ocena stosowanych nawozów organicznych i osadów ściekowych

Proceedings of ECOpole
Vol. 1, No. 1/2
2007
Agnieszka OCIEPA1, Kamil PRUSZEK1, Joanna LACH1 i Ewa OCIEPA1
OCENA STOSOWANYCH NAWOZÓW ORGANICZNYCH
I OSADÓW ŚCIEKOWYCH POD KĄTEM ZANIECZYSZCZANIA
GLEB METALAMI CIĘŻKIMI
EVALUATION OF THE USAGE OF ORGANIC FERTILIZERS AND SEWAGE
RESIDUES AS REGARDS POLLUTING SOILS BY HEAVY METALS
Streszczenie: Scharakteryzowano nawozy naturalne i odpady, a szczególnie najczęściej stosowane do użyźniania
gleb osady ściekowe pod kątem zawartości metali. Z uwagi na duże zróżnicowanie zawartości metali w składzie
poszczególnych nawozów wskazano źródła metali w tradycyjnych i niekonwencjonalnych nawozach organicznych
oraz w osadach ściekowych. Ponadto przedstawiono wyniki badań gleb powiatu pajęczańskiego, nawożonych
przez wiele lat nawozami naturalnymi i osadem ściekowym. Analiza tych badań wskazuje na niewielki stopień
zagrożenia środowiska glebowego metalami wprowadzonymi z ww. nawozami. Gleby niezanieczyszczone
metalami (00 wg klasyfikacji IUNG) po wieloletnim stosowaniu nawozów naturalnych, takich jak: obornik trzody
chlewnej oraz osad ściekowy z komunalnej oczyszczalni, nie zmieniły przydatności do zerowej klasy gleb,
stężenia badanych metali w glebach nie osiągnęły połowy dopuszczalnych stężeń dla klasy o zerowym stopniu
zanieczyszczenia. Pomimo korzystnych z punktu widzenia ochrony gleb wyników badań nie należy lekceważyć
problemu zawartości metali szczególnie w stosowanych odpadach. Należy podkreślić, że dla kompleksowej oceny
wpływu stosowanych nawozów pod kątem wzbogacania środowiska w metale ciężkie należy uwzględnić
zawartość metali ciężkich w uprawianych na tych glebach roślinach i wynoszonych z plonem. Ponadto należy
uwzględnić fakt migracji metali z gleb do wód powierzchniowych i podziemnych. Jedynie ścisłe respektowanie
istniejących przepisów dotyczących nawożenia oraz prowadzenie monitoringu gleb roślin i osadów warunkuje ich
bezpieczne stosowanie.
Słowa kluczowe: nawozy naturalne, osady ściekowe, metale ciężkie
Do celów nawozowych wykorzystuje się szeroki asortyment tradycyjnych nawozów
organicznych pochodzenia zwierzęcego i roślinnego, jak np. obornik, gnojowica, pomiot
ptasi, nawozy zielone, słoma czy torf oraz liczne odpady organiczne m.in. z przemysłu
rolno-spożywczego, ścieki i osady ściekowe, odpady roślinne. Wzbogacają one gleby
w substancję organiczną, wpływają kompleksowo na żyzność i urodzajność gleb.
Należy jednak podkreślić, że tradycyjne nawozy organiczne, a szczególnie odpady
organiczne, mogą zawierać w swym składzie pewne ilości toksycznych metali ciężkich,
takich jak: kadm, ołów, rtęć, cynk nikiel itp. Długotrwałe i nieumiejętne stosowanie tych
nawozów może stanowić zagrożenie dla środowiska, którego efektem jest skażenie gleb,
pogarszanie jakości plonów, zanieczyszczenie wód powierzchniowych i podziemnych.
W artykule wskazano źródła pochodzenia i zawartość metali ciężkich w najczęściej
stosowanych nawozach naturalnych oraz osadach ściekowych z uwagi na ich częste
wykorzystanie do celów nawozowych. Przedstawiono również wyniki badań gleb powiatu
pajęczańskiego długotrwale nawożonych obornikiem krowim i osadem ściekowym pod
kątem wzbogacania ich w metale ciężkie.
1
Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa,
tel./fax 034 325 09 17, e-mail: [email protected]
196
Agnieszka Ociepa, Kamil Pruszek, Joanna Lach i Ewa Ociepa
Źródła i zawartość metali ciężkich w tradycyjnych nawozach organicznych
i osadach ściekowych
Metale ciężkie obecne w składzie naturalnych nawozów pochodzenia zwierzęcego
pochodzą głównie z podawanych zwierzętom pokarmów, wody, a także stosowanych
leków weterynaryjnych. Ponadto mogą być obecne w składzie preparatów higienicznych
stosowanych do czyszczenia obór czy w materiałach używanych jako składniki ściółki.
Z uwagi na różne warunki chowu zwierząt zawartość metali w tym samym nawozie, np.
oborniku, może znacznie się różnić w zależności od gospodarstwa.
W tabeli 1 przedstawiono średnie wartości metali ciężkich w najczęściej stosowanych
nawozach organicznych.
Tabela 1
Średnia zawartość metali ciężkich w wybranych nawozach organicznych [1, 2]
Nawóz
Obornik
Gnojowica bydlęca
Gnojowica trzody chlewnej
Pomiot ptasi
Hg
0,12
0,03
0,07
0,08
Cd
1,8
0,019
0,24
0,06
Zawartość [mg/kg s.m.]
Cr
Ni
45,3
1,9
1,65
0,70
1,86
1,20
15,4
10,05
Pb
12,8
4,11
3,65
7,52
Zn
156
12,0
14,6
108,3
Znacznie większe i na ogół bardzo zróżnicowane są zawartości metali ciężkich
w osadach ściekowych w porównaniu z wyżej przedstawionymi naturalnymi nawozami. Do
celów nawozowych nadają się osady obciążone zanieczyszczeniami pochodzenia
naturalnego, czyli bytowo-gospodarcze oraz z przemysłu rolnego i spożywczego.
Analizując wyniki licznych badań, stwierdza się, że w osadach ściekowych ilość metali
ciężkich może wahać się w bardzo szerokim zakresie [3, 4], np.:
• cynku - od kilkudziesięciu do kilku tysięcy mg/kg s.m.,
• chromu - od kilku do kilku tysięcy mg/kg s.m.,
• ołowiu - od kilku do kilkuset mg/kg s.m.
W związku z powyższym wykorzystanie osadów ściekowych do celów nawozowych jest
możliwe tylko pod warunkiem przestrzegania rygorystycznych przepisów dotyczących
zawartości metali w osadzie oraz glebie, do której będą wprowadzane [5, 6].
Cel i zakres badań
Celem badań było określenie wpływu długoletniego nawożenia gleb obornikiem
i osadem ściekowym na ich wzbogacenie w metale ciężkie. Badania były prowadzone
w listopadzie i grudniu 2006 r.
Zakres badań obejmował określenie całkowitej zawartości kadmu, ołowiu, cynku
i niklu w oborniku krowim i osadzie ściekowym, określenie całkowitej zawartości Cd, Pb,
Ni, i Zn w glebach wzorcowych, określenie całkowitej zawartości Cd, Pb, Ni, i Zn
w glebach nawożonych przez kilkanaście lat obornikiem krowim i osadem ściekowym.
Materiał i metodyka badań
Próbki obornika pobrano z fermy krów w Ostrołęce. Próbki gleb nawożonych
wyłącznie obornikiem z tej fermy (przez ostatnie 17 lat) pobrano z gruntów położonych
Ocena stosowanych nawozów organicznych i osadów ściekowych pod kątem zanieczyszczania gleb…
197
nieopodal gospodarstwa. Próbki gleby stanowiącej wzorzec naturalnej zawartości metali
pozyskano z nieużytku bezpośrednio sąsiadującego z polem nawożonym.
Próbki osadu ściekowego pobrano z miejskiej oczyszczalni w Pajęcznie. Próbki gleby
nawożonej tym osadem (przez ostatnie 10 lat) pobrano z gospodarstwa w miejscowości
Szczyty. Próbki gleby wzorcowej pobrano z nieużytku bezpośrednio sąsiadującego
z gruntem nawożonym osadem ściekowym. Wszystkie próbki gleb pobierano z głębokości
0÷20 cm.
Nawozy i gleby pobierano do badań w sposób umożliwiający sporządzenie próbek jak
najbardziej reprezentatywnych [7]. Próbki średnie dla każdego materiału sporządzono przez
zmieszanie dziesięciu próbek pierwotnych każdego materiału. Po wymieszaniu i przesianiu
próbek dokonano pomiaru pH oraz określono całkowitą zawartość metali ciężkich.
Wyniki badań i ich omówienie
W tabeli 2 przedstawiono wyniki pomiaru pH badanych materiałów, a w tabeli 3
podano całkowitą zawartość kadmu, ołowiu, niklu i cynku w badanych nawozach i glebach.
Tabela 2
Wartości pH badanych gleb i nawozów
pH H 2O
Materiał
Obornik
Gleba nawożona obornikiem
Gleba wzorcowa dla gleby nawożonej obornikiem
Osad ściekowy
Gleba nawożona osadem
Gleba wzorcowa dla gleby nawożonej osadem
5,6
6,3
6,4
7,6
6,7
6,6
Tabela 3
Całkowita zawartość wybranych metali ciężkich
Materiał
Obornik
Gleba nawożona obornikiem
Gleba wzorcowa dla gleby nawożonej obornikiem
Osad ściekowy
Gleba nawożona osadem
Gleba wzorcowa dla gleby nawożonej osadem
Stężenie metali [mg/kg s.m.]
Cd
Pb
Ni
Zn
0,42
2,5
1,9
70
0,30
7,8
3,6
36
0,23
12,0
5,2
27
1,5
20
13
970
0,41
11
5,2
47
0,21
10
4,0
21
Analizując wyniki przedstawione w tabeli 3, stwierdza się, że w glebach wzorcowych
zawartości badanych metali ciężkich były znacznie mniejsze od wartości maksymalnych
dla gleb o zerowym stopniu zanieczyszczenia wg skali opracowanej przez Instytut Uprawy,
Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach [8, 9]. Gleby te można uznać za
niezanieczyszczone, tj. o naturalnych zawartościach metali.
Zawartość metali ciężkich w badanym oborniku krowim była stosunkowo mała
w porównaniu z zawartościami średnimi przedstawionymi w literaturze. Zawartości kadmu
i ołowiu w badanym osadzie ściekowym można uznać też za małe w kontekście ilości
średnich przedstawionych w literaturze, natomiast zawartość cynku i niklu były na
poziomie zawartości średnich.
198
Agnieszka Ociepa, Kamil Pruszek, Joanna Lach i Ewa Ociepa
Porównując stężenia metali ciężkich w glebie wzorcowej i w glebie nawożonej
obornikiem, stwierdza się pewne wzbogacenie w Cd, Zn gleby nawożonej, co wynika
z zawartości tych metali w oborniku. Wzrost ten jest stosunkowo niewielki i mimo
kilkunastoletniego nawożenia gleba nadal należy do klasy 00. Zawartość Pb i Ni w glebie
nawożonej obornikiem była nieco mniejsza w porównaniu z glebą wzorcową, co wynika
z mniejszych zawartości Pb i Ni w oborniku niż w glebie wzorcowej. Można więc uznać, że
nastąpiło pewne rozcieńczenie tych metali w wyniku długotrwałego nawożenia.
Nawożenie gleb osadem ściekowym spowodowało wzrost zawartości wszystkich
badanych metali w glebie (tab. 3). Mimo iż wzrost Cd i Zn był około dwukrotny, jednak nie
spowodował on zmiany przynależności gleby do 00 zanieczyszczenia.
Wnioski
1.
2.
3.
4.
Na podstawie analizy danych literaturowych oraz przeprowadzonych badań stwierdza
się bardzo zróżnicowane zawartości metali ciężkich w naturalnych nawozach
organicznych, a szczególnie w osadach ściekowych.
Wykorzystanie osadów ściekowych jest uzasadnione i możliwe pod warunkiem
przestrzegania rygorystycznych przepisów określających dopuszczalne zawartości
metali w osadach oraz glebach, do których będą wprowadzane.
Wyniki przeprowadzonych badań gleb nawożonych obornikiem i osadem ściekowym
wskazują na wzrost zawartości metali ciężkich szczególnie w glebie nawożonej
osadem. Zanieczyszczenie gleb można uznać jednak za stosunkowo nieduże, ponieważ
nie spowodowało ono zmiany przynależności gleb do grupy o zerowym stopniu
zanieczyszczenia.
Pomimo korzystnych z punktu ochrony środowiska wyników badań nie należy
lekceważyć zawartości metali ciężkich szczególnie w stosowanych do celów
nawozowych osadach. Dla kompleksowej oceny wpływu stosowanych nawozów pod
kątem wzbogacania środowiska w metale należałoby uwzględnić zawartość metali
wynoszonej z plonem roślin oraz ilości migrujące do głębszych warstw gleby i wód
podziemnych.
Podziękowanie
Pracę wykonano w ramach BW-401-208/2007.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Górecka H. I Górecki H.: Metale w nawozach organicznych i odpadach stosowanych do celów nawozowych.
Przem. Chem., 2000, 79(2), 54-55.
Ociepa E. i Lach J.: Metale ciężkie w nawozach organicznych i odpadach stosowanych w rolnictwie. Mat.
Konf. Mikrozanieczyszczenia w środowisku człowieka. Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa
2005, 133-138.
Siuta J.: Przyrodnicze użytkowanie odpadów. Wyd. Instytutu Ochrony Środowiska, Warszawa 2002.
Podedworna J. i Heidrich Z.: Charakterystyka osadów z wybranych oczyszczalni ścieków pod kątem ich
wykorzystania na cele nieprzemysłowe. Mat. Konf. Osady ściekowe problem aktualny. Wyd. Politechniki
Częstochowskiej, Częstochowa 2001, 87-88.
Rozporządzenie MOŚZNiL z dnia 1 sierpnia 2002 r. DzU Nr134, poz. 1140.
Wierzbicki T.L.: Wykorzystanie komunalnych osadów ściekowych do celów rolniczych. Mat. Konf. Nowe
spojrzenie na osady ściekowe - odnawialne źródło energii. Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa
2003, 163-169.
Ocena stosowanych nawozów organicznych i osadów ściekowych pod kątem zanieczyszczania gleb…
[7]
[8]
[9]
199
Namieśnik J., Łukasiak J. i Jamrógiewicz Z.: Pobieranie próbek środowiskowych do analizy. WN PWN,
Warszawa 1995, Chem. Inż. Ekol., 1997, 4(S1), 3-128.
Kabata-Pendias A., Piotrowska M., Motowiecka-Terelak T., Maliszewska-Kordybach B., Filipiak K.,
Krakowiak A. i Pietruch C.: Podstawy oceny chemicznego zanieczyszczenia gleb, metale ciężkie, siarka
i WWA. PIOŚ, Warszawa 1995.
Terelak H., Motowiecka-Terelak T., Maliszewska-Kordybach B. i Pietruch C.: Monitoring chemizmu gleb
ornych Polski - Program badań i wyniki 1995-2000. PIOŚ, Warszawa 2002.
EVALUATION OF THE USAGE OF ORGANIC FERTILIZERS AND SEWAGE
RESIDUES AS REGARDS POLLUTING SOILS BY HEAVY METALS
Summary: The fertilizers and waste materials which are used as fertilizers deliver humus to soils and thus they
increase physical-chemical properties and water management of soils. Apart from some obvious benefits arising
from the usage of such fertilization, there exists a danger of enriching soils into heavy metals which are included
in the fertilizers. In the article there were characterized the natural fertilizers and wastes, and especially there were
described sewage residues, which are the most often used to the fertilizing of soils, as regards the content of heavy
metals. The great variety of metals amount in the composition of the particular fertilizers caused that there were
indicated the sources of metals in traditional and unconventional organic fertilizers and in the sewage residues.
What is more, there were presented the results of soils research in Pajęczno County (Poviat) which had been
fertilized by means of natural fertilizers and sewage residues for many years. The analysis of this research
indicates a slight degree of hazard for soil environment by metals which had been introduced together with the
aforementioned fertilizers. The soils which have not been polluted by metals (00 according to the IUNG
classification Pulawy, PL), after a many-year usage of natural fertilizers such as: farmyard manure ,hen manure,
and sewage residue from a municipal sewage-treatment plant did not change the suitability to the 00 classification
of soils. The concentrations of the examined metals in soils did not reach half of the permissible concentrations for
the classification of 00 of pollution. Despite the results of research are beneficial from the soil protection point of
view, there should not be disregarded the problem of metals content especially in the used wastes. There should be
stressed that for the complex evaluation of influence of the used fertilizers, as regards enriching the environment
into heavy metals, there should be taken into consideration the heavy metal content in the cultivated, on these
soils, plants and the ones taken with the crops. What is more, there should be taken into consideration the metals
migration from soils into surface and underground waters. The only way to use the fertilizers safely is to respect
the existing rules concerning fertilization accurately and to lead the monitoring of soils, plants, and residues.
Keywords: natural fertilizers, sewage residues, heavy metals