Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Bioavailability of heavy metals in the municipal sewage sludge

Karwowska B., Dąbrowska L.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2017

|

Vol. 24, nr 1

75--86

EN

Usually chemical form of metal is considered as the most important factor influencing its mobility and bioavailability. In order to determine forms of heavy metals in sewage sludge the speciation analysis is used. The analysis is based on sequential extraction of metals with increasingly aggressive solvents. Reagents chosen for each step extract metal groups with specified properties. The four steps extraction (BCR) gained wide recognition. It extracts metals in following groups: I – exchangeable and associated with carbonates, II – associated with hydrated iron oxides and manganese oxides, III – associated with organic matter, IV – metals that can be found in the residual fraction. Metals found in the first fraction (exchangeable and carbonate) are believed to be mobile. The release of those metals can occur with change in pH or in ionic composition of liquid. Metals bound to hydrated forms of iron and manganese oxides and to organic matter are also available. The fraction of iron and manganese oxides is sensitive to redox changes, whereas metals bound to organic matter are released during mineralization of the substrate. Metals considered to be immobilized are those that can be found only in the residue, which dissolves only in concentrated mineral acids. The speciation analysis of heavy metals in stabilized sewage sludge gives information important for determination of the rate at which heavy metals pass into soil solution and also, as a consequence, their uptake by plants. This information is especially important when considering agricultural usage of sludge. The purpose of presented studies was compare the amount of metals potentially available for plants with their content in chemicals forms detected with sequential extraction procedure and evaluation the hypothesis that content of metals in some fractions could be equivalent to their bioavailability The report presents results of BCR sequential extraction procedure of metals (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) from sewage sludge from two WWTP and single extraction with 1 M HCl used for determination of bioavailable forms of metals. Our studies stated the presence of copper and cadmium generally in the organic fraction, nickel and lead in the residual fraction and zinc both in the organic as well as in the iron and manganese oxyhydroxides fraction. However determined bioavailability significantly differed from the metals content in the fractions regarded as mobile. Content of zinc in the I and II fraction was on the level 48–51% of the total amount and bioavailability 86–92%. Concentration of copper and nickel in the mobile fractions (I and II) was 2–4% and 22–33%, respectively and in bioavailable form 49–63% and 25–41%, respectively. Lead available content in sludge was in the same scheme like copper and nickel (21–22 and 51–62%, respectively). Bioavailable content detected for analysed metals covered I and II mobile fractions but for Zn, Cu and Ni also significant part of III – potentially immobile fraction. Additionally for Pb even a part of IV – assumed as practically immobile and inactive fraction. Obtained data indicated that speciation forms of metal are not always equivalent to their bioavailability.

PL

O mobilności i biodostępności metali ciężkich decyduje przede wszystkim forma chemiczna ich występowania. W celu określenia form metali wykonuje się analizę specjacyjną opartą na ekstrakcji sekwencyjnej, która polega na stopniowym wydzielaniu metali z osadów roztworami o wzrastającej agresywności. Do każdego etapu dobiera się reagenty, które są zdolne wyekstrahować grupę połączeń metali o znanych właściwościach. Szerokie uznanie zdobyła czterostopniowa ekstrakcja (BCR), której zastosowanie umożliwia wydzielenie metali: I – wymienialnych i związanych z węglanami, II – związanych z uwodnionymi tlenkami żelaza i manganu, III – z materią organiczną oraz IV – pozostałych. Za mobilne uważa się metale występujące w pierwszej frakcji (wymiennej i węglanowej), z której ich uwalnianie następuje pod wpływem zmiany pH, składu jonowego cieczy. Także metale związane z uwodnionymi tlenkami żelaza i manganu oraz z materią organiczną są dostępne. Frakcja tlenków żelaza i manganu jest wrażliwa na zmiany potencjału redox, natomiast metale związane z substancją organiczną są uwalniane w procesie mineralizacji tego substratu. Za metale unieruchomione uważa się te, które są zgromadzone w pozostałości rozpuszczalnej dopiero w stężonych kwasach mineralnych. Wykonanie analizy specjacyjnej metali ciężkich w ustabilizowanych osadach ściekowych jest szczególnie istotne przy rolniczym wykorzystaniu osadów, pozwala bowiem ocenić szybkość przechodzenia metali do roztworu glebowego, a w efekcie ich pobranie przez rośliny. Celem przedstawionych badań było porównanie ilości metali potencjalnie dostępnych dla roślin z ich zawartością w formach chemicznych oznaczonych w sekwencyjnej procedurze ekstrakcyjnej i ocena hipotezy, że zawartość metali w niektórych frakcjach może być równoważna biodostępności. W celu oznaczenia form metali ciężkich (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) w osadach ściekowych pobranych z dwóch mechaniczno-biologicznych oczyszczalni ścieków zastosowano ekstrakcję sekwencyjną BCR, natomiast do oznaczenia biodostępnych form metali pojedynczą ekstrakcję 1 M HCl. Badania potwierdziły występowanie miedzi i kadmu głównie we frakcji organicznej, niklu i ołowiu we frakcji pozostałościowej, natomiast cynku zarówno we frakcji oragnicznej, jak i tlenków żelaza i manganu. Natomiast oceniona biodostępność znacznie się różniła od występowania metali we frakcjach uważanych za mobilne. Zawartość cynku we frakcji I i II wynosiła 48–51% całkowitej ilości, natomiast biodostępność 86–92%. Zawartość miedzi, niklu i ołowiu w formach mobilnych (I i II) wyniosła odpowiednio 2–4%; 22–33% i 21–22%, natomiast w biodostępnych odpowiednio 49–63%; 25–41% i 51–62%. Biodostępna zawartość analizowanych metali została oznaczona we frakcji I i II, ale dla Zn, Cu i Ni, również w znaczącej ilości we frakcji III – potencjalnie mobilnej. W przypadku Pb biodostępność dotyczyła także części frakcji IV – przyjętej jako praktycznie niemobilnej. Uzyskane dane wskazywały, że formy chemiczne metali uznane jako mobilne nie są zawsze równoznaczne formom biodostępnym.

2

Dynamika ekstrakcji Zn, Cu, Ni, Pb i Cd z przemysłowych i komunalnych osadów ściekowych przy zastosowaniu roztworów EDTA i kwasu cytrynowego

Karwowska B.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2016

|

Tom 18, cz. 2

681--694

EN

Sewage sludge generated in wastewater treatment plants accumulates varied contaminations of inorganic as well as organic character. Among them, heavy metals constitute a group of chemical substances which are highly dangerous for natural environment, because of the possibility of their mobilization and migration in environment as a result of changes in surrounding system. Moreover, they are pollutants toxic for humans, non-biodegradable and accumulate in living organisms. In recent years, there has been a great interest in the removal of heavy metals from sewage sludge with different chemical compounds solution and especially metal chelating agents. The goal of this work was to determine the optimal time for extraction of selected metals (Zn, Cu, Cd, Ni, Pb) from contaminated industrial and municipal sewage sludge by using 0.1 M solutions of EDTA (disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid), as well as citric acid. The analyzed wastewater sludge was collected from metallurgic industry treatment plant and from municipal wastewater treatment plant. In sewage sludge samples, the principal parameters were determined and after mineralization with mixture of concentrated mineral acids: HNO3 and HCl (1 : 3) the total content of analyzed heavy metals was detected using atomic absorption spectrophotometry. Chemical extraction of metals from sewage sludge 5 g samples was carried out with 50 c3 portions of 0.1M EDTA and citric acids solution for different periods of time, i.e. from 0.5 to 24 hours. After given time of shaking, the liquids were decanted, filtered through a filter paper, and finally the extracts were analyzed for heavy metals content with AAS method. It was observed that both applied solutions effectively washed metals from studied sewage sludge samples. For the period of time from 0.5 up to 5.0 hours, the concentration of almost all metals increased linearly and in the 6th hour of extraction the process was limited and finally for the period of time from 8.0 up to 24 hours, the detected metal contents in extracts were practically the same. The analysis of dependences of metal concentration versus time of extraction yielded in the optimal time of process, what value was determined as equal to 6 hours. The efficiencies of the metals removal from the studied sewage sludge by mans of the analyzed solutions of extractants were compared. Copper and lead reached higher concentration in liquids after EDTA extraction. It indicated that EDTA solution was a more effective extractant for the afore-mentioned metals. The concentration of zinc was higher in citric acid solution and citric acid was determined as more effective compound for zinc removal. For nickel and cadmium, the concentrations of metals were similar in both type of washing solution, which indicated that the efficiencies of both solutions were comparable.

3

Interwencyjne wykorzystanie zeolitów w oczyszczaniu ścieków

Wiśniowska E., Karwowska B., Sperczyńska E.

Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Uniwersytet Zielonogórski

|

2015

|

nr 160 (40)

56--63

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wykorzystania wybranych zeolitów do interwencyjnego wspomagania usuwania azotu amonowego z mieszanin ścieków, skroplin z wysokotemperaturowego suszenia osadów i cieczy nadosadowych w procesie osadu czynnego. W badaniach zastosowano zeolit ogrodniczy oraz bentonit w dawce 2 g/dm3. Zastosowanie zeolitów pozwoliło na zwiększenie efektywności usuwania azotu amonowego o 50% w porównaniu do układu kontrolnego.

EN

The paper presents the results of the studies on use of selected zeolites in emergency situations in wastewater treatment plants. They were used for removal of ammonium nitrogen from mixtures of wastewater, reject wa-ters and condensates from high-tempearure sludge drying. Zeolite and bentonite at dose of 2g/dm3 were used. The use of zeolites allowed to in-crease the efficiency of ammonium nitrogen removal about 50% com-pared to control system.

4

Ekstrakcja metali z osadów przemysłowych i komunalnych przy użyciu roztworów EDTA

Karwowska B., Wiśniowska E., Sperczyńska E., Janosz-Rajczyk M.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2014

|

T. 17, nr 3

423--432

PL

Celem prezentowanej pracy jest analiza możliwości usuwania metali z osadów oraz określenie skuteczności roztworów EDTA (kwas etylenodiaminotetraoctowy) w procesie ekstrakcji wybranych metali (Zn, Cu, Cd, Ni i Pb). W badaniach wykorzystano osady z przemysłu metalurgicznego oraz komunalne osady ściekowe. W osadach oznaczono całkowitą zawartość metali ciężkich po mineralizacji mieszaniną stężonych kwasów mineralnych: HNO 3 i HCl (1+3 - woda królewska). Efektywność EDTA w usuwaniu metali badano, poddając próbki osadów ekstrakcji z zastosowaniem wody demineralizowanej oraz roztworów wodnych EDTA o stężeniach 0,01; 0,05; 0,10 mol/dm3 . Próbki osadów wytrząsano przez 6 godzin, następnie pozostawały one w kontakcie z roztworem do 24 godzin, po czym były sączone i uzyskane przesącze analizowano, oznaczając w nich zawartość wybranych metali ciężkich. Roztwory EDTA okazały się wydajnymi ekstrahentami do wyodrębniania metali zarówno z osadów przemysłowych, jak i komunalnych. Jednak obserwowano różnice dla poszczególnych metali w podatności na wymywanie. Uzyskane wyniki wskazują, iż efektywność usuwania metali zależy od rodzaju matrycy, w jakiej związany jest metal. Efektywność usuwania metali była również zależna od stężenia roztworu stosowanego jako ekstrahent, osiągając najwyższe wartości dla roztworów o stężeniu 0,100 mol/dm3.

EN

Sewage sludge formed in industrial wastewater treatment plants contains high amount of heavy metal ions. Especially electroplating, metallurgical, semiconductors production and printed circuit board industry generate wastewaters containing toxic metal ions. Significant concentration of heavy metals could be present in municipal sludge, especially one produced on treatment plants with high inflow of industrial wastewater. Classical treatment of that wastewater involving chemical precipitation under alkaline condition results in hazardous solid waste. High concentration of heavy metals in sludge is one of the most important environmental problems. The aim of this study was analysis of heavy metals removal from sewage sludge as well as determination of selected heavy metals (Zn, Cu, Ni, Cd and Pb) removal efficiency from industrial and municipal sludge using aqueous solutions of EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid). Total content of analysed heavy metals (Zn, Cu, Ni, Pb) in sewage sludge was determined after digestion with mixture of concentrated mineral acids: HNO 3 and HCl (1+3 - aqua regia). Efficiency of EDTA solutions for selected heavy metals removal from industrial and municipal sludge was determined using the single step washing tests with deionized water and EDTA solution at concentration 0.010, 0.050, 0.075 and 0.100 mol/dm3 . Samples of dried and homogenized industrial as well as municipal sludge were shaken for 6 hours with EDTA solutions. The extracts were filtered and finally analyzed for heavy metals content by atomic absorption spectrophotometry. The removal of analyzed metals was dependent on concentration of extracting agent and raised with increasing concentration of EDTA. Optimal concentration of EDTA for analyzed heavy metals removal from industrial and municipal sludge was determined as 0.100 mol/dm3 . Calculated efficiencies for optimal concentration of EDTA solution used for industrial sludge extraction were 68, 67, 19, 60 and 41% and for municipal sludge: 26, 5, 35, 25 and 50% for Zn, Cu, Ni, Cd and Pb, respectively. Studied metals removal from the industrial wastewater sludge was in the order: Zn ≥ Cu>Cd>Pb>Ni and from the municipal: Pb>Ni>Zn ≥ Cd>Cu. The results indicated that heavy metals removal efficiency changed for different types of solid matrix. Zinc, copper and cadmium were strongly connected to municipal organic type sludge, while lead and nickel rather to mineral industrial sludge.

5

Optimalization of Metals Ions Extraction from Industrial Wastewater Sludge with Chelating Agents

Karwowska B.

Archives of Environmental Protection

|

2012

|

Vol. 38, no. 4

15-21

EN

The report presents the results of selected heavy metals (Zn, Cu, Cd, Ni, Pb) removal from industrial wastewater sludge collected from metallurgy industry. As washing solutions two chelating agents were used: EDTA and citric acid. The study was focused on 0.000 (deionized water), 0.010, 0.050, 0.075, 0.100 M and 0.000, 0.050, 0.100, 0.500, 1.000 M, EDTA and citric acid solutions, respectively. Efficiency of EDTA and citric acid solutions for metal removal was studied by extraction of sludge samples with chelators. Chemical extraction of selected metals was effective for both types of solution. Optimal concentration of EDTA was 0.100M for Zn, Ni and Cd, 0.075 M for Cu and Pb. Optimal concentration of citric acid was 0.500 M for all analyzed metals

PL

W skali roku generowane są na oczyszczalniach ścieków ogromne ilości osadów, które kumulują wiele szkodliwych substancji zarówno organicznych, jak i nieorganicznych. Pośród nich szczególne zagrożenie dla środowiska stanowią jony metali ciężkich. Podstawowe kierunki zagospodarowania osadów ustalają limity zawartości metali ciężkich. Z kolei przetrzymywanie osadów na składowiskach innych niż składowisko odpadów niebezpiecznych jest w znacznym stopniu ograniczone przez wymogi Dyrektywy Unii Europejskiej 99/31/EC. Celem badań było określenie optymalnych warunków prowadzenia ekstrakcji metali ciężkich (Zn, Cu, Cd, Ni, Pb) z osadów ściekowych przy użyciu wybranych ekstrahentów jak EDTA (kwas etylenodiaminotetraoctowy) i kwas cytrynowy. Osady ściekowe pochodziły z oczyszczalni ścieków przemysłowych zakładu metalurgicznego. W osadach całkowitą zawartość metali ciężkich oznaczono, po mineralizacji wodą królewską, metodą ASA. Efektywność wodnych roztworów EDTA i kwasu cytrynowego w wymywaniu badanych metali ciężkich określano poprzez ekstrakcję próbek wodą demineralizowaną, roztworem EDTA o stężeniach: 0.010, 0.050, 0.075, 0.100 M oraz kwasu cytrynowego o stężeniach: 0.050, 0.100, 0.500 oraz 1.000 M. Ekstrakcję prowadzono przez 6 godzin w temperaturze pokojowej. W uzyskanych ekstraktach oznaczono zawartość metali ciężkich metodą ASA. Badane osady były znacznie zanieczyszczone metalami. Oznaczone całkowite zawartości cynku, miedzi, kadmu, niklu i ołowiu wynosiły odpowiednio: 3665.0, 112.5, 3.2, 85.0 oraz 120.3 mg/kg s.m.o. Zarówno EDTA, jak i kwas cytrynowy okazały się efektywnymi ekstrahentami badanych metali, przy czym optymalne stężenia dla prowadzenia procesu wyniosły odpowiednio 0.075 oraz 0.500 M. Porównując stopień usunięcia metali z badanych osadów ściekowych przez roztwory o takim samym stężeniu (0.100 M) stwierdzono, że efektywniejszym ekstrahentem dla miedzi i ołowiu okazał się roztwór EDTA, a dla cynku kadmu i niklu roztwór kwasu cytrynowego.

6

Porównanie metod oceny zagrożenia środowiska gruntowo-wodnego metalami ciężkimi wymywanymi z osadów ściekowych

Dąbrowska L., Karwowska B.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2007

|

T. 10, nr 4

281-291

PL

Celem prezentowanych badań było porównanie wyników uzyskanych w laboratoryjnych testach ługowania osadu ściekowego, stosowanych do oceny zagrożenia, jakie stwarza dla środowiska gruntowo-wodnego określony odpad, przeznaczony do składowania. Zastosowano dwie metody: statyczną (wyciąg wodny) i dynamiczną (badania kolumnowe). Efekty wymywania odniesiono do zawartości metali w określonych formach specjacyjnych w osadzie, do oznaczania których zastosowano sekwencyjną ekstrakcję metali zgodnie z procedurą Tessiera. Cynk w badanym osadzie pochodzącym z miejskiej oczyszczalni ścieków w Częstochowie występował głównie w połączeniach z uwodnionymi tlenkami żelaza i manganu (37% całkowitej zawartości), nikiel we frakcji metali wymiennych (31%) i węglanowej (24%). Ołów i kadm związany był w formach trudno rozpuszczalnych (odpowiednio 89 i 34%), z kolei miedź występowała we frakcji organicznej (82%). Stwierdzono, że test z zastosowaniem wyciągu wodnego daje informacje o całkowitej możliwej do wyługowania ilości metali, a nie o ich potencjalnej mobilności i szybkości uwalniania się z osadu. Bardziej przydatne do oceny zagrożenia środowiska gruntowo-wodnego są analiza specjacyjna metali i metoda dynamiczna ługowania osadu z wykorzystaniem kolumn lizymetrycznych. W wyciągu wodnym oznaczono najwyższe stężenie niklu i cynku, a najniższe kadmu. Ilość wyekstrahowanych metali zmieniała się w następującej kolejności: Ni > Zn > Cu > Pb > Cd. Z kolei zawartość procentowa w stosunku do całkowitej zawartości kształtowała się inaczej: Ni > Cd > Pb > Zn > Cu. Całkowita ilość wyekstrahowanego niklu wynosiła 38,8% i wartość ta potwierdza wysoki udział tego metalu we frakcjach o dużej mobilności. Wyniki uzyskane metodą dynamiczną potwierdziły rezultaty uzyskane metodą wyciągu wodnego. Nikiel i cynk charakteryzowały się najwyższą wymywalnością, jednak całkowita zawartość Ni i Zn była 9 i 10 razy niższa niż w wyciągu wodnym. Oznacza to, iż proces uwalniania tych metali z osadów ściekowych do środowiska gruntowo--wodnego może być długotrwały.

EN

The presence of heavy metals is one of the important factors affected the final disposal of sewage sludge. Rainfall water can leach metals from sludge disposed on the ground of soil. Therefore heavy metals present in sewage sludge constitute real environmental hazard from the point of view of soil and groundwater pollution. The objective of this study was to verify environmental risk for soil and groundwater from chosen heavy metals (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb) leached from disposed sewage sludge and degree of heavy metals leaching from sewage sludge. Sewage sludge used in this study was digested and dewatered sludge collected from municipal wastewater treatment plant in Częstochowa in March 2007. Quantitative analysis of heavy metal fractions in sludge was realized using the selective sequential extraction according to the modified Tessier procedure. Zinc was generally associated with iron and manganese oxides bounded fraction (37% of total content) and nickel was principally distributed between exchangeable metals (31%) and carbonate bounded metals fractions (24%). Lead and cadmium were contained to practically insoluble compounds (89% and 34%) and copper was mainly bounded with organic matter (82%). The concentration and potential leachability of Zn, Ni, Cu, Cd and Pb in the sewage sludge were studied also by simple water extraction described in Polish standard and dynamic column leaching analysis. It was confirmed that the batch test did not reflect real environ-mental risk from leachable from sludge metals. Sequential and dynamic leaching analysis with lizymetric columns are more useful procedures for determination and verification of metal contents released from sewage sludge to the soil and groundwater. In simple water extraction procedure the highest content of nickel and zinc was extracted and the lowest of cadmium. Quantity of selected metals changed according the scheme: Ni > > Zn > Cu > Pb > Cd. However, percentage ratio (to the initial content in sludge) was in the scheme: Ni > Cd > Pb > Zn > Cu. Total content of extracted nickel was 38.9%, but extracted zinc only 2,9%, because of its very high initial concentration in sludge. That percentage confirmed high contribution of nickel in mobile fractions. Dynamic method confirmed results obtained in simple extraction procedure. The highest leaching from sewage sludge was for nickel and zinc. However total content of Ni and Zn in eluates was 9 and 10 times lower than in water extracts. That fact suggests long-time process of releasing for that metals from sewage sludge to soil and groundwater. It should be mentioned that concentration of that metals in eluates were not very high. The amount of leached metals correlates significantly with two first fractions extracted during speciation method. Total contents of Cu, Pb and Cd obtained in water extracts and eluates were quantitatively similar that metals content in mobile fraction of sewage sludge. Low concentrations of analysed licavy metals in eluates suggest that studied sewage sludge disposal should be relatively safe for soil and groundwater.

7

Changes of PAHs Contents in the Sewage Sludge and Supernatants During Anaerobic Digestion Process

Włodarczyk-Makuła M., Janosz-Rajczyk M., Zakrzewska E., Karwowska B.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2003

|

Vol. 10, nr 7

687-694

EN

The results of the quantitative and qualitative analysis of PAHs in sewage sludge and supernatants before, during and after methane fermentation process is presented. The fermentation process was carried out for 14 days and was controlled by measuring the volume of released biogas. The content of 16 PAHs from the US EPA list was determined using GC-MS technique. The aim of this research was to study changes of contribution groups of hydrocarbons: 2-, 3-ring, 4-ring and 5-, 6-ring to total PAHs concentration. Concentration changes for 2-, 3- and 4-ring compounds was significant and almost negligible for 5- and 6-ring compounds for sewage sludge analysis. PAHs concentration in supernatants was in the range 13,1-15,5 mg/dm3.

PL

Dokonano analizy jakościowo-ilościowej PAH (WWA) w osadach i wodach nadosadowych przed, podczas i po fermentacji metanowej. Proces fermentacji prowadzono w warunkach laboratoryjnych przez 14 dni kontrolowano poprzez pomiar ilości biogazu. Zawartość PAH podawanych przez EPA oznaczano za pomocą chromatografu gazowego ze spektrometrem masowym (aC-MS). Określono zmiany udziału 2-, 3-, 4-, 5 i 6-pierścieniowych związków w sumarycznej zawartości PAH. Zmiany stężenia 2-, 3- i 4-pierścieniowych były znaczące podczas procesu fermentacji w odróżnieniu do 5- i 6-pierścieniowych. Stężenia PAH w wodach nadosadowych wahały się w zakresie od 13,1 mg/dm sześcienny do 15,5 mg/dm sześcienny.