Jak unieszkodliwiać odpady komunalne i osady ściekowe.pdf
(
1076 KB
)
Pobierz
293654191 UNPDF
Kazimierz Szymański, Beata Janowska
Technical University of Koszalin, Faculty of Civil and Environmental Engineering,
Division of Waste Management, Koszalin, Poland
Jak unieszkodliwiać
odpady komunalne
związki metali ciężkich. Formy występowania w środowisku gruntowym,
odpadach i kompostach produkowanych z tych odpadów, mogą znacznie różnić
się od struktury związku danego metalu, istniejącej w środowisku wodnym.
Wówczas o rodzaju struktury decyduje rodzaj gruntu,
zawarta w nim ilość substancji organicznych i mineralnych,
odczyn środowiska, warunki tlenowe, wilgotność, obecność
mikroorganizmów i in. Występowanie metali ciężkich w pre-
paratach nawozowych, w tym kompostach produkowanych
z tych odpadów, determinuje możliwość zagospodarowania
niezwykle cennego produktu, a tym samym jego obieg
w środowisku przyrodniczym. W środowisku tym metale
ulegają ciągłym transformacjom [4-6]. Zjawiska te ocenia
się pozytywnie o ile z danego produktu nawozowego uwal-
niane są składniki nawozowe we właściwych proporcjach,
a negatywnie w momencie, gdy powstały produkt nawozo-
wy jest źródłem związków toksycznych o bliżej nieokreślo-
nych właściwościach. Aby ocenić realny stopień zagrożenia,
wynikający z rolniczego zagospodarowania kompostu,
produkowanego z odpadów komunalnych lub osadów
ściekowych, należy obok oznaczenia całkowitej zawartości
metali w kompoście zastosować frakcjonowanie, oparte
na ekstrakcji sekwencyjnej. Można wówczas określić, jaki
procent całkowitej zawartości badanego metalu występuje
Tab. 1.
Schemat
postępowania
analitycznego
Frakcja
Ekstrahent
Warunki ekstrakcji
czas
wytrząsania
temperatura
F1
Metale wymienialne
10 cm
3
1M CH
3
COONH
4
; pH=7
1h
pokojowa
F2
Metale związane
z węglanami
20 cm
3
1M CH
3
COONa zakwaszone pH=5
5h
pokojowa
F3
Metale związane
z tlenkami Fe/Mn
20 cm
3
0,04 M NH
2
OH•HCl w 5% (v/v) CH
3
COOH
5h
95°C
F4
Metale związane
z substancją organiczną
a) 5cm
3
0,02 M HNO
3
+ 5cm
3
30% H
2
O
2
, pH=2
b) 5cm
3
30% H
2
O
2
, pH=2
c) 10 cm
3
3,2M CH
3
COONH
4
w 20% (v/v) HNO
3
a) 2h
a) 85°C,
b) 3h
c) 0,5h
b) 85°C,
c) pokojowa
F5
Metale występujące
w formie trudno
rozpuszczalnej
5 cm
3
65% HNO
3
+ 1 cm
3
30% H
2
O
2
+ 1 cm
3
75%
HClO
4
.
Mineralizacja mikrofalowa
2
/2009 BMP Ochrona Środowiska
i osady ściekowe
S
ubstancje odpadowe mogą zawierać szereg mikrozanieczyszczeń, w tym
w postaci dostępnej dla organizmów żywych. Okazuje się,
że znaczny udział procentowy zawartości całkowitej pier-
wiastków śladowych, występuje w postaci związków trudno
rozpuszczalnych, które nie mogą być transportowane do
komórek organizmów żywych [7,8]. Wówczas pomniejsza
się realne stężenie tych metali, które przyjmuje w tym przy-
padku wartości poniżej granicy określonej normą. Pomimo
wysokiej zawartości pierwiastka w glebie, może on nie sta-
nowić zagrożenia z powodu niskiej biodostępności. Istnieje
jednak niebezpieczeństwo, w przypadku zmian własności
gleby, prowadzących do uruchomienia metalu poprzez
zwiększenie rozpuszczalności jego związków.
Frakcjonowanie gleb, osadów ściekowych czy kom-
postów nie ma na celu identyikacji poszczególnych indy-
widuów chemicznych. Formy wymienialne, mogą ulegać
szybkim przemianom. Dla gospodarki człowieka istotne jest,
jaką rolę odgrywają składniki glebowe w łańcuchu pokar-
mowym. Składniki, które są labilne, mogą być przyswajalne
przez rośliny. Tak więc podstawową formą badania specjacji
jest frakcjonowanie, które określa się poprzez rodzaj operacji
chemicznej [9,10].
W niniejszej publikacji podjęto próbę oceny występo-
wania i transformacji niektórych form wybranych metali
ciężkich (Cu, Zn i Pb) w trakcie kompostowania:
osadów ściekowych,
wybranej frakcji organicznej odpadów komunalnych
(części organicznych),
mieszaniny tych substratów.
trudno rozpuszczalnej, tym samym ich zdolności migracyjne
są znacznie ograniczone. Mogą się jednak one zwiększać
w wyniku istotnych zmian środowiska np. zakwaszenia.
W badaniach tych substancji i ich wpływu na środowisko
przyrodnicze, niezwykle pomocne wydają się różnorodne
techniki specjacyjne [11,12].
Metodyka badań
Do badań wykorzystano :
osady ściekowe pobrane z terenu oczyszczalni ścieków
w Grzybowie (os_1),
frakcję organiczną odpadów komunalnych (cz_org)
i kompost świeży produkowany z odpadów komu-
nalnych (ks), pochodzący z kompostowni odpadów
w Kołobrzegu
kompostowany osad ściekowy (kos), pochodzący
z oczyszczalni ścieków w Kościerzynie
kompost (ksn), którego wsad stanowiła biomasa,
składająca się z 20% dodatku osadu ściekowego
z oczyszczalni ścieków w Grzybowie i frakcji organicznej
odpadów komunalnych z Kołobrzegu; proces kompo-
stowania prowadzono w specjalnie skonstruowanych
bioreaktorach.
•
•
•
•
•
Próbki do badań pobierano raz w miesiącu na prze-
strzeni jednego roku. Dla każdego oznaczenia wykonano
trzykrotne powtórzenie.
Próbki suszono w temp. 105
o
C, mielono w moździerzu
agatowym, a następnie poddawano mineralizacji mie-
szaniną HNO
3
-65%, H
2
O
2
-30% i HClO
4
– 70%, korzystając
z mineralizatora mikrofalowego Milenstone 1500 Mega.
Oznaczenie całkowitej zawartości Cu, Zn i Pb w badanym
materiale wykonano metodą spektralnej absorpcji atomo-
wej (spektrometr PU Philips 9100X). Frakcjonowanie bada-
•
Metale te, o ile występują w formie związków labilnych,
mogą migrować do wód podziemnych. Wówczas stwarza
to poważne implikacje dla ujęć wody pitnej. W przypadku
odpadów komunalnych, osadów ściekowych oraz kom-
postów metale te mogą występować również w formie
Próbka
Metal
Wartość średnia
[mg/kg s.m]
Wartość max
[mg/kg s.m]
Wartość min.
[mg/kg s.m]
Współczynnik zmienności
[%]
Tab. 2.
Zawartości
całkowite metali
w badanym
materiale
Miedź
76,00
93,60
61,27
17,57
os_1
Cynk
515,15
589,26
469,36
10,27
Ołów
24,76
31,95
20,18
19,45
Miedź
71,92
184,80
14,74
192,2
cz_org
Cynk
442,22
538,81
346,73
17,72
Ołów
71,72
107,03
26,00
47,25
Miedź
47,88
60,23
32,54
23,85
ks
Cynk
698,32
822,49
518,67
18,63
Ołów
136,09
198,92
52,94
45,05
Miedź
120,74
313,18
23,72
120,74
ksn
Cynk
549,53
672,34
375,41
23,03
Ołów
80,18
100,95
42,05
34,66
Miedź
44,81
47,09
43,70
3,46
kos
Cynk
302,35
303,28
301,42
0,31
Ołów
11,97
12,86
11,43
10,24
Próbka
Os_1
Cz_org
ks
ksn
kos
Tab. 3.
Średnie wartości parametrów
fizykochemicznych badanych
próbek
pH
13,0
6,4
7,1
9,0
7,95
Substancja organiczna
70%
66%
52%
67%
82%
BMP Ochrona Środowiska /2009
2
•
nego materiału wykonano wykorzystując zmodyikowany
schemat ekstrakcji sekwencyjnej opracowanej przez Tessiera
(tab. 1), [7, 13]. Po każdym etapie ekstrakcji próbki wirowano,
a w otrzymanym supernatancie oznaczano zawartość Cu,
Zn i Pb metodą FAAS. Analizę statystyczną przeprowadzono
przy pomocy pakietu STATISTICA.
odczynem słabo kwaśnym. Na rysunkach 1-9 zilustrowano
zmiany udziałów procentowych badanych pierwiastków
(Zn, Pb i Cu). Na wykresach przyjęto następujące oznaczenia:
F1- frakcja jonowymienna, F2- frakcja związana z węglanami,
F3-frakcja związana z tlenkami Fe/Mn, F4- frakcja organiczna,
F5-pozostałość.
Wyniki badań
W tabeli 2 przedstawiono zakres zawartości całkowitych
metali w poszczególnych próbkach badanego materiału.
Najmniejszym rozrzutem stężeń metali charakteryzowały
się próbki kompostowanego osadu ściekowego (kos)
oraz próbki osadu ściekowego (os_1). Części organiczne
odpadów komunalnych (cz_org) oraz komposty z odpa-
dów (ks i ksn), były wyraźnie zróżnicowane pod względem
koncentracji badanych metali. W tabeli 3 przedstawiono
średnie wartości pH ekstraktów wodnych badanych pró-
bek oraz średnią zawartość substancji organicznej. Osad
ściekowy z badanej oczyszczalni wykazywał odczyn silnie
alkaliczny. Części organiczne odpadów charakteryzowały się
Dyskusja wyników badań
Cynk
Cynk w osadzie ściekowym występował głównie we
frakcji III, związanej z tlenkami Fe/Mn (do 70% całkowitej
zawartości) oraz w postaci węglanów (do 20% całkowitej za-
wartości). W kompostach świeżych zaobserwowano wysoki
udział rozpuszczalnych w wodzie i jonowymiennych form
cynku, które stanowiły ok. 30% całkowitej masy tego metalu
w badanym materiale (rys. 10). Około 25% cynku związa-
nego było w postaci węglanów oraz zaadsorbowanych na
tlenkach Fe/Mn. W części organicznej odpadów komunal-
nych cynk był związany z frakcją węglanową, organiczną
oraz z tlenkami Fe/Mn. Cynk w odpadach komunalnych był
Rys.1.
Udział procentowy cynku w poszczególnych frakcjach kompostu świeżego
w kolejnych miesiącach
Rys.2.
Udział procentowy cynku w poszczególnych frakcjach części organicznych
odpadów w kolejnych miesiącach
Rys.3.
Udział procentowy cynku w poszczególnych frakcjach osadu ściekowego (os_1)
w kolejnych miesiącach
Rys.4.
Udział procentowy ołowiu w poszczególnych frakcjach kompostu świeżego
w kolejnych miesiącach
2
/2009 BMP Ochrona Środowiska
Rys.5.
Udział procentowy ołowiu w poszczególnych frakcjach
części organicznych odpadów w kolejnych miesiącach
Rys.6.
Udział procentowy ołowiu w poszczególnych frakcjach
osadu ściekowego (os_1) w kolejnych miesiącach
Rys.7.
Udział procentowy miedzi w poszczególnych frakcjach
części organicznych odpadów komunalnych w kolejnych miesiącach
Rys.8.
Udział procentowy miedzi w poszczególnych frakcjach
kompostu świeżego w kolejnych miesiącach
Rys. 9.
Udział procentowy miedzi w poszczególnych frakcjach
osadu ściekowego (os_1) w kolejnych miesiącach
głównie zaadsorbowany na powierzchni tlenków Fe/Mn.
W biomasie, po pierwszym etapie kompostowania, zauwa-
żono niewielką koncentrację badanego metalu we frakcji
III i IV, natomiast znaczącą koncentrację form jonowymiennych
i węglanowych. Kompostowany osad (kos) charakteryzował
się ok. 60% udziałem cynku we frakcji węglanowej (rys. 10).
Należy dodać, że cynk jest metalem, który wykazuje wysokie
powinowactwo do węglanów, zatem łatwo będzie ulegał
wytrącaniu i współstrącaniu z tymi związkami [14,15]. W kom-
poście produkowanym z odpadów komunalnych, z dodatkiem
osadu ściekowego, udział procentowy cynku sorbowanego na
powierzchni tlenków Fe/Mn był znacznie wyższy, niż w kompo-
ście świeżym produkowanym z odpadów komunalnych (rys.
10). Rysunek 11 przedstawia histogram udziału procentowego
Zn we frakcji jonowymiennej, w próbkach części organicznych
odpadów, kompostu i osadu ściekowego.
Dystr ybucja cynku w poszczególnych frakcjach
kompostu produkowanego z odpadów komunalnych
i osadów ściekowych, była silnie skorelowana z udziałem
procentowym form tego pierwiastka, występujących
BMP Ochrona Środowiska /2009
29
Rys.10.
Średnie udziały procentowe
cynku w poszczególnych frak-
cjach badanego materiału
Rys.11.
Histogram udziału procentowe-
go Zn we frakcji jonowymiennej
w badanym materiale
Rys.12.
Wykres zależności między za-
wartością cynku występującego
w poszczególnych frakcjach
osadu ściekowego (os_1) i kom-
postu (ksn)
w częściach organicznych odpadów (r=0,90) i osadzie ście-
kowym os_1 (r=0,91). Natomiast nie stwierdzono istotnej
korelacji między frakcją średnią odpadów a kompostem
świeżym (ks) (rys.12).
Szczególnie wysoki udział procentowy jonowy-
miennych form cynku, zanotowano w kompoście świeżym
w miesiącach zimowych, gdzie stanowił on od 31% do 42%
całkowitej zawartości. Natomiast w miesiącach wiosennych
zdecydowanie wzrastała ilość tego pierwiastka związanego
z frakcją organiczną (rys. 1). W osadzie ściekowym i części
organicznej odpadów nie zanotowano istotnych zmian
wynikających z sezonowości (rys.2, 3). Metal ten związany
był również z frakcją V (od 2,19 do 6,26 %). Możliwe jest, że
w tych warunkach występuje on w różnorodnych formach
specjacyjnych [14].
0
/2009 BMP Ochrona Środowiska
Plik z chomika:
hantajo
Inne pliki z tego folderu:
Jak unieszkodliwiać odpady komunalne i osady ściekowe.pdf
(1076 KB)
Inne foldery tego chomika:
Arkusze obliczeniowe
Biotechnologia w ochronie środowiska
COBRTI
Cyklon
e-book
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin