Porównanie metod oceny zagrożenia środowiska gruntowo-wodnego metalami ciężkimi wymywanymi z osadów ściekowych

• Autorzy: Dąbrowska L. , Karwowska B.

Warianty tytułu

EN

A comparision of estimation methods of potential heavy metals leaching from sewage sludge disposal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem prezentowanych badań było porównanie wyników uzyskanych w laboratoryjnych testach ługowania osadu ściekowego, stosowanych do oceny zagrożenia, jakie stwarza dla środowiska gruntowo-wodnego określony odpad, przeznaczony do składowania. Zastosowano dwie metody: statyczną (wyciąg wodny) i dynamiczną (badania kolumnowe). Efekty wymywania odniesiono do zawartości metali w określonych formach specjacyjnych w osadzie, do oznaczania których zastosowano sekwencyjną ekstrakcję metali zgodnie z procedurą Tessiera. Cynk w badanym osadzie pochodzącym z miejskiej oczyszczalni ścieków w Częstochowie występował głównie w połączeniach z uwodnionymi tlenkami żelaza i manganu (37% całkowitej zawartości), nikiel we frakcji metali wymiennych (31%) i węglanowej (24%). Ołów i kadm związany był w formach trudno rozpuszczalnych (odpowiednio 89 i 34%), z kolei miedź występowała we frakcji organicznej (82%). Stwierdzono, że test z zastosowaniem wyciągu wodnego daje informacje o całkowitej możliwej do wyługowania ilości metali, a nie o ich potencjalnej mobilności i szybkości uwalniania się z osadu. Bardziej przydatne do oceny zagrożenia środowiska gruntowo-wodnego są analiza specjacyjna metali i metoda dynamiczna ługowania osadu z wykorzystaniem kolumn lizymetrycznych. W wyciągu wodnym oznaczono najwyższe stężenie niklu i cynku, a najniższe kadmu. Ilość wyekstrahowanych metali zmieniała się w następującej kolejności: Ni > Zn > Cu > Pb > Cd. Z kolei zawartość procentowa w stosunku do całkowitej zawartości kształtowała się inaczej: Ni > Cd > Pb > Zn > Cu. Całkowita ilość wyekstrahowanego niklu wynosiła 38,8% i wartość ta potwierdza wysoki udział tego metalu we frakcjach o dużej mobilności. Wyniki uzyskane metodą dynamiczną potwierdziły rezultaty uzyskane metodą wyciągu wodnego. Nikiel i cynk charakteryzowały się najwyższą wymywalnością, jednak całkowita zawartość Ni i Zn była 9 i 10 razy niższa niż w wyciągu wodnym. Oznacza to, iż proces uwalniania tych metali z osadów ściekowych do środowiska gruntowo--wodnego może być długotrwały.

EN

The presence of heavy metals is one of the important factors affected the final disposal of sewage sludge. Rainfall water can leach metals from sludge disposed on the ground of soil. Therefore heavy metals present in sewage sludge constitute real environmental hazard from the point of view of soil and groundwater pollution. The objective of this study was to verify environmental risk for soil and groundwater from chosen heavy metals (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) leached from disposed sewage sludge and degree of heavy metals leaching from sewage sludge. Sewage sludge used in this study was digested and dewatered sludge collected from municipal wastewater treatment plant in Częstochowa in March 2007. Quantitative analysis of heavy metal fractions in sludge was realized using the selective sequential extraction according to the modified Tessier procedure. Zinc was generally associated with iron and manganese oxides bounded fraction (37% of total content) and nickel was principally distributed between exchangeable metals (31%) and carbonate bounded metals fractions (24%). Lead and cadmium were contained to practically insoluble compounds (89% and 34%) and copper was mainly bounded with organic matter (82%). The concentration and potential leachability of Zn, Ni, Cu, Cd and Pb in the sewage sludge were studied also by simple water extraction described in Polish standard and dynamic column leaching analysis. It was confirmed that the batch test did not reflect real environ-mental risk from leachable from sludge metals. Sequential and dynamic leaching analysis with lizymetric columns are more useful procedures for determination and verification of metal contents released from sewage sludge to the soil and groundwater. In simple water extraction procedure the highest content of nickel and zinc was extracted and the lowest of cadmium. Quantity of selected metals changed according the scheme: Ni > > Zn > Cu > Pb > Cd. However, percentage ratio (to the initial content in sludge) was in the scheme: Ni > Cd > Pb > Zn > Cu. Total content of extracted nickel was 38.9%, but extracted zinc only 2,9%, because of its very high initial concentration in sludge. That percentage confirmed high contribution of nickel in mobile fractions. Dynamic method confirmed results obtained in simple extraction procedure. The highest leaching from sewage sludge was for nickel and zinc. However total content of Ni and Zn in eluates was 9 and 10 times lower than in water extracts. That fact suggests long-time process of releasing for that metals from sewage sludge to soil and groundwater. It should be mentioned that concentration of that metals in eluates were not very high. The amount of leached metals correlates significantly with two first fractions extracted during speciation method. Total contents of Cu, Pb and Cd obtained in water extracts and eluates were quantitatively similar that metals content in mobile fraction of sewage sludge. Low concentrations of analysed licavy metals in eluates suggest that studied sewage sludge disposal should be relatively safe for soil and groundwater.

Słowa kluczowe

PL

metale ciężkie; osady ściekowe; ekstrakcja sekwencyjna; dynamiczne ługowanie; wyciąg wodny

EN

heavy metals; sewage sludge; sequential extraction; dynamic leaching tests; simple water extraction

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 10, nr 4
• Strony: 281--291
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Dąbrowska L.

autor

Karwowska B.

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

Bibliografia

• [1] Bień J.B., Osady ściekowe - teoria i praktyka, Wyd. 1, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2002.
• [2] Bezak-Mazur E., Dąbek L, Analiza metali ciężkich w osadach z wykorzystaniem ekstrakcji sekwencyjnej, Materiały VI Konferencji Naukowej nt. Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska, Koszalin-Ustronie Morskie 2003, 183-193.
• [3] Fuentes A., Lloréns M., Sáez I, Soler A., Aguilar M.I., Ortuno J.F., Meseguer V.F., Simple and sequential extraction of heavy metals from different sewage sludges, Chemosphere 2004, 54, 1039-1047.
• [4] Tessier A., Campbell P.G., Bisson M., Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals, Analytical Chemistry 1979, 51(7), 844-851.
• [5] Rudd T. et al., Characterisation of metal forms in sewage sludge by chemical extraction and progressive acidification, The Science of the Total Environment 1988, 74, 149-175.
• [6] Obrador A., Rico M.I., AWarez J.M., Novillo J., Influence of thermal treatment on sequential extraction and leaching behaviour of trace metals in a contaminated sewage sludge, Bioresource Technology 2001, 76, 259-264.
• [7] Glyzes Ch., Tellier S., Astruc M., Fractionation studies of trace elements in contaminated soils and sediments: a review of sequential extraction procedures, Trends in Analytical Chemistry 2002,21,451-467.ługowanie, wyciąg wodny
• [8] Bezak-Mazur E., Specjacja w ochronie i inżynierii środowiska, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, Kielce 2004, Nr 20.
• [9] Amir S., Hafidi M., Merlina G., Revel J.-C, Sequential extraction of heavy metals during composting of sewage sludge, Chemosphere 2005,59, 801-810.
• [10] Chen Y.-X., Hua Y.-M., Zhang S.-H., Tian G.-M, Transformation of heavy metal forms during sewage sludge bioleaching, Journal of Hazardous Materials 2005, B123,196-202.
• [11] Fytianos K., Charantoni E., Voudrias E., Leaching of heavy metals from municipal sewage sludge, Environment International 1998, 24(4), 467-475.
• [12] Woźniak M., Żygadło M., Latosińska J., Ocena chemicznej stabilności osadów ściekowych składowanych w naturalnych warunkach środowiskowych, Ochrona Środowiska 2004,1,25-31.
• [13] PN-Z-150009, Odpady stałe, przygotowanie wyciągu wodnego, 1997.
• [14] Szczepańska J., Kmiecik E., Procedury testowania odpadów a problemy zagrożenia i ochrony wód, Gospodarka Wodna 1998, 6, 224-230.
• [15] Siepak J., Kierunki i tendencje rozwoju współczesnej analityki próbek środowiskowych, Materiały VI Konferencji Naukowej nt. Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska, Koszalin-Ustronie Morskie 2003, 55-78.
• [16] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dn. 01.08.2002 r w sprawie komunalnych osadów ściekowych (DzU Nr 134, poz. 1140).
• [17] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dn. 24.07.2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska (DzU Nr 137, poz. 984).