Mobilność metali ciężkich w osadach ściekowych na przykładzie wybranej oczyszczalni ścieków

• Autorzy: Gawdzik J.

Warianty tytułu

EN

Mobility of heavy metals in sewage sludge for example wastewater treatment plant

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań specjacji metali ciężkich w osadach ściekowych. Zastosowano metodykę proponowaną przez Community Bureau of Reference (BCR). Badano osady ściekowe z oczyszczalni ścieków w Ostrowcu Świętokrzyskim. Przepustowość oczyszczalni ścieków wynosiła Qdmax = 20 200 m3/d (88 060 RLM). Wykazano obecność metali ciężkich we wszystkich frakcjach (FI, FII, FIII, FIV). Należy stanowczo podkreślić, że dominującymi formami występowania analizowanych metali są połączenia metaloorganiczne oraz glinokrzemiany. Stanowi to odpowiednio frakcję III i frakcję IV wg BCR. Metalem o maksymalnej względnej zawartości w mobilnej frakcji I był nikiel (17,9%). W mobilnej frakcji II dominował kadm. Jego względna zawartość wynosiła 7,8%. Nieznacznie niższa była tu zawartość niklu (6,7%). Najbardziej mobilnym metalem (FI+FII) był więc nikiel - 24,6%. Wyniki badań dla ustabilizowanych tlenowo osadów ściekowych potwierdziły obserwowaną tendencję koncentracji metali ciężkich we frakcjach niemobilnych, tu w połączeniach z glinokrzemianami (kadm - 72,8%; chrom - 73,4%; ołów - 75,6%). Wynika z tego, że dominujące formy występowania badanych metali ciężkich są niemobilne. Wykazano tym samym, że sumaryczna zawartość metali ciężkich w osadach ściekowych nie jest obiektywnym kryterium oceny zagrożenia środowiska. Mając to na uwadze, należy jednak nadmienić, iż immobilizowane we frakcji FIII metale ciężkie mogą stanowić potencjalne niebezpieczeństwo dla gruntu w strefie aeracji.

EN

The sewage sludge heavy metals can be dissolved, precipitated, precipitated with metal oxides, and adsorbed or associated on the particles in biological debris. Heavy metals are found in the form of oxides, hydroxides, sulphides, sulphates, phosphates, silicates, organic connections forming complexes with humic compounds and complex sugars. Polish regulations specifying the maximum levels of heavy metals in municipal sewage sludge used for agricultural purposes refer to the total content of lead, cadmium, mercury, nickel, zinc, copper and chromium. The aim of this study was to evaluate the mobility of heavy metals in sewage sludge from wastewater treatment plants in Ostrowiec Świętokrzyski (the Świętokrzyskie Province). The wastewater treatment plant is mechanical-biological. Inflow of sewage are domestic sewage mixed with rain water or a thaw. The Ostrowiec Świętokrzyski wastewater treatment plant of the capacity of 80 060 PE uses the activated sludge method. Receiver of wastewater is Kamienna river. Stabilized sewage sludge from the wastewater treatment plant in Ostrowiec Świętokrzyski was analyzed in accordance with the extraction method proposed by the Community Bureau of Reference (BCR). Zinc, cadmium, lead and nickel were determined by means of the standard addition with the use of the Perkin-Elmer 3100-BG FAAS atomic absorption spectrophotometer (with the background correction function turned on). Chromium and copper were tested using the FAAS technique. In order to determine mercury the CVAAS method was employed. The sequence analysis revealed the presence of heavy metals in all fractions (FI, FII, FIII, FIV). It should be strongly emphasised that organometallics and aluminosilicates constitute the most prevalent forms of metals under consideration. Those, according to BCR, make fraction III and fraction IV, respectively. The maximum content of heavy metals in the mobile fraction I was found for nickel (17.9%). The maximum content of heavy metals in the mobile fraction II was found for cadmium (7.8%). Nickel was thus the most mobile metal. The results for anaerobic stabilized sewage sludge confirmed a trend being observed in heavy metals concentration in the immobile fractions, here in combination with aluminosilicates (cadmium - 72.8%, chromium - 73.4%, lead - 75.6%). On the basis of the investigations, it can be concluded that the dominant forms of heavy metals are immobile. It was shown that the total content of heavy metals in the sewage sludge does not provide an objective criterion for the environmental risk evaluation. Bearing that in mind, however, it should be noted that heavy metals immobilized in the fraction FIII, may pose a potential hazard to soil in the aeration zone.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; metale ciężkie; ekstrakcja sekwencyjna; specjacja metali; BCR

EN

sewage sludge; heavy metals; sequential extraction; metals speciation; BCR

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 15, nr 1
• Strony: 5--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Gawdzik J.

• Politechnika Świętokrzyska, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Inżynierii i Ochrony Środowiska, Zakład Gospodarki Odpadami, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce,

Bibliografia

• [1] Alvarez E.A., Mochón M.C., Jiménze Sánchez J.C., Rodríguez M.T., Heavy metal extractable forms in sludge form wastewater treatment plants, Chemosphere 2002, 47, 765-775.
• [2] Chen M., Li X., Yang Q., Zeng G., Zhang Y., Liao D., Liu J., Hu J., Guo L., Total concentration and speciation of heavy metals in sewage sludge from Changasha, Zhuzhou and Xiangtan in middle-south region of China, Journal of Hazardous Materials 2008, 160, 324-329.
• [3] Dahlin C.L., Williamson C.A., Collins W.K., Dahlin D.C., Sequential extraction versus comprehensive characterization of heavy metal species in brownfield soils, Environmental Forensics 2002, 3, 191-201.
• [4] Fytili D., Zabaniotou A., Utilization of sewage sludge in UE asslication of old and new methods - A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2008, 12, 116-140.
• [5] Ryu H.W., Moon H.S., Lee E.Y., Cho K.S., Choi H., Leaching characteristics of heavy metals from sewage sludge by Acidithiobacillus thiooxidans MET, Journal of Environmental Quality 2003, 32, 751-759.
• [6] Weiner R.F., Matthews R.A., Environmential Engineering, Elsevier Science, Burlington 2003.
• [7] Xiang L., Chan L.C., Wong J.W.C., Removal of heavy metals from anaerobically digested sewage sludge by isolated indigenous iron-oxidizing bacteria, Chemosphere 2000, 41, 283-287.
• [8] Strawn D.G., Sparks D.L., Effects of soil organic matter on the kinetics and mechanisms of Pb(II) sorption and desorption in soil, Soil Sci. Am. J. 2000, 64, 144-156.
• [9] De La Guardia M., Morales-Rubio A., Modern strategies for the rapid determination of metals in sewage sludge, Trends in Analytical Chemistry 1996, 15, 8, 311-318.
• [10] Krogmann U., Boyles L.S., Bamka W.J., Chaiprapat S., Martel C.J., Biosolids and sludge management, Water Environ. Res. 1999, 71, 5, 692-714.
• [11] Gruca-Królikowska S., Wacławek W., Metals in the environment, Part II. Effect of heavy metals on plants, Chemia-Dydaktyka-Ekologia-Metrologia 2006, 11, 41-56.
• [12] GUS, Bank danych regionalnych, 2009.
• [13] Karczewska A., Bogda A., Wolszczak M., Gałka B., Szopka K., Kabała C., Copper, lead, and zinc in soils within the industrial part of Różanka district in Wrocław, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 2009, 41, 516-522.
• [14] Dziadek K., Wacławek W., Metals in the environment, Part I. Heavy metals (Zn, Cu, Ni, Pb, Cd) in the soil environment, Chemia-Dydaktyka-Ekologia-Metrologia 2005, 10, 33-44.
• [15] Del Castilo P., Rix J., Intern. J. Environ. Anal. Chem. 1993, 51, 59-64.
• [16] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 lipca 2010 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych, DzU Nr 137, poz. 924.
• [17] PN-EN ISO 5667-13:2004. Jakość wody - Pobieranie próbek - Część 13: Wytyczne dotyczące pobierania próbek osadów z oczyszczalni ścieków i stacji uzdatniania wody.
• [18] EN ISO 15587:2002. Water quality. Digestion for the determination of selected elements in water. Part 1: Aqua regia digestion.
• [19] Council Directive of 12 June 1986, on the protection of the environment, and in particular of the soil, when sewage sludge is used in agriculture, 86/278/EEC.
• [20] Working document on sludge. 2000. 3rd Draft - EC DG XI, ENV/E.3/LM.
• [21] Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu, DzU Nr 119, poz. 765.