Influence of chromium ions on effectiveness degradation of low-molecule PAHs in sewage sludges

• Autorzy: Włodarczyk-Makuła M.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.4.2

Warianty tytułu

PL

Wpływ chromu na efektywność degradacji małocząsteczkowych WWA w osadach ściekowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to determine the chromium ions influence on removal efficiency of selected polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from sewage sludges under aerobic conditions. The studies were carried out using dewatered and biochemically stabilized sewage sludges taken from a small municipal wastewater treatment plant (WWTP). The changes in the concentration of PAHs were conducted in three series: in sludge samples taken after filter press (biotic samples-control samples), in sewage sludge samples amended with added chromium ions and in sewage sludge samples with added sodium azide (abiotic samples). The chromium ions were added into the sludges samples as a solution of chromium(III) chloride. The sewage sludge samples were incubated for 90 days. Determination of PAHs in sewage sludge samples was made at the beginning of the experiment (the initial concentration) and then six times over 15 days. The gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was used to qualify and quantify PAHs. Six PAHs (2-ring and 3-ring of hydrocarbons) listed by EPA were analysed: naphthalene Naph, acenaphtylene Acyl, acenaphtene Ac, fluorene Flu, phenanthrene Phen, anthracene Antr. In sewage sludges taken from a municipal treatment plant the average PAHs concentration were in the range of 242÷296 μg/kg d.m. The effectiveness of naphthalene was 79 and 81% in the control samples and 78 and 65% in samples amended with chromium chloride carried out in two series, respectively. In abiotic samples the effectiveness removal of naphtalene was 24 and 62% in series, respectively. The average effectiveness of 3-ring PAHs removal ranged 73% in control sewage sludge samples and 56% in sewage sludge amended with chromium(III) chloride, respectively. The effectiveness of removal hydrocarbons in sewage sludge amended with sodium azide (abiotic samples) was 41.5% on average.

PL

Celem badań było określenie wpływu obecności jonów chromu na efektywność degradacji wybranych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych WWA w warunkach tlenowych. Badania prowadzono z wykorzystaniem biologicznie ustabilizowanych osadów ściekowych pobranych z miejskiej oczyszczalni ścieków. Zmiany stężenia WWA w osadach były prowadzone w dwóch seriach: w osadach pobranych z pras filtracyjnych (próbki osadów biotyczne - kontrolne), w osadach ściekowych, do których wprowadzono jony chromu oraz w osadach z dodatkiem azydku sodu (próbki abiotyczne). Jony chromu wprowadzono do osadów w postaci roztworu chlorku chromu(III). Osady były inkubowane przez 90 dób. Oznaczanie WWA w osadach ściekowych prowadzono na początku badań oraz 6-krotnie w odstępach 15-dobowych. Oznaczanie ilościowo-jakościowe WWA prowadzono z wykorzystaniem układu chromatograf gazowy-spektrometr masowy (GC-MS). Oznaczono sześć związków zaliczanych do listy EPA: 2-pierścieniowy naftalen i 3-pierścieniowe: acenaftylen Acyl, acenaften Ac, fluoren Flu, fenantren Fen, antracen Antr. W osadach ściekowych pobranych z oczyszczalni ścieków średnie stężenie WWA było w zakresie 242÷296 μg/kg s.m. Efektywność usuwania naftalenu wynosiła odpowiednio 79 i 81% w osadach kontrolnych i 78 i 65% w osadach, do których wprowadzono roztwór chlorku chromu(III) w dwóch seriach. W osadach abiotycznych efektywność usuwania naftalenu wynosiła w serii I 24% oraz w serii II 62%. Średnia efektywność degradacji 3-pierścieniowych węglowodorów wynosiła 73 i 56% odpowiednio w osadach kontrolnych i osadach z dodatkiem jonów chromu. Efektywność usuwania tych związków w osadach abiotycznych wynosiła średnio 41,5%.

Słowa kluczowe

EN

biotic sewage sludge; biotic sewage sludge with chromium ions; abiotic sewage sludge; naphthalene; acenaphtylene; acenaphtene; fluorene; phenanthrene; anthracene; GC-MS

PL

osady ściekowe biotyczne; osady ściekowe z dodatkiem jonów chromu; osady ściekowe abiotyczne; naftalen; acenaftylen; acenaften; fluoren; fenantren; antracen; GC-MS

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 4
• Strony: 455--467
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., wykr.

Twórcy

autor

Włodarczyk-Makuła M.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Department of Chemistry, Water and Wastewater Technology, ul. Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Chang B.V., Chang S.W., Yuan S.Y., Anaerobic biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbon in sludge, Adv. Environ. Res. 2003, 7, 623-628.
• [2] Trably E., Patureau D., Successful treatment of low PAH-contaminated sewage sludge in aerobic bioreactors, Environ. Sci. Pollut. Res. 2006, 3, 170-176.
• [3] Conte P., Zena A., Pilidis G., Piccolo A., Increased retention of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils induced by soil treatment with humic substances, Environ. Pollut. 2001, 112, 27-31.
• [4] Perez S., Guillamon M., Barcelo D., Quantitative analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in sewage sludge from wastewater treatment plants, J. Chromatogr. A 2001, 938, 57-65.
• [5] Włodarczyk-Makuła M., Janosz-Rajczyk M., The impact of sludges added to the soil on the changes of selected organic pollutants, Pol. J. Environ. Stud. 2007, 2A, 682-685.
• [6] Hua L., Wu W-X., Lin Y-X., Tientchen C.M., Chen Y-X.., Heavy metals and PAHs in sewage sludge from twelve wastewater treatment plants in Zhejiang Province, Biomed. Environ. Sci. 2008, 21, 345-352.
• [7] Regulation of the Minister of Environment on municipal sewage sludge, 25 February 2015, item 257 (in Polish).
• [8] Bernal-Martinez A., Patureau D., Delegens J.P., Carrere H., Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) during anaerobic digestion with recirculation of ozonated sewage sludge, J. Hazard. Mater. 2009, 162, 1145-1150.
• [9] Lee E-H., Kim J., Cho K-S., Ahn Y-G., Hwang G-S., Degradation of hexane and other recalcitrant hydrocarbons by a novel isolate Rhodococcus sp. EH 831, Environ. Sci. Pollut. Res. 2010, 17, 64-77.
• [10] Feilberg A., Nielsen T., Photodegradation of nitro-pahs in viscous organic media used as models of organic aerosols, Environ. Sci. Technol. 2001, 35, 108-113.
• [11] Kornmuller A., Wiesmann U., Continuous ozonation of polycyclic aromatic hydrocarbons in oil/water-emulsions and biodegradation of oxidation products, Wat. Sci. Technol. 1999, 4-5, 107-114.
• [12] Bernal-Martinez A., Carrere H., Patureau D., Delegens J.P., Combining anaerobic digestion and ozonation to remove PAH from urban sludge, Proc. Biochem. 2005, 40, 3244-3250.
• [13] Haftka J.J.H., Govers H.A.J., Parsons J.R., Influence of temperature and origin of dissolved organic matter on the partitioning behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons, Environ. Sci. Pollut. Res. 2010, 17, 1070-1079.
• [14] Maliszewska-Kordybach B., The effect of temperature on the rate of disappearance of polycyclic aromatic hydrocarbonsfrom soils, Environ. Pollut. 1993, 79, 15-20.
• [15] Lazzari L., Sperni L., Bertin P., Pavoni B., Correlation between inorganic (heavy metals) and organic (PCBs and PAHs) micropollutant concentrations during sewage sludge composting processes, Chemosphere 2000, 41, 427-435.
• [16] Chang B.V., Chang S.W., Yuan S.Y., Anaerobic biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil, Chemosphere 2002, 48, 717-724.
• [17] Chipasa K.B., Accumulation and fate of selected heavy metals in a biological wastewater treatment system, Waste Manage. 2003, 23, 2, 135-143.
• [18] Wang J.-Y., Zhang D.-S., Stabnikova O., Tay J.-H., Evaluation of electrokinetic removal of heavy metals from sewage sludge, J. Hazard. Mater. 2005, 124, 1-3, 139-146.
• [19] Włodarczyk-Makuła M., Half-time of carcinogenic PAHs in stored sewage sludge, Arch. Environ. Protect. 2012, 38, 2, 33-44.
• [20] 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.
• [21] Pena M.T., Casais M.C., Mejuto M.C., Cela R., Development of a matrix solid-phase dispersion method for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in sewage sludge samples, Anal. Chim. Acta 2008, 626, 155-165.
• [22] Bochenek D. et al., Statistical Information and Elaborations Environment, Central Statistical Office, Warsaw 2010.
• [23] Traczewska T.M., Biotoxicity of products of transformation of anthracene and phenanthrene in water as well as their possible removal, Monographs, Technical University of Wroclaw, Wrocław 2003.
• [24] Baran S., Bielińska J.E., Oleszczuk P., Enzymatic activity in an airfield soil polluted with polycyclic aromatic hydrocarbons, Geoderma 2004, 118, 221-232.
• [25] Oleszczuk P., Application of three methods used for the evaluation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) bioaccessibility for sewage sludge composting, Biores. Technol. 2009, 100, 413-420.
• [26] Park J.M., Lee S.B., Kim J.P., Kim M.J., Kwon O.S., Jung D.I., Behaviour of PAHs from sewage sludge incineration in Korea, Waste Manage. 2009, 29, 690-695.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.