Ekstrakcja sekwencyjna w osadach ściekowych

Wykorzystanie osadów ściekowych do gruntów na cele rolne i nierolne ma pewne ograniczenia ze względu na zawartość metali ciężkich i skażeń sanitarnych. Metale ciężkie w glebie ulegają procesom mogącym powodować zmiany stężeń i form chemicznych, dlatego też ich ogólna zawartość nie zawsze jest odpowiednim wskaźnikiem ich bioprzyswajalności. Znajomość mechanizmów immobilizacji chemicznych form pierwiastków pozwala zredukować zagrożenie dla środowiska. W tej pracy przedstawiono metody ekstrakcji sekwencyjnej, które pozwalają określić względny udział poszczególnych frakcji danego pierwiastka i ocenić ich ekoszkodliwość. Posługując się analizą sekwencyjną, można określić ilość danego pierwiastka, który może zostać włączony do łańcucha: osad - gleba - roślina - człowiek. Omówiono istniejące metody ekstrakcji sekwencyjnej, przedstawiono rodzaje użytych ekstrahentów, dokonano opisu warunków prowadzonych procesów i oceny zastosowanych metod ekstrakcyjnych. Przeanalizowano wpływ sposobów ekstrakcji sekwencyjnej na rozdział i mobilność metali w osadach ściekowych. Zaprezentowano metodę chemicznej ekstrakcji sekwencyjnej do oceny jakościowej i ilościowej zawartości metali w poszczególnych frakcjach. Ponadto, przedstawiono porównania i wyniki, mające zobrazować skuteczność ekstrakcji sekwencyjnej we wskazaniu realnych zagrożeń chemicznych. Zaobserwowano, iż do form najbardziej mobilnych, a więc łatwo przechodzących do roztworu, należą metale występujące w połączeniach rozpuszczalnych w wodzie, wymienialne oraz metale związane z węglanami (frakcje 1 i 2). Metale związane z tlenkami żelaza i manganu oraz materią organiczną są również łatwo dostępne, jednak ich uwalnianie zachodzi znacznie wolniej (frakcje 3 i 4). Za unieruchomione metale uznano ich formy, które gromadzą się w pozostałości nierozpuszczalnej w stężonych kwasach. Metale tej frakcji są chemicznie stabilne i biologicznie nieaktywne. Wskazano, iż analiza form chemicznych metali powstałych podczas ekstrakcji zależała od: ilości uzyskanych frakcji, rodzaju i stężenia reagentów, warunków prowadzenia ekstrakcji. Na podstawie uzyskanych przez różnych autorów wyników stwierdzono, że udział określonych form chemicznych pierwiastków uzależniony jest od zastosowanej procedury. Dobór odpowiedniej metody ekstrakcji metali z osadów ściekowych powinien być uzależniony od celu prowadzonej analizy specjacyjnej i analizowanych form chemicznych. Ponadto stwierdzono, iż metody, zarówno zaproponowane przez Tessiera, jak również BCR (Commission of European Communities Bureau of Reference), są wystarczająco powtarzalne i odtwarzalne, aby mogły być stosowane do frakcjonowania metali z osadów ściekowych.

Usage of sewage sludge for agricultural and non-agricultural purposes is limited because of contents of heavy metal particles and sanitary contamination. Heavy metals in soil undergo processes that could cause changes of concentrations and chemical forms, and therefore their overall contents is not always the right indicator of their bioassimilation. Knowledge of immobilization mechanisms related to chemical forms of elements helps to reduce environmental risk. In present paper, sequential extraction methods were presented. These methods allow to determine relative share of each fraction of a certain element, and assess their harmfulness to environment. Sequential analysis can be used to determine concentration of a certain element, which could join to the chain: “sludge - soil - plant - human”. Known methods of sequential extraction have been discussed, types of extractors and description of process parameters have been presented, extraction methods have been valuated. Influence of used extraction method on separation and mobility of metals in sewage sludge has been analyzed. Chemical sequential extraction has been presented as the method for quantitative and qualitative estimation of heavy metals contents in each fraction. In addition, several comparisons and test results have been presented, in order to confirm effectiveness of sequential extraction as the right method to indicate real chemical hazards. It was observed, that metals in easily water-soluble forms, exchangeable metals or bound with carbonates (fraction 1 and 2) are most mobile forms, means easily migrating into the solution. Metals bound with iron oxides, manganese oxides and also bound with organic matter are also easily available, but they are released much slower (fraction 3 and 4). Metals in remaining part, soluble in concentrated acids, are considered as immobile form. Metals in this fraction are chemically stable and biologically inactive. It was indicated, that analysis of chemical forms of metals created during extraction depended on number of fractions, type and concentration of reagents and extraction process parameters. On the basis of results given by various authors, it was concluded that share of certain chemical forms of elements depends on the procedure used for the analysis. Choosing the method of extraction of metals from sewage sludge should depend on the purpose of spacing analysis and types of chemical forms that have to be analyzed. Additionally it was stated, that methods proposed by Tessier and BCR (Commission of European Communities Bureau of Reference) are repeatable and reproducible enough, to be used for fractionation of metals from sewage sludge.