Specjacja metali ciężkich w kondycjonowanych osadach ściekowych stabilizowanych w procesie fermentacji metanowej

• Autorzy: Dąbrowska L. , Papis D.

Warianty tytułu

EN

Speciation of heavy metals in pre-treated sewage sludge after methanogenic fermentation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prezentowane w artykule badania prowadzono w kierunku określenia przydatności kondycjonowania osadów ściekowych metodą termiczną do upłynnienia substratu organicznego i intensyfikacji procesu fermentacji. Podjęto próbę wykazania, na ile kondycjonowanie przyczynia się do przechodzenia jonów metali ciężkich z osadów do cieczy osadowych i wpływa na zmianę form ich występowania w osadach po fermentacji. Stwierdzono korzystny wpływ 6-godzinnego termicznego kondycjonowania osadów na fermentację metanową, o czym świadczy uzyskanie w procesie fermentacji osadu kondycjonowanego większej o ok. 12% sumarycznej ilości biogazu w porównaniu do osadu niekondycjonowanego. Kondycjonowanie termiczne osadu spowodowało przechodzenie jonów cynku, miedzi i niklu do cieczy osadowej, przy czym najwyższy wzrost stężenia uzyskano dla niklu. Kondycjonowanie osadów nie przyczyniło się do istotnych zmian form występowania metali ciężkich w osadach po procesie fermentacji. W przypadku miedzi 85% całkowitej zawartości było związane z frakcją organiczną. Cynk występował głównie w połączeniu z uwodnionymi tlenkami żelaza i manganu (33 ÷ 41%) oraz materią organiczną (29 ÷ 32), odpowiednio w kondycjonowanych i niekondycjonowanych osadach. Nikiel występował w osadzie kontrolnym w podobnych ilościach we wszystkich frakcjach (po ok. 18 ÷ 22% w każdej frakcji), natomiast w osadzie kondycjonowanym głównie w połączeniach z tlenkami żelaza i manganu (24%) oraz materią organiczną (26%). We frakcji związków trudno rozpuszczalnych wyższą zawartość cynku i niklu stwierdzono po fermentacji w osadzie niepoddawanym kondycjonowaniu, co może świadczyć o tym, że intensyfikacja fermentacji poprzez kondycjonowanie termiczne osadów powoduje uwalnianie metali ze stabilnych połączeń.

EN

The research presented in this paper was aimed at determining the influence of thermal pre-treatment of sewage sludge on liquefaction of organic substrates and intensification of the fermentation process. The attempt was also made to evaluate the degree, in which thermal pre-treatment may cause a release of heavy metals (Zn, Cu and Ni) from sludge to the liquid phase, and may affect changes of their forms of occurrence (speciation) in sludge after fermentation. The samples of sludge (primary, excess and fermenting) were obtained from the municipal wastewater treatment plant in Czestochowa. Mesophilic fermentation was carried out in bioreactors (V = 0.55 dm³) with the mixture of primary and excess sludge pre-treated thermally (T = 70°C, t = 6 h) and inoculated with the fermenting sludge. As a control, a bioreactor with non-treated sludge mixture was used. For quantitative determination of heavy metals speciation in sludge the sequential extraction was done according to the modified Tessier's procedure. The profitable effect of 6-hour thermal pre-treatment on methanogenic fermentation was observed due to improved hydrolysis of organic substrates, as indicated by double increase of organic carbon content in the liquid phase, as well as by generation of 12% more biogas (in volume), as compared to the control. Thermal pre-treatment of sludge resulted in a release of all Zn, Cu and Ni ions to the liquid phase, and the highest increase of concentration was observed for Ni ions. However, after fermentation the decrease of heavy metals concentration in the liquid phase and their accumulation in sludge were found in both: test and control reactors. Thermal pre-treatment did not cause any significant changes of heavy metals speciation in sludge after fermentation. In the case of Cu ions, ca. 85% of their total amounts present, were connected with organic matter. Zn ions were mainly bound with hydrated Fe and Mn oxides (33 ÷ 41%) and organic matter (29 ÷ 32%) for pre-treated and non-treated sludge mixtures, respectively. Ni ions were present in the non-treated sludge mixtures in similar amounts in all forms of occurrence (each fraction of ca. 18 ÷ 22%), whereas in the pre-treated sludge they were mainly bound with Fe and Mn oxides (24%) and organic matter (26%). Higher contents of Zn and Ni found in the fraction of non-dissolved compounds after fermentation of non-treated sludge may indicate that intensification of the fermentation process by thermal pre-treatment causes the release of heavy metals from the stable complexes.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; kondycjonowanie termiczne; fermentacja metanowa; specjacja metali ciężkich

EN

sewage sludge; thermal conditioning; methanogenic fermentation; speciation of heavy metals

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 9, nr 4
• Strony: 365--377
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz.

Twórcy

autor

Dąbrowska L.

autor

Papis D.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska, Katedra Chemii, Technologii Wody i Ścieków, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Tessier A., Campbell P.G., Bisson M., Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals, Anal. Chem. 1979, 51 (17), 844-851.
• [2] Wacławek W., Moćko A., Specjacja metali ciężkich, Chemia, Dydaktyka, Ekologia, Metrologia 2000, V, 1-2, 113-117.
• [3] Obarska-Pempkowiak H., Butajło W., Staniszewski A., Możliwości przyrodniczego wykorzystania osadów ściekowych ze względu na zawartość metali ciężkich, II Międzynarodowa i XIII Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Nowe spojrzenie na osady ściekowe - odnawialne źródła energii, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2003, 143-153.
• [4] Dymaczewski Z. i in., Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków, Wyd. PZIiTS, Poznań 1997.
• [5] Szymański K., Janowska B., Formy występowania metali ciężkich w osadach ściekowych, II Międzynarodowa i XIII Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna nt. Nowe spojrzenie na osady ściekowe - odnawialne źródła energii, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2003, 117-129.
• [6] Janosz-Rajczyk M, Dąbrowska L., Płoszaj J., Zmiany zawartości metali ciężkich podczas fermentacji metanowej kondycjonowanych osadów ściekowych, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2003,6,2,157-166.