Pobierz opis

Imię i nazwisko
Kontakt email
Nazwa uczelni/instytutu
naukowego
Tytuł pracy doktorskiej
MARTA BIK
[email protected]
UNIWERSYTET PRZYRODNICZY/ INSTYTUT
GLEBOZNAWSTWA I KSZTAŁTOWANIA
ŚRODOWISKA
PRZYDATNOŚĆ WEŁNY MINERALNEJ
GRODAN I OSADU ŚCIEKOWEGO DO
REKULTYWACJI GLEB ZDEWASTOWANYCH
W PROCESIE WYDOBYCIA SIARKI METODĄ
FRASHA
Skrócony opis tematyki pracy doktorskiej:
Intensywna produkcja ogrodnicza pod osłonami z wykorzystaniem podłoża wełny
mineralnej, pozwala uzyskać wysokie efekty produkcyjne, generując jednocześnie odpad –
poużytkową wełnę mineralną, która w całości gromadzona jest na terenach Zakładów
Ogrodniczych. Ilości wełny odpadowej są znaczące, bowiem z 1 ha powierzchni produkcyjnej
powstaje jej każdego roku około 100m3. Wełna mineralna jest produktem naturalnym,
wytwarzanym ze skał magmowych. Charakteryzuje się wysoką pojemnością wodną i
dobrymi, często bardzo dobrymi właściwościami chemicznymi i fizykochemicznymi. Zawiera
stosunkowo niską zawartość substancji organicznej (pozostałości korzeni roślin), stąd
celowym jest kojarzenie jej z odpadami organicznymi. Wełna mineralna jest powszechnym
podłożem w uprawach ogrodniczych pod osłonami. Jej zastosowanie w tej produkcji obniża,
w porównaniu z podłożem tradycyjnym (kompost), koszty produkcji, a jednocześnie daje
możliwość sterowania jakością produktu: racjonalne nawożenie i nawadnianie. W naszym
Regionie przykładowym zakładem ogrodniczym stosującym wełnę mineralną jest
Przedsiębiorstwo Produkcji Ogrodniczej w Leonowie.
Realizacja procesu oczyszczania ścieków eliminuje z nich różne substancje dając czyste
wody pościekowe, ale jednocześnie powoduje powstawanie coraz większych ilości osadów
ściekowych. Ich zagospodarowanie, mimo niejednokrotnie korzystnych właściwości, nie
znalazło pełnego racjonalnego rozwiązania. Gromadzenie ich na terenach oczyszczalni oraz
na wysypiskach odpadów komunalnych jest rozwiązaniem najgorszym, przyczyniającym się
do degradacji środowiska (gaz wysypiskowy, zanieczyszczenie wód, degradacja gleb).
W szacie glebowej Polski znaczący udział stanowią gleby lekkie, wadliwe z natury, na
których wysokość i jakość produkcji jest niedostateczna. Znaczący udział w środowisku
stanowią również gleby zdegradowane oraz utwory bezglebowe, wymagające rekultywacji,
w tym melioracyjnej przebudowy właściwości chemicznych, fizycznych, fizykochemicznych
i biologicznych.
Problemy powyższe są tematem niniejszej rozprawy doktorskiej, której celem jest
określenie przydatności odpadowej (poużytkowej) wełny mineralnej Grodan z upraw
ogrodniczych pod osłonami, stosowanej samodzielnie i z osadem ściekowym, do
kształtowania właściwości gleb uprawnych oraz ich rekultywacji na terenach
zdegradowanych i zdewastowanych. Wegetacyjne doświadczenia: wazonowe i polowe
realizowane są na glebie lekkiej i zdewastowanym utworze bezglebowym z uprawą różnych
gatunków roślin. W doświadczeniach tych, na tle nawożenia mineralnego NPK oceniany jest
wpływ melioracyjnej dawki komunalnego osadu ściekowego (100 Mg/ha)
i różnych (200; 400; 800 m3/ha) wełny mineralnej Grodan, na kształtowanie właściwości gleb
i ich odbudowę na gruntach bezglebowych. Uzyskany w wyniku ich realizacji materiał (osad
ściekowy, wełna mineralna, gleba/grunt, rośliny) poddawany jest analizie i ocenie zmian
wielu właściwości, dobranych stosownie do celu badań. Wykonywane są oznaczenia: w
glebach/gruncie: składu granulometrycznego, gęstości gleby, właściwości sorpcyjnych,
właściwości wodnych, zakwaszenia, zawartości próchnicy i jej jakości, przyswajalnych form
P, K, Mg, azotu, metali ciężkich. W odniesieniu do roślin rejestrowany jest plon oraz
właściwości chemiczne – zawartość makro i mikroskładników. Na podkreślenie zasługuje
zastosowanie nowoczesnych metod ekotoksykologicznych z wykorzystaniem bakterii,
skorupiaków i dżdżownic. Efekty tych metod w połączeniu z tradycyjnymi metodami
chemicznymi dają doskonały obraz zmian jakości rekultywowanego i użyźnianego
środowiska glebowego.
W warunkach eksperymentu mikropoletkowego (poletka o powierzchni 30m2)
analizowany jest wpływ wełny mineralnej i osadu ściekowego zastosowanych w wierzchniej
(0-20 cm) warstwie gruntu, a także wełny mineralnej wprowadzonej jako warstwa 5 cm na
głębokości 50 cm. Celem tych badań jest opracowanie optymalnego sposobu rekultywacji i
odbudowy gleb na terenach zdegradowanych i zdewastowanych, a także kształtowania
właściwości produkcyjnych gleb słabej jakości.
Dotychczasowe wyniki badań wskazują, że badane sposoby nawożenia/rekultywacji z
wykorzystaniem poużytkowej wełny mineralnej Grodan i osadu ściekowego na tle nawożenia
mineralnego NPK, wywierają korzystny, ale zróżnicowany wpływ na kształtowanie
właściwości chemicznych i fizykochemicznych gleb i utworów bezglebowych, czego
wyrazem jest wzrost plonu uprawianych roślin (traw).
Uwzględniając sumaryczny plon trawy badane warianty nawozowe tworzą szereg:
grunt + osad ściekowy + wełna (177,8%) > grunt + osad ściekowy (158,8%) ~ grunt +
wełna mineralna + NPK (158,4%) > grunt + wełna mineralna 125,1%) > grunt + NPK
(100,0%).
Korzystny wpływ badanych sposobów rekultywacji gleb zdegradowanych przy
wykorzystaniu w/w odpadów odnotowano również w uprawie rzepaku na cele energetyczne.
Wyrazem wzrostu plonu uprawianych roślin była poprawa właściwości
rekultywowanego gruntu.
Szczególnie korzystny wpływ odnotowano w kształtowaniu retencji wodnej.
Bardzo niska wartość polowej pojemności wodnej w gruncie rodzimym (utwór bezglebowy),
uległa istotnej (234–834%) i zróżnicowanej poprawie pod wpływem stosowanych sposobów
rekultywacji: grunt+osad ściekowy+wełna (278%) > grunt+wełna (186%) > grunt+osad
ściekowy (136%) > grunt+ NPK (100%).
Uwzględniając zmiany polowej pojemności wodnej w relacji: początek (100%) - koniec
doświadczenia (x), uszeregowanie ma postać: grunt+NPK (17%) > grunt+wełna (-2%) >
grunt+osad ściekowy (-4%) > grunt+osad ściekowy+wełna (-20%).
Zmiany te wiązać należy z mineralizacją substancji organicznej wprowadzonej z osadem
ściekowym, co miało wpływ na zwiększenie udziału makroporów, a spadek mezoporów.
Istotną poprawę odnotowano również w zmianach właściwości fizykochemicznych
gleb/gruntu.
Dodatek wełny mineralnej i osadu ściekowego w znaczący sposób wpłynął na wzrost
pojemności sorpcyjnej: wełna (225%) > osad ściekowy + wełna (193%) > osad ściekowy
(143%) > NPK (100%), co było również zależne od dawki wełny mineralnej.
Stosowane zabiegi rekultywacyjne (nawożenie/użyźnianie) korzystnie kształtowały
właściwości chemiczne, w tym zawartość metali ciężkich.
Zawartość badanych pierwiastków śladowych w mieszance traw kształtowała się na poziomie
niskim (Cu) i średnim (Zn):
Cu: grunt+osad ściekowy+wełna mineralna > grunt+osad ściekowy > grunt+wełna
mineralna+ NPK > grunt+NPK > grunt+wełna mineralna.
Zn: grunt+osad ściekowy > grunt+osad ściekowy+wełna mineralna > grunt+wełna
mineralna+NPK > grunt+NPK > grunt+wełna mineralna.
Wyniki wskazują, że badane sposoby rekultywacji mogą mieć zastosowanie w
oczyszczaniu gleb/gruntów zanieczyszczonych przez metale ciężkie.
Uzyskane dotychczas wyniki badań wskazują również na korzystny wpływ badanych
sposobów nawożenia/rekultywacji na poprawę zasobu i jakości substancji organicznej oraz
zawartość składników nawozowych. Uzyskany poziom tych właściwości kwalifikuje
rekultywowane gleby do dobrej i bardzo dobrej jakości.
Jakie korzyści przyniesie praca doktorska?
Prowadzone badania należą do nowatorskich i jak wykazują dotychczasowe ich
wyniki w istotnym zakresie przyczynią się do:
Rozwiązania problemu utylizacji i zagospodarowania poużytkowej wełny mineralnej;
Optymalizacji gospodarki komunalnymi osadami ściekowymi;
Poprawy zdolności produkcyjnych gleb słabej jakości;
Rekultywacji gleb zdegradowanych i ich odbudowy na utworach bezglebowych.
Rozwiązanie tych problemów przełoży się na wskaźniki:
Ekonomiczne (wyższe plony i lepsza jakość pozyskiwanej biomasy roślin, lepsze
wykorzystanie nawozów, obniżenie kosztów produkcji ogrodniczej i rolniczej,
włączenie do produkcji gleb odłogowanych);
Ekologiczne (poprawa jakości plonów, zmniejszenie wymywania składników
mineralnych i eutrofizacji wód, włączenie składników zawartych w odpadach w obieg
biologiczny, rekultywacja i zagospodarowanie gleb zdegradowanych i utworów
bezglebowych, poprawienie wskaźników bonitacji gleb marginalnych i
odłogowanych);
Społeczne (możliwości dodatkowych miejsc pracy w ramach powstających
ewentualnych firm realizujących zagospodarowanie badanymi odpadami).
Problemy badane w niniejszej pracy doktorskiej pozostają w ścisłej zależności z
gospodarką w naszym Regionie. Zainteresowane wynikami badań jest Przedsiębiorstwo
Produkcji Ogrodniczej w Leonowie (List intencyjny), a także podobne przedsiębiorstwa z
całej Polski (Listy intencyjne). Brak rozwiązania zasad i technologii postępowania z
poużytkową wełną mineralną powoduje jej systematyczne nagromadzanie na terenach
Zakładów Ogrodniczych, bądź niewłaściwe, często poza ewidencją jej lokowanie i
rozpraszanie
w
środowisku.
Realizacja programów oczyszczania ścieków powoduje systematyczne nagromadzenie
osadów ściekowych, których właściwe zagospodarowanie, w tym jako polepszaczy gleby,
posiada
ogromne
znaczenie
gospodarcze,
ekologiczne
i
społeczne.
Stosowanie tych odpadów do kształtowania właściwości gleb naturalnie uwadliwionych
(gleby piaszczyste), a także do rekultywacji gleb zdegradowanych i ich odbudowy na
gruntach bezglebowych ma dla naszego Regionu i Polski ogromne znaczenie. Wyrazem tego
będzie zwiększenie plonowania uprawianych roślin, w tym także biomasy roślin
energetycznych. Zagospodarowanie gleb odłogowanych oraz włączenia do produkcji gleb
zdegradowanych i zdewastowanych z ukierunkowaniem na produkcję roślin energetycznych
posiadać będzie dla regionu i Polski duże znaczenie gospodarce i ekologiczne.
Realizowane w pracy badania ściśle wiążą się z dziedziną: 1.Innowacyjne technologie –
ochrona środowiska; 2.Nowoczesne rolnictwo: badania oraz wdrożenie nowoczesnych
technik i technologii w rolnictwie; wsparcie produkcji biomasy na cele energetyczne;
5.Usługi wysokospecjalistyczne – transfer technologii.