. Zmiana Dyrektywy osadowej Unii Europejskiej przewiduje wprowadzenie dopuszczalnych stężeń organicznych mikrozanieczyszczeń, w tym WWA, dla osadów przeznaczonych do rolniczego wykorzystania. Celem badań była ocena trwałości WWA w warunkach składowania poprzez wyznaczenie czasu połowicznego rozpadu. Określono zmiany ilościowe WWA w osadach przechowywanych w warunkach tlenowych przez 16 tygodni. W tych samych warunkach pozostawały także osady, w których zahamowano aktywność mikroorganizmów poprzez dodatek azydku sodu. Ilościową analizę WWA prowadzono z wykorzystaniem zestawu GC-MS w odstępach 2, 4-tygodniowych równolegle w osadach biotycznych i abiotycznych. Oznaczano 8 rakotwórczych WWA (BaA, Ch, BbF, BkF, BaP, DahA, BghiP, IP), które znajdują się wśród 16 związków podanych na liście EPA. Osady pobrano dwukrotnie z oczyszczalni ścieków komunalnych, które w praktyce kierowane są na składowisko. Zawartość początkowa WWA w osadach była na poziomie 582 ?g/kg.s.m. Do opisu trendu zmian stężenia WWA w czasie składowania najodpowiedniejsza jest funkcja wykładnicza. Wartości współczynników korelacji wskazują na silną zależność trwałości WWA i stężenia od czasu składowania. W warunkach prowadzonego eksperymentu czas połowicznego rozkładu był zróżnicowany dla poszczególnych związków. W osadach aktywnych biologicznie czas połowicznego rozpadu badanych węglowodorów był w granicach od 17 do 126 dni. Czas połowicznego rozpadu wyznaczony dla WWA w osadach nieaktywnych biologicznie pozostawał w zakresie od 32 do 2048 dni. Najbardziej trwałe były: benzo(a)piren. i benzo(b)fluoranten. Stwierdzono istotną zależność ubytku WWA od obecności mikroorganizmów w osadach po 10 tygodniach składowania.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; carcinogenic PAHs; half-life; exponential equation; deposition

PL

osad ściekowy; wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne; rakotwórcze WWA; połowiczny rozpad; równanie wykładnicze

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 38, no. 2
• Strony: 33--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Włodarczyk-Makuła M.

• Department of Environmental Chemistry, Water and Wastewater Technology, Częstochowa University of Technology, Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa, Poland,

Bibliografia

• [1].Ambrosoli R., L. Petruzzelli, J.L. Minati, F. A. Marsan: Anaerobic PAH degradation in soil by a mixed bacterial consortium under denitrifying conditions, Chemosphere, 60, 1231-1236 (2005).
• [2].Baran S., J.E. Bielińska, P. Oleszczuk: Enzymatic activity in an airfield soil polluted with polycyclic aromatic hydrocarbons, Geoderma, 118, 221-232 (2004).
• [3].Bernal-Martinez A., H. Carrere, D. Patureau, J P. Delegens: Combining anaerobic digestion and ozonation to remove PAH from urban sludge, Process of Biochemistry, 40, 3244-3250 (2005).
• [4].Bernal-Martinez A., D. Patureau, J P. Delegens, H. Carrere: Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) during anaerobic digestion with recirculation of ozonated sewage sludge, Journal of Hazardous Material, 162, 1145-1150 (2009).
• [5].Bochenek D. et al.: Statistical Information and Elaborations Environment, Central Statistical Office, Warsaw 2010.
• [6].Chang B.V., S.W. Chang, S.Y. Yuan: Anaerobic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in sludge, Advances in Environmental Research, 7, 623-628 (2003).
• [7].Enell A., F. Reichenberg, P. Warfvinge, G. Ewald: A column method for determination of leaching of polycyclic aromatic hydrocarbons from aged contaminated soil, Chemosphere, 54, 707-715 (2004).
• [8].EU Water Framework Directive, Priority substances Directive 2008/105/EC.
• [9].Regulation (EC) No 850/2004 of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on persistent organic pollutants and amending Directive 79/117/EEC.
• [10].Haftka J.J.H., H.A.J. Govers, J.R. Parsons: Influence of temperature and origin of dissolved organic matter on the partitioning behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons, Environmental Science Pollution Research, 17, 1070-1079 (2010).
• [11].Hua L., W-X. Wu, Y-X. Lin, C.M. Tientchen, Y-X. Chen: Heavy metals and PAHs in sewage sludge from twelve wastewater treatment plants in Zhejiang Province, Biomedical and Environmental Science, 21, 345-352 (2008).
• [12].Lee E-H., J. Kim, K-S. Cho, Y-G. Ahn, G-S. Hwang: Degradation of hexane and other recalcitrant hydrocarbons by a novel isolate Rhodococcus sp.EH 831, Environmental Science Pollution Research, 17, 64-77 (2010).
• [13].Lisowska E.: PAH soil concentrations in the vicinity of charcoal kilns in Bieszczady, Archives of Environmental Protection, 4, 41-54 (2010).
• [14].Maliszewska-Kordybach B.: Stability of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil, Institute of Soil Science and Plant Cultivation, Series of Monographs, Puławy (1993) in polish.
• [15].McNally D.L., J.R. Mihelcic, D.R. Lueking: Biodegradation of mixtures of polycyclic aromatic hydrocarbons under aerobic and nitrate-reducing conditions, Chemosphere, 6, 1313-1321 (1999).
• [16].Miege C., M. Bouzige, S. Nicol, J. Dugay, V. Pichon, M.C. Hennion: Selective immunoclean-up followed by liquid or gas chromatography for the monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in urban waste water and sewage sludges used for soil amendment, Journal of Chromatography, 859, 29-39 (1999).
• [17].Northcoot G.L., K. Jones: Partitioning, extractability and formation of nonextractable PAH residues in soil. 1. Compound differences in aging and sequestration, Environmental Science and Technology, 35, 1103-1110 (2001).
• [18].Oleszczuk P.: Application of three methods used for the evaluation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) bioaccessibility for sewage sludge composting, Bioresource Technology, 100, 413-420 (2009).
• [19].Park J.M., S.B. Lee, J.P. Kim, M.J. Kim, O.S. Kwon, D.I. Jung: Behaviour of PAHs from sewage sludge incineration in Korea, Waste Management, 29, 690695 (2009).
• [20].Pena M. T., M.C. Casais, M.C. Mejuto, R. Cela: Development of a matrix solid-phase dispersion method for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in sewage sludge samples, Analytica Chimica Acta, 626, 155-165 (2008).
• [21].Perez S., M. Guillamon, D. Barcelo: Quantitative analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in sewage sludge from wastewater treatment plants, Journal of Chromatography, 938, 57-65 (2001).
• [22].Rosik-Dulewska C., U. Karwaczyńska, T. Ciesielczuk: Leaching of PAHs from fly-ash-sludge blends, Archives of Environmental Protection, 3, 41-49 (2008).
• [23].Standard methods for the examination of water and wastewater. Eds.; Clesceri, L.S.; Greenberg, A.E.; Eaton, A.D.: Washington, Part 2000, 1-90 (1998).
• [24].Trably E., D. Patureau: Successful treatment of low PAH-contaminated sewage sludge in aerobic bioreactors, Environmental Science Pollution Research, 3, 170-176 (2006).
• [25].Włodarczyk-Makuła M., M. Janosz-Rajczyk: The impact of sludges added to the soil on the changes of selected organic pollutants, Polish Journal of Environmental Studies, 2A, 682-685 (2007).
• [26].Wolska L., M. Rawa-Adkonis, J. Namieśnik: Determining PAHs and PCBs in aqueus Samples: Winding and evaluating sources of terror, Anal. Bioanal. Chem., 382, 1389-1397 (2005).
• [27].Zaciera M., W. Mniszek, J. Kurek: Environmental levels of nitro-PAHs in total suspended particulate matter in upper Silesia (Poland), Archives of Environmental Protection, 4, 35-43 (2009).