Occurence of Metals in Total Suspended Solids in Urban Waters Determined by Sequential Extraction

• Autorzy: Drozdova J. , Raclavska H. , Skrobankova H.

Warianty tytułu

PL

Występowanie metali w całkowitej ilości cząstek zawieszonych w wodach miejskich określona za pomocą ekstrakcji sekwencyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The binding of metals to total suspended solids (TSS) and their speciation in urban wastewater drastically influences the efficiency of capturing metals in sewage sludge in the framework of wastewater treatment plant technology. In this article, a modified sequential extraction procedure of the Bureau Communautaire de reference (BCR) was applied to TSS from urban wastewater and digested sludge samples. Samples were collected from combined sewer system and the Central Wastewater Treatment Plant in Ostrava, Czech Republic. The collection of wastewater samples and digested sludge was performed April to June 2013. Altogether, 42 samples of urban wastewater and 3 samples of digested sludge were obtained. The sequential extraction of TSS has proven that the highest proportions of As, Cr, Cu, Ni and Fe are associated with the residual fraction (61-75%). Zn and Mn are bound to the reducible fraction (64-65%). Finally, Pb and Cd are bound predominantly to the oxidizable fraction (56%). The results show that general trend proportions of metals from TSS in the oxidizable fraction is Cd ~ Pb > Cu > Zn > Fe > Ni > Cr > As > Mn. The distribution of metals between fractions was highly variable in digested sludge. The smallest amounts of all metals in digested sludge are associated with the exchangeable fraction (Ni 5.8%; other metals < 3.7%). Cadmium, Zn and Mn are predominantly bound within the reducible fraction (68%, 37% and 35%). In the case of the oxidizable fraction, the contents of all metals are relatively low (max 20.3% of Fe). Except Cd, the predominant portions of all metals in digested sludge are bound to residual fraction (45.8-99.7%). The comparison of distribution metals in the individual fractions from TSS and digested sludge shows that the portions of Cd, Cu, Cr, Mn, Pb, Zn and Fe are significantly different. The results indicated that Cu, Cd, Pb, Zn and Mn in digested sludge are bound in silicates well as to the phosphates.

PL

Wiązanie metali we frakcji ciał stałych zawieszonych w wodzie (TSS – Total Suspended Solids) oraz ich specjacji w miejskich ściekach drastycznie wpływa na efektywność wychwytywania metali w osadach ściekowych w ramach technologii oczyszczalni ścieków. W tym artykule, zmodyfikowana procedura ekstrakcji sekwencyjnej biura Bureau Communautaire de Reference (BCR) została zastosowana do zawiesiny ciał stałych ze ścieków komunalnych i przefermentowanych próbek osadu. Próbki pobrano z połączonego systemu kanalizacji i Centralnej Oczyszczalni Ścieków w Ostrawie, Czechy. Pobieranie próbek ścieków i przefermentowanego osadu przeprowadzano od kwietnia do czerwca 2013 roku. Łącznie uzyskano 42 próbki ścieków komunalnych oraz 3 próbki przefermentowanego osadu. Sekwencyjna ekstrakcja TSS dowiodła, że największy odsetek As, Cr, Cu, Ni i Fe jest związany we frakcji pozostałości (61-75%). Zn i Mn są związane we frakcji redukowalnej (64-65%). Wreszcie, Pb i Cd są związane głównie we frakcji utlenialnej (56%). Wyniki pokazują, że ogólny trendu proporcji metali pochodzących z TSS we frakcji utlenialnej przedstawia się następująco: Cd ~ Pb> Cu> Zn> Fe> Ni> Cr> W> Mn. Rozkład metali między frakcjami różnił się znacząco w przefermentowanym osadzie. Najmniejsze ilości wszystkich metali w przefermentowanym osadzie związane są z frakcją wymienną (Ni 5,8%; inne metale <3,7%). Kadm, Zn i Mn są głównie związane we frakcji redukowalnej (68%, 37% i 35%). W przypadku frakcji utlenialnej, zawartość wszystkich metali jest stosunkowo niska (maksymalnie 20,3% Fe). Z wyjątkiem Cd, dominujące porcje wszystkich metali w przefermentowanego osadu są związane z frakcji pozostałości (45.8-99.7%). Porównanie dystrybucji metali w poszczególnych frakcjach z TSS i przefermentowanego osadu wskazuje, że części Cd, Cu, Cr, Mn, Pb, Zn i Fe są znacząco różne. Wyniki wskazują, że Cu, Cd, Pb, Zn i Mn z przefermentowanego osadu związane są z krzemianami a także fosforanami.

Słowa kluczowe

EN

digested sludge; metals; sequential extraction; total suspended solids (TSS); urban wastewater

PL

osad przefermentowany; metale; wydobycie sekwencyjne; całkowita zawartość zawiesin; ścieki miejskie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 15, nr 2
• Strony: 35--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Drozdova J.

• Energy Units for Utilization of non Traditional Energy Sources (ENET), VŠB – Technical University of Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33, Ostrava, Czech Republic

autor

Raclavska H.

• Institute of Geological Engineering, VŠB - Technical University of Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33, Ostrava, Czech Republic

autor

Skrobankova H.

• Institute of Environmental Engineering, Faculty of Mining and Geology, VŠB - Technical University of Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33, Ostrava, Czech Republic

Bibliografia

• 1. Ma, L. Q. and Rao G. N.. Chemical Fractionation of Cadmium, Copper, Nickel, and Zinc in Contaminated Soils. Journal of Environment Quality. 1997, vol. 26, no 1, p. 259-264. DOI: 10.2134/ jeq1997.00472425002600010036x
• 2. Nemati, K., Nor Kartini Abu Bakar, Mhd. Radzi Abas, Elham Sobhanzadeh. Speciation of heavy metals by modified BCR sequential extraction procedure in different depths of sediments from Sungai Buloh, Selangor, Malaysia. Journal of Hazardous Materials. 2011, vol. 192, issue 1, p. 402-410. DOI: 10.1016/j. jhazmat.2011.05.039
• 3. Leleyter, L., Rousseau C., Biree L., Baraud F. Comparison of EDTA, HCl and sequential extraction procedures, for selected metals (Cu, Mn, Pb, Zn), in soils, riverine and marine sediments. Journal of Geochemical Exploration. 2012, vol. 116-117, p. 51-59. DOI: 10.1016/j.gexplo.2012.03.006
• 4. Dong, B., Liu X., Dai L., Dai X.. Changes of heavy metal speciation during high-solid anaerobic digestion of sewage sludge. Bioresource Technology. 2013, vol. 131, p. 152-158. DOI: 10.1016/j.biortech.2012.12.112
• 5. Chen, M., Li X., Yang Q., Zeng G., Zhang Y., Liao D., Liu J., Hu J., Guo L. Total concentrations and speciation of heavy metals in municipal sludge from Changsha, Zhuzhou and Xiangtan in middle-south region of China. Journal of Hazardous Materials. 2008, vol. 160, issue 2-3, p. 324-329. DOI: 10.1016/j. jhazmat.2008.03.036
• 6. Liu, J., Sun S. Total concentrations and different fractions of heavy metals in sewage sludge from Guangzhou, China. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013, vol. 23, issue 8, p. 2397-2407. DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62747-8
• 7. Ure, A. M., Quevauviller Ph., Muntau H., Griepink B. Speciation of Heavy Metals in Soils and Sediments. An Account of the Improvement and Harmonization of Extraction Techniques Undertaken Under the Auspices of the BCR of the Commission of the European Communities. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 1993, vol. 51, issue 1-4, p. 135-151. DOI: 10.1080/03067319308027619
• 8. Abollino, O., Malandrino M., Giacomino A., Mentasti E. The role of chemometrics in single and sequential extraction assays: A review: Part I. Extraction procedures, uni- and bivariate techniques and multivariate variable reduction techniques for pattern recognition. Analytica Chimica Acta. 2011, vol. 688, issue 2, p. 104-121. DOI: 10.1016/j.aca.2010.12.020
• 9. Bacon J. R., Davidson Ch. M. Is there a future for sequential chemical extraction? The Analyst. 2008, vol. 133, issue 1, p. 25-46. DOI: 10.1039/B711896A
• 10. Pueyo M., J. Mateu, Rigol A., Vidal M., López-Sánchez J. F., Rauret A. G. Use of the modified BCR three-step sequential extraction procedure for the study of trace element dynamics in contaminated soils. Environmental Pollution. 2008, vol. 152, issue 2, p. 330-341. DOI: 10.1016/j.envpol.2007.06.020
• 11. Jamali M. K., Tasneem G., Kazi, H I. Afridi, Arain M. B., Jalbani N., Memon A. R.. Speciation of heavy metals in untreated domestic wastewater sludge by time saving BCR sequential extraction method. Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2007, vol. 42, issue 5, p. 649-659. DOI: 10.1080/10934520701244433
• 12. Sutherland, R. A. BCR®-701: A review of 10-years of sequential extraction analyses. Analytica Chimica Acta. 2010, vol. 680, issue 1-2, p. 10-20. DOI: 10.1016/j.aca.2010.09.016
• 13. Tessier A., Campbell P. G. C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry. 1979, vol. 51, issue 7, p. 844-851. DOI: 10.1021/ac50043a017
• 14. Mossop K. F. Davidson Ch. M. Comparison of original and modified BCR sequential extraction procedures for the fractionation of copper, iron, lead, manganese and zinc in soils and sediments. Analytica Chimica Acta. 2003, vol. 478, issue 1, p. 111-118. DOI: 10.1016/S0003-2670(02)01485-X
• 15. Staelens, N., Parkpian P., Polprasert Ch. Assessment of metal speciation evolution in sewage sludge dewatered in vertical flow reed beds using a sequential extraction scheme. Chemical Speciation and Bioavailability. 2000, vol. 12, issue 3, p. 97-107. DOI: 10.3184/095422900782775517
• 16. Alonso, E., I. Aparicio, J.l. Santos, P. Villar, A. Santos. Sequential extraction of metals from mixed and digested sludge from aerobic WWTPs sited in the south of Spain. Waste Management. 2009, vol. 29, issue 1, p. 418-424. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.01.009
• 17. Lasheen M.R., Ammar N. S. Assessment of metals speciation in sewage sludge and stabilized sludge from different Wastewater Treatment Plants, Greater Cairo, Egypt. Journal of Hazardous Materials. 2009, vol. 164, issue 2-3, p. 740-749. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.08.068
• 18. Zhu N., Qiang-Li X., Guo, Hui-Zhang, Yu-Deng. Sequential extraction of anaerobic digestate sludge for the determination of partitioning of heavy metals. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2014, vol. 102, p. 18-24. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2013.12.033
• 19. Wang, C., Li X., Ma H., Qian J., Zhai J. Distribution of extractable fractions of heavy metals in sludge during the wastewater treatment process. Journal of Hazardous Materials. 2006, vol. 137, issue 3, p. 1277- 1283. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.04.026
• 20. Raclavská, H., Škrobánková H., Doškářová Š. Potential reduction in nutrient leachability from sewage sludge applied in land reclamation. Journal of the Polish Mineral Engineering Society. 2011, vol. 28, no. 2, p. 47-61