Ekstrakcja sekwencyjna w osadach ściekowych

• Autorzy: Bień J. , Chlebowska-Ojrzyńska M. , Zabochnicka-Świątek M.

Warianty tytułu

EN

Sequential extraction in sewage sludge

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykorzystanie osadów ściekowych do gruntów na cele rolne i nierolne ma pewne ograniczenia ze względu na zawartość metali ciężkich i skażeń sanitarnych. Metale ciężkie w glebie ulegają procesom mogącym powodować zmiany stężeń i form chemicznych, dlatego też ich ogólna zawartość nie zawsze jest odpowiednim wskaźnikiem ich bioprzyswajalności. Znajomość mechanizmów immobilizacji chemicznych form pierwiastków pozwala zredukować zagrożenie dla środowiska. W tej pracy przedstawiono metody ekstrakcji sekwencyjnej, które pozwalają określić względny udział poszczególnych frakcji danego pierwiastka i ocenić ich ekoszkodliwość. Posługując się analizą sekwencyjną, można określić ilość danego pierwiastka, który może zostać włączony do łańcucha: osad - gleba - roślina - człowiek. Omówiono istniejące metody ekstrakcji sekwencyjnej, przedstawiono rodzaje użytych ekstrahentów, dokonano opisu warunków prowadzonych procesów i oceny zastosowanych metod ekstrakcyjnych. Przeanalizowano wpływ sposobów ekstrakcji sekwencyjnej na rozdział i mobilność metali w osadach ściekowych. Zaprezentowano metodę chemicznej ekstrakcji sekwencyjnej do oceny jakościowej i ilościowej zawartości metali w poszczególnych frakcjach. Ponadto, przedstawiono porównania i wyniki, mające zobrazować skuteczność ekstrakcji sekwencyjnej we wskazaniu realnych zagrożeń chemicznych. Zaobserwowano, iż do form najbardziej mobilnych, a więc łatwo przechodzących do roztworu, należą metale występujące w połączeniach rozpuszczalnych w wodzie, wymienialne oraz metale związane z węglanami (frakcje 1 i 2). Metale związane z tlenkami żelaza i manganu oraz materią organiczną są również łatwo dostępne, jednak ich uwalnianie zachodzi znacznie wolniej (frakcje 3 i 4). Za unieruchomione metale uznano ich formy, które gromadzą się w pozostałości nierozpuszczalnej w stężonych kwasach. Metale tej frakcji są chemicznie stabilne i biologicznie nieaktywne. Wskazano, iż analiza form chemicznych metali powstałych podczas ekstrakcji zależała od: ilości uzyskanych frakcji, rodzaju i stężenia reagentów, warunków prowadzenia ekstrakcji. Na podstawie uzyskanych przez różnych autorów wyników stwierdzono, że udział określonych form chemicznych pierwiastków uzależniony jest od zastosowanej procedury. Dobór odpowiedniej metody ekstrakcji metali z osadów ściekowych powinien być uzależniony od celu prowadzonej analizy specjacyjnej i analizowanych form chemicznych. Ponadto stwierdzono, iż metody, zarówno zaproponowane przez Tessiera, jak również BCR (Commission of European Communities Bureau of Reference), są wystarczająco powtarzalne i odtwarzalne, aby mogły być stosowane do frakcjonowania metali z osadów ściekowych.

EN

Usage of sewage sludge for agricultural and non-agricultural purposes is limited because of contents of heavy metal particles and sanitary contamination. Heavy metals in soil undergo processes that could cause changes of concentrations and chemical forms, and therefore their overall contents is not always the right indicator of their bioassimilation. Knowledge of immobilization mechanisms related to chemical forms of elements helps to reduce environmental risk. In present paper, sequential extraction methods were presented. These methods allow to determine relative share of each fraction of a certain element, and assess their harmfulness to environment. Sequential analysis can be used to determine concentration of a certain element, which could join to the chain: “sludge - soil - plant - human”. Known methods of sequential extraction have been discussed, types of extractors and description of process parameters have been presented, extraction methods have been valuated. Influence of used extraction method on separation and mobility of metals in sewage sludge has been analyzed. Chemical sequential extraction has been presented as the method for quantitative and qualitative estimation of heavy metals contents in each fraction. In addition, several comparisons and test results have been presented, in order to confirm effectiveness of sequential extraction as the right method to indicate real chemical hazards. It was observed, that metals in easily water-soluble forms, exchangeable metals or bound with carbonates (fraction 1 and 2) are most mobile forms, means easily migrating into the solution. Metals bound with iron oxides, manganese oxides and also bound with organic matter are also easily available, but they are released much slower (fraction 3 and 4). Metals in remaining part, soluble in concentrated acids, are considered as immobile form. Metals in this fraction are chemically stable and biologically inactive. It was indicated, that analysis of chemical forms of metals created during extraction depended on number of fractions, type and concentration of reagents and extraction process parameters. On the basis of results given by various authors, it was concluded that share of certain chemical forms of elements depends on the procedure used for the analysis. Choosing the method of extraction of metals from sewage sludge should depend on the purpose of spacing analysis and types of chemical forms that have to be analyzed. Additionally it was stated, that methods proposed by Tessier and BCR (Commission of European Communities Bureau of Reference) are repeatable and reproducible enough, to be used for fractionation of metals from sewage sludge.

Słowa kluczowe

PL

ekstrakcja sekwencyjna; osady ściekowe; metale ciężkie; mobilność metali ciężkich

EN

sequential extraction; sewage sludge; heavy metals; heavy metals mobility

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 5, No. 1
• Strony: 173--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Bień J.

• Zakład Biologii i Biotechnologii, Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Chlebowska-Ojrzyńska M.

• Zakład Biologii i Biotechnologii, Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Zabochnicka-Świątek M.

• Zakład Biologii i Biotechnologii, Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Fuentes A., Llorens M., Saez J., Antonio S., Aguilar M I., Ortuno J. i Meseguer V.: Simple and sequential extractions of heavy metals from different sewage sludges. Chemosphere, 2004, 54, 1039-1047.
• [2] Nyamangara J.: Use of sequential extraction to evaluate zincand copper in a soil amended with sewage sludge and inorganic metal salts. Agriculture, Ecosyst. Environ., 1998, 69, 135-141.
• [3] Obrador A., Rico M.I., Mingot J.I. i Alvarez J.M.: Metal mobility and potential bioavailability in organic matter-rich soil - sludge mixtures: effect of soil type and contact time. Sci. Total Environ., 1997, 206, 117-126.
• [4] Siepak J.: Analiza specjacyjna metali w próbkach wód i osadów dennych. UAM, Poznań 1998.
• [5] Kabata-Pendias A. i Pendias H.: Trace elements in silos and plants. CRC Press, Boca Raton 2001.
• [6] Sanchez-Martin M.J., Garcia-Delego M., Lorenzo L.F., Rodriguez Gruz M.S. i Arienzo M.: Heavy metals in sewage sludge amended soils determined by sequential extractions as a function of incubation time of soils. Geoderma, 2007, 142, 262-273.
• [7] Bezak-Mazur E. i Dąbek L.: Analiza metali ciężkich w osadach ściekowych z wykorzystaniem ekstrakcji sekwencyjnej. IV Ogólnopolska Konferencja Naukowa Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska, Zesz. Nauk. Polit. Koszalińskiej 2003, Seria Inżynieria Środowiska Nr 21, 183-194.
• [8] Bojanowska I. i Świerk K.: Analiza specjacyjna metali ciężkich zawartych w osadach przemysłowych. Konferencja Naukowa - Polska Chemia w Unii Europejskiej, Gdańsk 2004.
• [9] Tessier A., Cambell P.G. i Bisson M.: Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Anal. Chem., 1979, 51(7), 844-851.
• [10] Rosik-Dulewska C.: Formy wybranych metali ciężkich w kompostach z odpadów komunalnych jako wskaźnik ich oddziaływania na środowisko. Streszcz. Referatów „Komposty z odpadów komunalnych, ich produkcja, wykorzystania i wpływ na środowisko”. Wrocław 2003.
• [11] Nomeda S., Valdas P., Chen S. i Lin J.: Variations of metal distribution in sewage sludge composting. Waste Manage., 2008, 28, 1637-1644.
• [12] Dmochowski D. i Prędecka A.: Wpływ liniowej emisji ołowiu, cynku i niklu ze źródeł komunikacyjnych na zanieczyszczenie małych zbiorników wód powierzchniowych, usytuowanych na terenie aglomeracji warszawskiej. Zakład Monitorowania Bezpieczeństwa, Katedra Analiz i Prognoz Bezpieczeństwa, SGSP 2008.
• [13] Czechowska-Kosacka A.: Solidifikacja osadów ściekowych mineralnymi surowcami odpadowymi a formy specjacyjne metali. II Kongres Inżynierii Środowiska – materiały. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, tom 1, vol. 32, 2005, 1071-1079.
• [14] Yangsheng L., Lantan M., Yaqiong L. i Liting Z.: Evolution of heavy metal speciation during the aerobic composting process of sewage sludge. Chemosphere, 2007, 67, 1025-1032.
• [15] Zemberyova M., Jankovic R., Hagarova I. i Kuss H.M.: Electrothermal atomic absorption spectrometric of vanadium in extracts of soil and sewage sludge certified reference materials after fractionation by means of the Communities Bureau of Reference modified sequential extraction procedure. Spectrochim. Acta Part B, 2007, 62, 509-513.
• [16] Hullebusch E., Sudarno U., Zandvoort M. i Lens P.: Comparison of three sequential extraction procedures to describe metal fractionation in anaerobic granular sludges. Talanta, 2005, 65(2), 549-558.
• [17] Kabata-Pendias A. i Pendias H.: Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 1999.
• [18] Kabata-Pendias A.: Heavy metals in silos - issues in Central and Eastern Europe, Heavy Metals in Environment. Hamburg 1996.