background image

ASPEKTY ANALIZY CHEMICZNEJ 

W BADANIACH ODPADÓW 

KOMUNALNYCH

POLITECHNIKA KOSZALIŃSKA

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Katedra  Gospodarki  Odpadam

i

75-453 Koszalin, ul. Śniadeckich 2

tel. (094) 3478570    fax. (094) 3427652

e-mail: kazimierz.szymanski@tu.koszalin.pl

Prof. dr hab. Kazimierz Szymański

background image

odzysk energii

odcieki 
składowiskowe

ODPADY 
KOMUNALNE

zanieczyszczenie 
gruntu

części organiczne

tworzywa sztuczne, 
metale, szkło, papier

komposty
(nawozy organiczne)

składniki lotne
(gazy 
składowiskowe)

zanieczyszczenie wód 
podziemnych

Implikacje wynikające z deponowania odpadów na 

składowiskach

background image

Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w środowisku 

wodno-gruntowym

background image

Standardowe badania odpadów komunalnych zazwyczaj 

obejmują wykonanie analizy:

• 

sitowej (podział na frakcje z uwzględnieniem ilości 

substancji 

balastowych ),

• 

morfologicznej (wyselekcjonowanie poszczególnych 

składników 

odpadów),

• 

fizykochemicznej  (obok  takich  parametrów  jak  gęstość 

nasypowa, 

wilgotność,  wymywalność,  odczyn)  zawartości 

składników 

mineralnych  i  organicznych  w  tym  substancji   

nawozowych.

background image

Skład morfologiczny frakcji średniej 

Skład morfologiczny frakcji średniej 

odpadów [%]

odpadów [%]

background image

Udział procentowy poszczególnych frakcji 

Udział procentowy poszczególnych frakcji 

odpadów komunalnych

odpadów komunalnych

background image

części drobne

Wsad kompostowy biostabilizator

ks

ks

k1

k1

k2

k2

k3

k3

k4

k4

k5

k5

części  
organiczne

Odpady komunalne

background image

APARATURA  WYKORZYSTYWANA  

W  BADANIACH

Spektrometr absorpcji atomowej PHILPS PU 9000X

Mineralizator mikrofalowy MILESTONE 1200 MEGA

Makroanalizator elementarny varioMAX CN

Specord M80 Carl Zeiss Jena

Chromatograf gazowy AT 7890A z detektorem masowym AT 5975C VL MSD 

Detektor wielogazowy V-Rae PGM-7840

Analizator rtęci AMA-254

Podstawowe wyposażenie laboratorium

background image

METODYKA BADAŃ

METODYKA BADAŃ

Parametry 

fizykochemicz

ne

:

odczyn
wilgotność
azot ogólny 
Kjeldahla
substancja 
organiczna
utlenialność 
(ChZT

KMnO4

)

węgiel organiczny
fosfor ogólny
azot azotanowy III i 
V

Oznaczenie metali 

techniką AAS:
zawartość 
całkowita:

Cu, Cd, Ni, Pb, Zn, 

Cu, Cd, Ni, Pb, Zn, 

Cr, Mn, Fe, K, 

Cr, Mn, Fe, K, 

Na, Ca, Mg

Na, Ca, Mg

ekstrakcja 
sekwencyjna:

Cu, Cd, Ni, Pb, 

Cu, Cd, Ni, Pb, 

Zn, Cr, Mn, Fe

Zn, Cr, Mn, Fe

background image

Metodyka

Frakcjonowanie 

badanego 

materiału 

wykonano 

wykorzystując 

schemat 

ekstrakcji 

sekwencyjnej 

opracowanej 

przez 

He 

współpracowników 

[5]. 

Zdefiniowali  oni  sześć  frakcji,  z  którymi  związane  są 

metale  ciężkie:  rozpuszczalną  w  wodzie,  jonowymienną, 

kompleksy  metaloorganiczne,  związki  metaloorganiczne, 

trudno 

rozpuszczalne 

związki 

nieorganiczne 

oraz 

pozostałość. 

Próbki badanego materiału o masie 1 g poddano ekstrakcji 

sekwencyjnej.  Po  każdym  etapie  ekstrakcji  próbki 

wirowano,  a  w  otrzymanym  supernatancie  oznaczano 

zawartość Cu, Pb, Zn i Ni metodą FAAS. 

background image

W  dwóch  supernatantach  otrzymanych  po  trzecim 

(ekstrahent  Na

4

P

2

O

7

)  i  czwartym  (ekstrahent  NaOH) 

etapie ekstrakcji dodano 3M H

2

SO

4

 (pH=1) i pozostawiono 

na  24h  w  temperaturze  pokojowej.  Po  odwirowaniu, 

wyodrębniono  frakcję  metali  związaną  z  kwasami 

fulwowymi  FA  ,  których  zawartość  oznaczono  technika 

FAAS. Stężenie metali związanych z kwasami huminowymi 

HA podano jako różnicę  stężenia metalu w danej frakcji i 

jego zawartości w  układzie: metal - kwas fulwowy (FA).

background image

PRÓBKA (1g)

ETAP I

10 ml 1M CH

3

COONH

4

pH=7

czas wytrząsania 1h

 temp. pokojowa

Metale

 wymienialne

ETAP II

10 ml CH

3

COONa

 zakwaszone do pH =5

CH

3

COOH

czas wytrząsania 5 h

temp. pokojowa

Metale związane

z węglanami

Schemat postępowania w 

Schemat postępowania w 

analizie frakcyjnej

analizie frakcyjnej

background image

ETAP III

20 ml 0,04 M NH

2

OH•HCl

25% (v/v) CH

3

COOH

czas wytrząsania 5 h

temp. 95°C

  

Metale związane

 z tlenkami 

manganu i żelaza

ETAP IV

Metale związane

 z substancją organiczną

5 ml 0,02M HNO

3

 + 5 ml 

30% H

2

O

2

 pH=2  

czas wytrząsania 2 h temp

. 85°C

5ml H

2

O

pH=2 

czas wytrząsania 3 h temp. 85°C

10 ml 3,2M CH

3

COONH

w 20% HNO

3

czas wytrząsania 0,5 h 

temp. pokojowa

ETAP V

5ml 

HNO

3

 

 

+ 5ml H

2

O

+ 1ml HClO

4

mineralizacja mikrofalowa

 

Metale pozostałe

background image

Miedź

Miedź

background image

Udział procentowy miedzi w 

Udział procentowy miedzi w 

poszczególnych frakcjach wsadu 

poszczególnych frakcjach wsadu 

kompostowego i kompostów

kompostowego i kompostów

background image

Wykres rozrzutu miedzi we frakcji 

Wykres rozrzutu miedzi we frakcji 

organicznej względem zawartości 

organicznej względem zawartości 

węgla organicznego w kompoście 

węgla organicznego w kompoście 

5.miesięcznym

5.miesięcznym

Regresja

95% p.ufności

miedź

Korelacja: r= -0,65

[%]

węgiel organiczny

fr

a

k

c

ja

 I

V

[m

g

/k

g

 s

.m

]

20

40

60

80

100

120

140

160

180

12

16

20

24

28

32

background image

Ołów

Ołów

background image

Udział procentowy ołowiu w 

Udział procentowy ołowiu w 

poszczególnych frakcjach wsadu 

poszczególnych frakcjach wsadu 

kompostowego i kompostów

kompostowego i kompostów

background image

Zależność stężenia ołowiu we frakcji 

organicznej względem zawartości 

węgla organicznego w badanych 

próbkach

ołów

 90 
 70 
 50 
 30 
 10 
 -10 
 -30 

background image

Schemat dwuwarstwowej, 

Schemat dwuwarstwowej, 

jednokierunkowej sieci 

jednokierunkowej sieci 

neuronowej

neuronowej

x

1

b

1

b

2

b

K

y

1

y

2

u

1

u

2

u

K

w

1 , 1

w

K , N

w

M ,K

w

1 , 1

w

K , 1

w

M ,1

w

2 , 1

w

2 , 1

x

2

1

x

N

y

M

( 1 )

( 1 )

( 2 )

( 2 )

( 1 )

( 2 )

( 1 )

( 2 )

background image

Na etapie konfiguracji parametrów sieci neuronowej

ustalono następujące elementy:

      - rodzaj zadania  polegający na opisaniu zależności 

        ( problem regresyjny), 

      - typ sieci do modelowania zjawiska ( sieci MLP i RBF),

      - minimalną i maksymalną liczbę neuronów w warstwie 

        ukrytej (6,14), 

      - funkcję aktywacji neuronów warstwy ukrytej i 

        wyjściowej (wszystkie dostępne),

      - podział bazy danych na zbiór: 

    uczący (70% przypadków),

    testujący i walidacyjny ( po 15%).

background image

Kompost 4.miesięczny 

Kompost 4.miesięczny 

wartości względne

wartości względne

background image

Średni błąd względny prognozy 

Średni błąd względny prognozy 

metali

metali

background image

Wnioski

Wnioski

W  celu

W  celu  uzyskania  kompostu  o  bardzo  dobrych 

parametrach 

jakościowych 

należy 

odpadów 

komunalnych  wydzielić  części  organiczne  o  wielkości 

ziaren >1 mm.

Wyniki

Wyniki przeprowadzonych analiz pozwalają na określenie 

stopnia  mobilności  metali  ciężkich,  zawartych  w 

odpadach  komunalnych  i  kompostach,  a  tym  samym 

mogą stanowić dodatkowe kryterium oceny ich jakości.

Miedź 

Miedź  w  kompostach  dojrzałych  występuje  przede 

wszystkim  we  frakcji  związanej  z  substancją  organiczną, 

a  tym  samym  może  zostać  uruchomiona  w  wyniku 

mineralizacji tej substancji.

background image

Wnioski

Wnioski

Ołów

Ołów  w  kompostach  dojrzałych  (4.  i  5.miesięcznych) 

występuje we frakcjach trudno dostępnych dla roślin. Aby 

spowodować  uruchomienie  metalu  w  tych  frakcjach 

należałoby  zmienić  warunki  redukująco  -  utleniające 

układu  oraz  spowodować  rozkład  substancji  organicznej. 

Można  sądzić,  że  ołów  obecny  jest  w  kompostach  w 

postaci  siarczków  i  w  warunkach  utleniających  może 

przechodzić w trudno rozpuszczalne siarczany. 

Zauważono

Zauważono,  że  około  30%  ołowiu  związane  jest  z  frakcją 

V. Związki ołowiu, występujące w tej frakcji są praktycznie 

niedostępne  dla  organizmów  żywych.  Ilość  metalu 

biodostępnego dla roślin i środowiska stanowi około 20 % 

całkowitej zawartości tego pierwiastka.

background image

KOMPOST

POZOSTAŁOŚĆ

Metale rozpuszczalne w 

wodzie

Frakcja 

jonowymienna

POZOSTAŁOŚĆ

POZOSTAŁOŚĆ

Frakcja metali tworzących 

kompleksy organiczne

Metale tworzące związki 

metaloorganiczne

POZOSTAŁOŚĆ

Trudno rozpuszczalne 

związki nieorganiczne

POZOSTAŁOŚĆ

HA

HA

FA

FA

HNO

3

NaO
H

Na

4

P

2

O

7

KCl

H

2

O

Hsu J. H., Lo S. L., Effect of composting on characterization and 
leaching of copper, manganese, and zinc from swine manure, 
Environmental Pollution 114, 2001, 119-127

background image

Schemat postępowania analitycznego

Frakcja

Ekstrahent

Warunki ekstrakcji

Czas 

wytrząsa

nia

Temperat

ura 

F1 – związki 

rozpuszczalne w 

wodzie

20 cm

3

 H

2

O

24h

pokojowa

F2 –związki 

jonowymienne

20 cm

3

 KCl 1M

24h

pokojowa

F3 – metale tworzące 

kompleksy organiczne

20 cm

3

 Na

4

P

2

O

7

  0,1M  

     + 250 mg KCl 

(flokulant)

 

24h

pokojowa

F4 – związki 

metaloorganiczne 

20 cm

3

 NaOH  0,1M

24h

pokojowa

F5 – trudno 

rozpuszczalne związki 

nieorganiczne

20 cm

3

 HNO

3

  4M

24h

pokojowa

F6 – pozostałość

5 cm

3

 65% HNO

3

 + 1 

cm

3

 30% H

2

O

2

 + 1 cm

3

 

75% HClO

4

Mineralizacja 

mikrofalowa

 

Hsu J. H., Lo S. L., Effect of composting on characterization and 
leaching of copper, manganese, and zinc from swine manure, 
Environmental Pollution 114, 2001, 119-127

background image

Udział procentowy metali w poszczególnych frakcjach 

badanego materiału

background image

Udział procentowy metali związanych z kwasami fulwowymi (FA) i 

huminowymi (HA) we frakcjach metali tworzących kompleksy 

organiczne (Na

4

P

2

O

7

) i we frakcji metali tworzącej wiązania 

metaloorganiczne (NaOH) 

Próbka

Cu [%]

Pb[%]

Na

4

P

2

O

7

NaOH

Na

4

P

2

O

7

NaOH

FA

HA

FA

HA

FA

HA

FA

HA

Frakcja 
średnia 

odpadów

36.0

64

67.

7

32.

3

94.3 5.7

100

0.0

Frakcja 

drobna 

odpadów

49.8 50.2 71.

7

28.

3

94.9 5.1

99.3

0.7

Kompost 

świeży

79.6 20.4 67.

4

32.

6

95.2 4.8

100

0.0

Kompost 

4.miesięczn

y

36.2 63.8 53.

7

46.

3

77.9 22.

1

100

0.0

Kompost 

36. 

miesięczny

54.6 45.4 62.

6

37.

4

50.4 49.

6

86

14

Materiał 

odniesienia

100

0.0

59.

8

40.

2

100

0.0

100

0.0

background image

w

a

rt

o

ść

 w

zg

d

n

a

0,92

0,88

0,98

0,52

0,64

0,56

0,62

0,15

0,01

1

0,93

0,97

0,67

0,39

0,74

0,85

0,14

0,05

0,02

0,06

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

pH

wil.

s.o.

N og.

P og.

C org.

utl.

NO

2

NO

3

PO

4

wyniki badań
obliczenia sieci

Wartość względna dla testowanego wektora nr 1

background image

b

łą

d

 w

zg

d

n

y

[%

]

2

9

38

24

13

33

78

68

57

94

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

pH

wilg.

s.o.

N og.

P og.

C org.

utl.

NO

2

NO

3

PO

4

Błąd względny dla testowanego wektora nr 1

background image

w

a

rt

o

ść

 w

zg

d

n

a

0,86

0,94

0,57

0,8

0,77

0,39

0,04

0,09

0,37

0,05

0,84

0,78

0,64

0,82

0,66

0,42

0,06

0,05

0,065

0,06

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

pH

wil.

s.o.

N og.

P og.

C org.

utl.

NO

2

NO

3

PO

4

wyniki badań]
obliczenia sieci

 Wartość względna dla testowanego wektora nr  5

 

background image

b

łą

d

 w

zg

d

n

y

[%

]

3

17

10,5

2

14,5

5

31

46

83

13

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

pH

wil.

s.o.

N og.

P og.

C org.

utl.

NO

2

NO

3

PO

4

     Błąd względny dla testowanego wektora nr 5

  

background image

Całkowita  zwartość  metali  ciężkich  w  kompoście  będąca 

kryterium  oceny  jego  jakości,  w  niewielkim  stopniu  określa 

poziom  zagrożenia,  jaki  niesie  wprowadzenie  tego  materiału 

do środowiska glebowego. 

Frakcjonowanie  próbek  odpadów  i  kompostu  pozwala  na 

określenie 

mobilności 

biodostępności 

form 

metali. 

Występowanie  różnych  form  metali  ciężkich  zależy  od 

parametrów  fizykochemicznych  kompostu  oraz  materiału,  z 

jakiego był on produkowany. 

WNIOSKI

background image

Biodostęponość  metali  w  badanych  próbkach  odpadów 

komunalnych i kompostu maleje w szeregu Cu>Zn>Pb>Ni. 

Największy  udział  procentowy  związków  rozpuszczalnych  w 

wodzie  stwierdzono  dla  miedzi.  Cynk  związany  był  głównie  z 

frakcją  F3,  w  której  mogą  być  obecne  kompleksy  organiczne 

łatwo przyswajalne przez rośliny. Ołów i nikiel występował we 

frakcjach trudno dostępnych dla środowiska.

WNIOSKI

background image

Przykłady występowania związków metali 

ciężkich

 w odpadach i środowisku wodno-gruntowym

background image

dimetylo ditiokarbaminian cynku 

etyloksantogenian cynku 

background image

Związek Co w postaci bissalicyloaldehydodiiminy

Sole cynku z hydrazyną

background image

                      Wykorzystanie  metod  chromatograficznych  w 

badaniach odpadów

1.Wstęp

Fermentacja  metanowa,  obok  kompostowania  jest  jedną  z 

najpopularniejszych  metod  stosowanych  obecnie  w  Europie  do 

utylizacji  odpadów  organicznych  (bioodpadów)  w  tym  osadów 

ściekowych.    Dodatkowo  w  procesie  tym  produkowany  jest  biogaz, 

używany  do  produkcji  energii  elektrycznej.    Ze  względu  na  swoje 

zalety  technika  ta  znajduje  coraz  szersze    zastosowanie  przy 

usuwaniu  innego  rodzaju  tych  odpadów,  w  tym  także  frakcji 

organicznej odpadów komunalnych.

W  osadach  ściekowych  jak  również  we  frakcji  organicznej 

odpadów  komunalnych  stwierdzono  obecność  związków  z  grupy 

wielopierścieniowych  węglowodorów  aromatycznych  (WWA).   

Obecne  były  również  polichlorowane  bifenyle  i  środki  ochrony 

roślin.

background image

Celem  przeprowadzonych  badań  była  analiza  zmian 

stężenia 16 WWA ((naphtalene, acenahphtene, acenahphtylene 

fluorene,  phenanthrene,  anthracene,  fluoranthene,  pyrene, 

benzo(a) 

anthracene, 

chrysene, 

benzo(b)fluoranthene, 

benzo(k)fluoranthene, 

benzo(a)pyrene, 

dibenzo(a,h)anthracene, benzo(ghi)perylene oraz indeno(1,2,3-

cd)pyrene)  w  czasie  prowadzenia  fermentacji  metanowej 

mieszaniny  osadów  ściekowych  i  frakcji  organicznej  odpadów 

komunalnych.  Zmienną  wpływającą  na  przebieg  procesu  był 

skład wsadu do bioreaktora.

background image

2. Procedura badawcza

           2.1. Sprzęt

•bioreaktor o pojemności 50 dm

3

,

•mieszadło pracujące w trybie pracy ciągłej przez 24 godziny,
•ilość obrotów łopatek na minutę  wynosiła 10,
•  grzałka  współpracująca  z    czujnikiem  termicznym  (temp. 

39

0

C),

•kran  do  poboru  fermentowanej  mieszaniny  w  czasie  trwania 

procesu,

•zawór do biogazu.

W  czasie  trwania  procesu  fermentacji  utrzymywane  były 

warunki mezofilne. Etap metanogenezy trwał od 21 do 24 dni. Wsad 

do  bioreaktora  był  mieszaniną  osadu  przefermentowanego,  osadu 

surowego i frakcji organicznej odpadów komunalnych.

background image

Osad przefermentowany pozwalił zachować wilgotność powyżej 

90%  ,  po  drugie  stanowił  źródło  bakterii  metanowych.  Bakterie  te 

zaliczają 

się 

do 

trzech 

rodzin: 

Methanobacteriaceae, 

Methanotermaceae Methanothermus[2].

Przeprowadzone zostały cztery procesy fermentacji metanowej, 

różniące  się  składem  mieszaniny  osadu  surowego  i  frakcji 

organicznej odpadów komunalnych. 

Osady  ściekowe  pobierane  były  z  oczyszczalni  ścieków 

komunalnych.  Utylizacja  osadów  w  tym  zakładzie  opierała  się  na 

dwóch  etapach:  pierwszy  to  fermentacja  metanowa,  drugi  to 

kompostowanie.  W  procesie  fermentacji  dodatkowo  produkowany 

jest  biogaz,  zawierający  do  60%  metanu.  Przefermentowany  osad 

ściekowy pobierany  był z bioreaktorów fermentacyjnych.

Frakcja  organiczna  pobierana  była  ze  składowiska  odpadów 

komunalnych. 

Niestety 

składowane 

są 

tam 

odpady 

niesegregowane. 

Frakcję 

organiczną 

pobierano 

po 

 

 

przepuszczeniu odpadów przez sito o rozmiarach oczek 2cm x 2cm. 

Częstotliwość  poboru  prób  mieszaniny  fermentacyjnej  we 

wszystkich  cyklach  wynosiła  co  dwa  dni  przez  pierwsze  dwa 

tygodnie i co trzy dni przez ostatni tydzień. 

background image

W próbach oznaczono:
•zasadowość, 
•zawartość lotnych kwasów tłuszczowych, 
•odczyn środowiska, 
•stężenie wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, 
•stężenie biogazu, pod kątem zawartości w nim metanu.

background image

2.2 Metodyka oznaczeń fizykochemicznych. 

  

Stosowano  ogólnie  znane  procedury  badawcze.  W  przypadku 

badania zawartości biogazu stosowano detektor wielogazowy V-Rae 

PGM-7840.  Stężenie  metanu  podawane  jest  tam  w  %.  Czułość 

pomiaru  wynosiła  1%.    Pomiar  metanu  odbywa  się  za  pomocą 

sprzężonych 

sensorów: 

termokonduktometrycznego 

katalitycznego.

                  Oznaczania  zawartości  wielopierścieniowych 

węglowodorów aromatycznych w próbkach odpadów i powstałego z 

nich produktu oznaczano wg następującej metodyki:  

          Około  10g  próby  osadu  fermentowanego  ekstrahowano 

acetonem za pomocą ultradźwięków przez 1. godzinę. Do ekstraktu 

dodawano  40  cm

wody  destylowanej  i  5  cm

3

  izopropanolu.  Tak 

otrzymany 

roztwór 

przepuszczono 

przez 

wstępnie 

wykondycjonowane  kolumienki  sorpcyjne  zgodnie  z  techniką  solid 

phase extraction (SPE). 

background image

Kolumienki  sorpcyjne  wypełnione  były  fazą  oktylową. 

Zaabsorbowane 

węglowodory 

aromatyczne 

wymywano 

tetrahydrofuranem.  Otrzymany  eluat  zgęszczano  w  atmosferze 

azotu do objętości 0,5 cm

3

 [Bakerbond Application Note 385].

                  Końcowym  etapem  było  oznaczenie  ilościowe  i 

jakościowe 

na 

chromatografie 

gazowym 

(AT 

7890A), 

wyposażonym  w dozownik z rozdziałem strumienia (split-splitles) 

i detektor masowy (AT 5975C VL MSD). Analizę przeprowadzono 

na  kolumnie  chromatograficznej  HP-5MS  z  użyciem  helu  jako 

gazu  nośnego.  Początkowa  temperatura  pieca  wynosiła  GCMS 

60ºC  i  utrzymywana  była  przez  1,5  min.  Następnie  wzrosła  do 

160 

0

C w tempie 30 

0

C /min., po czym z prędkością 5 

0

C /min. do 

195 

0

C    i  ostatecznie  z  przyrostem  3

0

C/min.  do  280ºC.  Końcowa 

temperatura utrzymywana była przez 18 min. [Amir S., Hafidi M., 

Merlina  G.,  Hamdi  H.  Revel  J.C.,  „Fate  of  polycyclic  aromatic 

hydrocarbons  during  composting  of  lagooning  sewage  sludg”e, 

Chemosphere 58, 2005, p. 449-458].

background image

Temperatura  The  MS  transfer  line    wynosiła  280 

0

C  a  MS 

source  230

0

C.  Temperatura  dozownika  utrzymywana  była  na 

poziomie  300ºC.  Uzyskane  dane  były  analizowane  za  pomocą 

selected  ion  monitoring  mode  (SIM).  Oznaczenie  jakościowe  i 

ilościowe  wykonano  w  oparciu  o  wzorzec  zewnętrzny  16.  WWA 

(acenaphthene,  acenaphthylene,  anthracene,  benz(a)anthracene, 

benzo(b)fluoranthene,  benzo(k)fluoranthene,  benzo(ghi)perylene 

benzo(a)pyrene,  chrysene,  dibenz(a,h)anthracene,    fluoranthene, 

fluorene,  indeno(1,2,3-cd)pyrene,  naphtalene,  phenanthrene, 

pyrene). Czułość metody 0,001 mg/kg s.m. 

background image

2.3.  Wyniki oznaczeń fizykochemicznych

       

                  Największą  zawartość  metanu  w  produkowanym 

biogazie  w  czasie  fermentacji  metanowej  mieszaniny  osadów 

ściekowych  i  frakcji  organicznej  odpadów  komunalnych  we 

wszystkich  cyklach  obserwowano  w  pierwszych  dniach 

przeprowadzanego  procesu  i  wynosiła    ona  30%-40%.  W 

ostatnich  dniach  eksperymentu    (po  około  21  dniach)  malała  do 

4%.

Analogicznie malała zawartość lotnych kwasów tłuszczowych 

(LKT)  w  mieszaninie  fermentacyjnej  w  trakcie  trwania  procesu 

beztlenowego.  W  cyklach,  w  których  fermentacji  poddano  30% 

osadu  ściekowego  i  70%    frakcji  organicznej  odpadów 

komunalnych,  początkowe  stężenie  LKT  wynosiło  około  100 

mg/dm

3

  i  malało  do  14  mg/dm

3

.  W  przypadku  gdy  mieszanina 

zawierała  odwrotne  proporcje  początkowe  stężenie  wynosiło 

ponad 150 mg/dm

3

 i także malało do 14 mg/dm

3

background image

Zasadowość  ogólna  mieszaniny  fermentacyjnej  w  cyklach,  w 

których  stosunek  osadu  ściekowego  do  frakcji  organicznej 

odpadów  komunalnych  wynosił  3:7  wzrastała  od  ponad  6000 

mgCaCO

3

/dm

3

 do ponad 8000 mgCaCO

3

/dm

3

. W cyklach, w których 

stosunek w mieszaninie był odwrotny zasadowość ogólna wzrastała 

od około 8000 mgCaCO

3

/dm

3

 do ponad 11000 mgCaCO

3

/dm

3

We  wszystkich  cyklach    odczyn  mieszaniny  fermentacyjnej 

zmieniał  się  nieznacznie.  W  czasie  trwania  procesu  fermentacji 

metanowej wzrastał od pH równego 7,1 do pH równego 8,0.

background image

Data File Name: C:\msdchem\1\DATA\WWA\analiza22\0401004.D
Acquired Date: 26 Oct 2009  15:08    
Method Name: C:\msdchem\1\METHODS\WWA.M
Sample Name: f70%I11b

Com

p # Compound Name

RT (min)

Area

Amount

Units

1

naftalen

7,649

514930

0,169523

mg/l

2

acenaftylen

9,674

187506

0,117537

mg/l

3

acenaften

10,244

69738

0,040362

mg/l

4

fluoren

10,525

389042

0,213487

mg/l

5

fenantren

11,703

4226406

1,74493

mg/l

6

antracen

11,703

4226512

1,84291

mg/l

7

fluoranten

13,272

7393869

3,32339

mg/l

8

piren

13,602

5047079

2,17965

mg/l

9

benzo(a)antracen

15,626

965146

0,566035

mg/l

10

chryzen

15,626

957033

0,591994

mg/l

11 benzo(b)fluoranten

17,385

101747

0,06377

mg/l

12 benzo(k)fluoranten

17,667

1821995

1,14611

mg/l

13

benzo(a)piren

18,003

1196493

4,10553

mg/l

14

indeno(1,2,3-

cd)piren

19,938

120796

0,106769

mg/l

15

dibenzo(a,h)antrac

en

20,135

61127

0,057927

mg/l

16 benzo(ghi)perylen

20,364

238575

0,19841

mg/l

 2.4.  Wyniki oznaczeń wielopierścieniowych węglowodorów   

aromatycznych

background image

Chromatogram osadu fermentowanego o składzie 70% frakcji 
organicznej odpadów komunalnych i 30% osadu ściekowego – 
11 doba

6 . 0 0

8 . 0 0

1 0 . 0 0

1 2 . 0 0

1 4 . 0 0

1 6 . 0 0

1 8 . 0 0

2 0 . 0 0

2 2 . 0 0

2 4 . 0 0

2 6 . 0 0

2 8 . 0 0

0

5 0 0 0 0 0 0

      1 e + 0 7

  1 . 5 e + 0 7

      2 e + 0 7

  2 . 5 e + 0 7

      3 e + 0 7

  3 . 5 e + 0 7

      4 e + 0 7

  4 . 5 e + 0 7

      5 e + 0 7

T i m e - - >

A b u n d a n c e

T I C :   0 4 0 1 0 0 4 . D \ d a ta . m s

T I C :   0 4 0 1 0 0 4 . D \ d a ta s im . m s

1

2 34


6

7

8


10

11

12

13

14

1516

background image

Data File Name: C:\msdchem\1\DATA\WWA\analiza25\0301003.D
Acquired Date: 28 Oct 2009  11:11    
Method Name: C:\msdchem\1\METHODS\WWA.M
Sample Name: f70%I21c

Comp 

#

Compound Name

RT (min)

Area

Amount

Units

1

naftalen

0

0

0

mg/l

2

acenaftylen

0

0

0

mg/l

3

acenaften

10,237

38626

0,022355

mg/l

4

fluoren

0

0

0

mg/l

5

fenantren

11,7

204603

0,084473

mg/l

6

antracen

11,7

204616

0,08922

mg/l

7

fluoranten

13,263

403835

0,181515

mg/l

8

piren

13,263

402453

0,173804

mg/l

9

benzo(a)antracen

15,614

70898

0,04158

mg/l

10

chryzen

15,614

68433

0,042331

mg/l

11

benzo(b)fluoranten

17,363

186852

0,11711

mg/l

12

benzo(k)fluoranten

17,363

187013

0,117638

mg/l

13

benzo(a)piren

17,989

1000307

3,43236

mg/l

14

indeno(1,2,3-cd)piren

0

0

0

mg/l

15

dibenzo(a,h)antracen

0

0

0

mg/l

16

benzo(ghi)perylen

0

0

0

mg/l

background image

6 . 0 0

8 . 0 0

1 0 . 0 0

1 2 . 0 0

1 4 . 0 0

1 6 . 0 0

1 8 . 0 0

2 0 . 0 0

2 2 . 0 0

2 4 . 0 0

2 6 . 0 0

2 8 . 0 0

0

5 0 0 0 0 0 0

      1 e + 0 7

  1 . 5 e + 0 7

      2 e + 0 7

  2 . 5 e + 0 7

T i m e - - >

A b u n d a n c e

T IC : 0 3 0 1 0 0 3 .D \ d a ta .m s

T IC : 0 3 0 1 0 0 3 .D \ d a ta s im .m s

3

Chromatogram osadu fermentowanego o składzie 70% frakcji 
organicznej odpadów komunalnych i 30% osadu ściekowego – 
23 doba


6


8


10

11,1
2

13

background image

Suma  16  WWA  w  cyklu  pierwszym  zmalała  od  18,204  mg/kg 

s.m. do 12,145 mg/kg s.m. a w cyklu drugim od 13,294 mg/kg s.m. 

do 9,453 mg/kg s.m. W przypadku sumy 10 WWA wartość w cyklu 

pierwszym  zmniejszyła  się  od  11,085  mg/kg  s.m.  do  7,703  mg/kg 

s.m.  Natomiast  w  cyklu  drugim  zmalała  od  7,596  mg/kg  s.m  do 

6,034 mg/kg s.m.

background image

3. Dyskusja wyników badań 

Porównując  cykle,  różniące  się  składem  procentowym 

mieszaniny  fermentacyjnej,  zaobserwowano  większy  spadek 

zawartości  lotnych  kwasów  tłuszczowych  w  przypadku  gdy 

mieszanina  zawierała  przeważające  ilości  osadów  ściekowych. 

Prawdopodobnie  hydroliza  związków  organicznych,  zawartych  w 

osadach  ściekowych  zachodzi  szybciej  aniżeli  hydroliza  substancji 

obecnych we frakcji organicznej. 

Ubytek zawartości węglowodorów zawierających co najmniej 5 

pierścieni  skondensowanych  zawierał  się  w  przedziale  od  25%  do 

43%.  Analiza  wariancji  nie  wskazała  istotnego  wpływu  ilości 

pierścieni  aromatycznych  na  rozkład  wielopierścieniowych 

węglowodorów 

aromatycznych. 

Ilustracja 

graficzna 

jest 

przedstawiona na rys.1.

background image

1

3

4

5

6

Ilość skondensowanych pierscieni aromatycznych

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

S

p

a

d

e

za

w

a

rt

o

śc

W

W

A

 (

%

)

 Wykres zależności ubytku zawartości WWA od ilości 

skondensowanych pierścieni aromatycznych w związku

background image

Analogicznie  jak  w  przypadku  cykli,  w  których  fermentacji 

poddano  mieszaninę  30%  frakcji  organicznej  odpadów  i  70% 

osadów  ściekowych  analiza  wariancji  nie  potwierdziła  tezy  o 

wpływie  ilości  skondensowanych  pierścieni  aromatycznych  na 

stopień usuwania węglowodorów. Ilustracją graficzną jest rys.2

background image

1

3

4

5

6

Ilość pierscieni aromatycznych

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

Ś

re

d

n

ie

 u

b

y

tk

za

w

a

rt

o

śc

W

W

A

 (

%

)

 Wykres zależności ubytku zawartości WWA od ilości 

skondensowanych pierścieni aromatycznych w związku

background image

Wyższe 

stężenie 

początkowe 

wielopierścieniowych 

węglowodorów  aromatycznych  wpływa  na  stopień  degradacji 

analizowanych  związków.  Im  wyższe  jest  stężenie  początkowe 

analizowanych  substancji  tym  mniejszy  jest  stopień  ich 

biodegradacji.  Współczynnik  korelacji  Pearsona  wynosi  -0,6.  Na 

rysunku 3 przedstawiony jest wykres badanej korelacji.

background image

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Suma stężeń początkowych 16 WWA 

(mg/kg s.m.)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

S

p

a

d

e

k

 s

u

m

y

 s

że

ń

 1

6

 W

W

A

 (

%

)

 Zmiany zawartości WWA w trakcie procesu fermentacji metanowej 

w zależności od zawartości tych związków w fazie początkowej 

background image

We  wszystkich  cyklach  fermentacji  metanowej  mieszaniny 

zmiana sumy stężeń 16 WWA w czasie najlepiej jest opisana przez 

funkcje  logarytmiczne.  Współczynniki  determinacji  w  zależności 

od  cyklu  wynoszą  powyżej  0,7.  Wyjątkiem  jest  cykl  I,  w  którym 

procesowi  poddano  mieszaninę  z  30%  zawartością  frakcji 

organicznej  odpadów  komunalnych.  Współczynnik  determinacji 

wynosi  0,11,  co  świadczy,  że  tylko  11%  zmian  sumy  stężeń  16 

WWA jest opisany przez zaproponowany model.

background image

 Zmiana sum stężeń 16 WWA w czasie fermentacji metanowej 

mieszaniny 

frakcji organicznej odpadów komunalnych i osadów ściekowych

background image

  Największy  spadek  sumy  stężeń  16  WWA  we  wszystkich 

cyklach następował w pierwszych dniach prowadzenia procesu. 

W  tym  samym  czasie  zaobserwowano  największe  stężenia 

metanu  w  biogazie  oraz  dużą  zawartość  lotnych  kwasów 

tłuszczowych.  Ostatnie  parametry  świadczą  o  wysokiej 

intensywności  bakterii  metanowych.  Wyjątkiem  jest  pierwszy 

cykl fermentacji metanowej mieszaniny zawierającej 30% frakcji 

organicznej  odpadów  komunalnych.  Konsekwencją  tego  jest 

brak 

wyraźnej 

biodegradacji 

wielopierścieniowych 

węglowodorów  aromatycznych  nie  tylko  na  początku  procesu, 

ale także w czasie jego trwania.

background image

                4. Wnioski 

Z przeprowadzonych badań wynika, że:

   

w  czasie  fermentacji  metanowej  mieszaniny  frakcji 

organicznej 

odpadów         

komunalnych  i  osadów 

ściekowych,  prowadzonej  w  warunkach 

mezofilowych 

ilość  skondensowanych  pierścieni  aromatycznych  obecnych  w 

węglowodorze  nie  wpływa  na  stopień  jego  biodegradacji  bez 

względu na 

skład procentowy mieszaniny wyjściowej,

 

stężenia 

początkowe 

wielopierścieniowych 

węglowodorów  aromatycznych  w 

mieszaninie,  poddawanej 

fermentacji nie zależały od jej składu procentowego,

 

większe  stężenia  początkowe  WWA  wpływały  na 

obniżenie stopnia 

biodegradacji tych związków,

 

konsekwencją  dużej intensywności  bakterii  metanowych 

w  pierwszych  dniach 

prowadzenia  procesu  był  największy 

spadek sumy stężeń 16 WWA.


Document Outline