Attempts of mathematical modelling to access general toxicity of metal containing wastes

• Autorzy: Rauckyte-Żak T.

Warianty tytułu

PL

Próby modelowania matematycznego na potrzeby ogólnej oceny toksyczności odpadów zawierających metale

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Attempts to make preliminary assessment of general toxicity of metal containing wastes, including heavy metals in the first place, were made by using a polynomial, static and at the same time predictive mathematical model. The general toxicity was defined for samples of wastes, where metals were determined by using toxicity characteristic leaching procedure (TCLP). Gradient factors (a, b, c, …, n) for an equation for general toxicity in the form of y(x1, x2, x3, …, xn) = ax1 + bx2 + cx3 + … + nxn were selected with the use of weighted average, considering the contents of the individual metals and their toxicological properties. Seeking the assessment criterion, it was assumed that the contents of metals leached from the tested wastes in toxic concentrations may be hazardous for the components of biosphere when the value of total toxicity fulfils the relation: y(x1, x2, x3, …, xn) ≥ 1. The magnitude of general toxicity (y) was calculated by summation of the experimentally determined individual concentrations of elements, taking into account their weighted fraction in the total toxic load. Basing on computing for the assumed model of general toxicity for selected wastes and considering the verification of the model with reference to the toxicity criteria defined in TCLP, it was found that there existed the coincidence of the achieved results.

PL

Próby wstępnej oceny ogólnej toksyczności odpadów, zawierających w swoim składzie metale, w tym przede wszystkim ciężkie, wykonano za pomocą wielomianowego, statycznego i zarazem prognostycznego modelu matematycznego. Ogólną toksyczność wyznaczono dla próbek odpadów, w których metale były oznaczone metodą toksycznego ługowania TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure). Kierunkowe współczynniki (a, b, c, …, n) do równania ogólnej toksyczności postaci y(x1, x2, x3, …, xn) = ax1 + + bx2 + cx3 + … + nxn dobierano metodą średniej ważonej, biorąc pod uwagę zawartość poszczególnych metali oraz ich właściwości toksykologiczne. Poszukując kryterium oceny, przyjęto, że zawartość form wymywanych metali o stężeniach toksycznych w odpadach może być zagrożeniem dla komponentów biosfery wówczas, gdy wartość ogólnej toksyczności spełnia zależność y(x1, x2, x3, …, xn) ≥ 1. Bezwzględną wartość toksyczności ogólnej (y) wyznaczano, sumując oznaczone doświadczalnie poszczególne szczątkowe stężenia pierwiastków, zaznaczając ich udział ważony w ogólnej puli toksyczności. Na podstawie obliczeń dla przyjętego modelu ogólnej toksyczności wytypowanych odpadów i weryfikacji modelu względem kryteriów toksyczności zdefiniowanych w metodyce TCLP stwierdzono zbieżność uzyskanych wyników.

Słowa kluczowe

EN

general toxicity assessment; mathematical modelling; metals with toxic concentrations

PL

ocena ogólnej toksyczności; modelowanie matematyczne; metale o stężeniach toksycznych

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 5, No. 1
• Strony: 97--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab.

Twórcy

autor

Rauckyte-Żak T.

• Department of Technology and Chemical Engineering, University of Technology and Life Sciences, ul. Seminaryjna 3, 85-326 Bydgoszcz, phone [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] Jones M.N. and Bryan D.N.: Colloidal properties of humic substances. Adv. Colloid. Interface Sci., 1998, 78(1), 1-48.
• [2] Zhang W. and Arhonditsis G.B.: Predicting the frequency of water quality standard violations using Bayesian calibration of eutrophication models. J. Great Lake Res., 2008, 34(4), 698-720.
• [3] Kinniburgh D.G.: General purpose adsorption isotherms. Environ. Sci. Technol., 1986, 20(9), 895-904.
• [4] David S.B. and Allison J.D.: MINTEQA2, An Equilibrium Metal Speciation Model: User’s Manual 4.01. Environmental Research Laboratory, U.S. EPA, Athens, GA, 1999.
• [5] http://www.lwr.kth.se/English/OurSoftware/vminteq/download.html
• [6] Jankaitė A.: Soil remediation from heavy metals using mathematical modelling. J. Environ. Eng. Landsc. Manage., 2009, 17(2), 121-129.
• [7] Baltrėnaitė E. and Butkus D.: Modelling of Cu, Ni, Zn, Mn and Pb transport from soil to seedlings of coniferous and leafy trees. J. Environ. Eng. Landsc. Manage., 2007, 15(4), 200-207.
• [8] Chrysafopoulou E., Kadukova J. and Kalogerakis N.: A whole - plant mathematical model for phytoextraction of lead (Pb) by maize. Environ. Int., 2005, 31(2), 255-262.
• [9] Yahya M.D. and Abdulfatai J.: Mathematical modelling and simulation of mobility of heavy metals in soil contaminated with sewage sludge. 2007, http://lejpt. academicdirect.org/A10/157_168.html
• [10] Clason B., Langston W.J. and Zauke G.P.: Bioaccumulation of trace metals in the amphipod Chaetogammarus marinus (Leach, 1815) from the Avon and Tamar estuaries (UK): comparison of two-compartment and hyperbolic toxicokinetic models. Mar. Environ. Res., 2004, 57(3), 171-195.
• [11] Clason B., Gulliksen B. and Zauke G.P.: Assessment of two-compartment models as predictive tools for the bioaccumulation of trace metals in the amphipod Gammarus oceanicus Segerstråle, 1947 from Grunnfjord (Northern Norway). Sci. Total Environ., 2004, 323(1-3), 227-241.
• [12] US EPA Method 1311, Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP), 1992.
• [13] Mantis I., Voutsa D. and Samara C.: Assessment of the environmental hazard from municipal and industrial wastewater treatment sludge by employing chemical and biological methods. Ecotox. Environ. Saf., 2005, 62, 397-407.
• [14] Zhao L., Zhang F.S., Wang K. and Zhu J.: Chemical properties of heavy metals in typical hospital waste incinerator ashes in China. J. Environ. Sci., 2008, 29(10), 1114-1121.
• [15] U.S. Environment Protection Authority (US EPA), Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP). Fed. Reg., 1986, 51(216), 40643-40653.
• [16] Ure A., Quevauviller P., Muntau H. and Griepnik B.: Speciation of heavy metals in soils and sediments. An account of the improvement and harmonization of extraction techniąues undertaken under auspices of the BCR of the Commission of the European Coinmunities. Int. J. Environ. Anal. Chem., 1993, 51, 135-151.
• [17] Rauckyte T., Pawlak Z. and Żak S.: An assessment of the leaching characteristics of the soil contaminated by heavy metals. Polish. J. Environ. Stud., 2009, 18(3A), 369-374.
• [18] Rauckyte T., Hargreaves D.J. and Pawlak Z.: Determination of heavy metals and volatile aromatic compounds in used engine oils and sludges. Fuel, 2006, 85(4), 481-485.
• [19] Devesa-Rey R., Diaz-Fierros F. and Barral M.T.: Trace metals in river bed sediments: An assessment of their partitioning and bioavailability by using multivariate exploratory analysis. J. Environ. Manage., 2010, 91(12), 2471-2477.
• [20] Electronic Code of Federal Regulations e-CFR. Title 40: Protection and Environment, Part 261-Identification and Listing of Hazardous Waste, Subpart C-Characteristics of hazardous waste §261.24 Toxicity characteristic.