ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LV NR 2 WARSZAWA 2004: 435-445 BARBARA SYM ANOW ICZ, STANISŁAW KALEM BASA ZMIANY ZAWARTOŚCI WĘGLA I AZOTU W KWAŚNYCH WYCIĄGACH PODCZAS INKUBACJI MIESZANIN WĘGLI BRUNATNYCH Z OSADAMI ŚCIEKOWYMI THE CHANGES OF CARBON AND NITROGEN CONTENT DURING THE INCUBATION OF THE LIGNITE AND WASTE ACTIVATED SLUDGES MIXTURES DETERMINATED IN ACIDS EXTRACTS K atedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej, Akadem ia Podlaska w Siedlcach Abstract: The mixtures of brown coal (lignite) and waste activated sludges were mixed at the ratio of componends: 1:5, 1:2, 1:1 and were incubated for 2 and 4 months at room temperature (22 C). After differentated time of incubation the samples of mixtures were hydrolized in acid conditions and in acid extracts the following forms of carbon; easily and difficulty hydrolysable and nitrogen; mineral, easily and difficulty hydrolysable were determinated. The amount of each forms in relation to total elements taking as 100% were as follows: for carbon 6,6% in easily and 10,1% in difficulty hydrolysable fractions and for nitrogen: mineral 22,9%, easily 7,5% and difficulty hydrolysable 22,9%. On the base of presented results it could be stated that the period of 2 months of incubation the mixture with ratio 1:5 was the best for the utilization of above mixture for fertilization purpose. Słowa kluczowe, azot, węgiel, kwaśny wyciąg, inkubacja, osad ściekowy, węgiel brunatny. Key words: nitrogen, carbon, extract acid, incubation, waste activated sludge, lignite. WSTĘP Rekultywacja gleb stanowi bardzo złożony problem, ze wzglądu na duże zróżnicow anie w łaściw ości podłoży obszarów zdegradowanych. Skuteczność przeprow adzonych zabiegów rekultywacyjnych można ocenić na podstawie zawartości substancji organicznej w podłożu. Według Siuty i in. [ 1985] bardzo dobrze zrekultywowane gleby to te, w których zawartość próchnicy wynosi 50-60 t ha 1. W ostatnich latach górnictwo odkrywkowe węgla brunatnego cechowało się dużą dynamiką działalności, co spowodowało znaczne zwiększenie powierzchni przeznaczonej do rekultywacji.
436 В. Symanowicz, S. Kalembasa Związane jest to z wielkością wydobycia i stosunkiem nadkładu do złoża (na przykład w odkrywkach węgla brunatnego A dam ów ten stosunek wynosił 7,5:1).Utwory technicznie zrekultywowane nie stanowią pełnowartościowej gleby [Wąchalewski i in. 1995], dlatego też muszą one być poddane antropogenicznej poprawie ich właściwości fizycznych i chemicznych. Stosowanie wysokich dawek nawozów mineralnych (600-800 kg ha-1 [Greinert 1992] w warunkach Konińskiego Zagłębia W ęglowego może naruszyć w arunki ekologiczne środow iska glebow ego, przyczynić się do zanieczyszczenia wód gruntowych [Maciejewska 1996] oraz zwiększyć koszty rekultywacji. W ostatnich latach ze względu na aspekty ekologiczne i przepisy z zakresu ochrony środowiska, przy zapewnieniu właściwej ilości składników pokarmowych roślin i ograniczeniu ich strat prowadzone są badania nad produkcją nawozów organicznomineralnych przy wykorzystaniu węgla brunatnego [Kalembasa i Tengler 1992], które mogą być stosowane do rekultywacji gleb (utworów glebowych). Służą do tego celu nadkłady węgla brunatnego o niskiej wartości energetycznej [Bielikowski 1995] oraz osady ściekowe, które są doskonałym źródłem związków węgla i azotu [Edwards i in. 1984]. Alternatywą dla bardzo dużych rekultywacyjnych dawek nawozów mineralnych, zapewniającą obieg składników w przyrodzie i ich optymalną ilość m ogą stanowić niekonwencjonalne nawozy organiczno-mineralne. Celem niniejszych badań było oznaczenie zawartości węgla i azotu w kwaśnych wyciągach m ieszanin węgli brunatnych i osadów ściekowych w doświadczeniu inkubacyjnym przy uwzględnieniu różnych stosunków tych komponentów, pozw a lających na wybór optymalnego stosunku węgla brunatnego do osadu ściekowego w badanych mieszaninach. MATERIAŁ I METODY Do badań (doświadczenie inkubacyjne) w ykorzystano osady ściekowe z oczyszczalni ścieków w Siedlcach (ścieki przemysłowo-komunalne), w Łukowie (ścieki przemysłu mięsnego i komunalne) i z zakładu drobiarskiego Drosed (ścieki z uboju i przerobu drobiu) oraz węgiel brunatny z Kopalni Sieniawa i Konin. Przed zmieszaniem poszczególnych kom ponentów oznaczono w nich: - zawartość suchej masy m etodą suszarkową; - zawartość azotu ogółem m etodą Kjeldahla; - zawartość węgla organicznego metodąoksydacyjno-miareczkową[kalembasa 1991]. W ym ienione wyżej osady ściekowe i węgle brunatne zm ieszano w proporcjach (węgiel : osad) 1:5, 1:2, 1:1 w przeliczeniu na suchą masę. Uzyskane mieszaniny inkubowano przez 2, a następnie 4 miesiące przy wilgotności na poziom ie 60% m aksym alnej pojem ności wodnej i tem peraturze 22-23 C. W m ieszaninach wydzielając: frakcję azotu w związkach: 1) mineralnych, 2) łatwo ulegających hydrolizie, 3) trudno ulegających hydrolizie, 4) oraz związków nie ulegających hydrolizie przed rozpoczęciem inkubacji oraz po 2 i 4 miesiącach jej trwania oznaczono frakcje związków azotu wg kwaśnej hydrolizy [Kalembasa 1995]. Pobrano 15 cm3 wyciągu frakcji 2 i 3 dodano 5 cm3 1 mol K2Cr20 7 dm-3, 30 cm3 mieszaniny H?S 0 4 i H3P 0 4 (c. wł. 1,70) w stosunku 5:1. Po 20 minutach ogrzewania w płaszczu grzejnym niezredukowany Cr6+ odmiareczkowano 0,2 mol dm-3 solą Mohra.
С i N podczas inkubacji mieszanin węgli brunatnych z osadam i ściekow ym i 437 WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA W ykorzystane w badaniach osady ściekowe i węgle brunatne charakteryzowały się zróżnicowaną zawartością suchej masy, węgla i azotu (tab. 1).W przypadku osadów zawartość w nich suchej masy zależała od technologii produkcji i pochodzenia osadów, a w węglach brunatnych związana była z ich pochodzeniem i składem petrograficznym. Zaw artość węgla ogółem w osadach i węglach była zbliżona. Najwięcej węgla (479 g kg-1 s.m.) zawierał węgiel brunatny z KWB Konin. Spośród badanych osadów wysoką zawartością węgla (437 g kg-1 s.m.) charakteryzowały się osady z oczyszczalni w Łukowie. Zawartość azotu ogółem zależała od pochodzenia badanego materiału. W osadach ściekowych wynosiła 35,1-59,0 g kg-1 s.m. i była około 10-krotnie wyższa w porównaniu z zawartością w węglach brunatnych. Wysoka zawartość azotu ogółem w osadach ściekowych spowodowała silne zawężenie stosunku C:N (6,2-12,5). Taki stosunek C:N sprawia, że po wprowadzeniu osadów do gleby następuje szybki proces ich mineralizacji. Powoduje to uwalnianie się dużych ilości pierwiastków chemicznych w formach przyswajalnych dla roślin. W przypadku węgli brunatnych niska zawartość azotu sprawiła, że stosunek C:N był szeroki (67,9-77,2). Przed przystąpieniem do oceny ilości zw iązków w ęgla i azotu w badanych mieszaninach m etodą hydrolizy kwaśnej oznaczono zawartość węgla i azotu oraz obliczono stosunek C:N (tab. 2). Średnia zawartość węgla w związkach organicznych (dla wszystkich osadów) była wyższa w mieszaninach otrzymanych z węgla brunatnego z Konina niż z węgla brunatnego z Sieniawy (odpowiednio 416,3 g kg-1 s.m. i 343,0 g kg-1 s.m.). Było to związane ze składem chemicznym węgli brunatnych. Uzyskane wyniki potw ierdzają dane Symanowicz i Kalembasy [1999]. TABELA 1. Zawartość suchej masy (w %), węgla i azotu ogółem (w g kg 's.m.) oraz wartość stosunku C:N w osadach ściekowych i węglach brunatnych TABLE 1. The content of dry matter (in %), total carbon, nitrogen (in g kg 1d.m.) and C:N in waste activated sludges and lignite Materiał organiczny Organic material Sucha masa Dry matter С ogółem С total N ogółem N total C:N (%) g kg 1s.m -- d.m 1. Osady z Siedlec* 22,9 330 44,5 7,4 2. Osady z Łukowa 16,5 437 35,1 12,5 3. Osady z Drosedu 25,4 368 59,0 6,2 4. Węgiel brunatny 74,5 479 6,2 77,2 z KWB Konin 5. Węgiel brunatny z KWB Sieniawa 89,3 360 5,3 67,9 * 1. Waste activated sludge from Siedlce; 2 Waste activated sludge from Łuków ; 3. Waste activated sludge from Drosed ; 4. Lignite from the Konin mine; 5. Lignite from the Sieniawa mine
438 В. Symanowicz, S. Kalembasa! TABELA 2. Zawartość węgla i azotu ogółem (w g*kg 1s.m) oraz wartość stosunku C:N w miesza-! ninach węgli brunatnych i osadów ściekowych, średnic dla trzech czasów inkubacji: 0, 2, 4 mies.)! TABLE 2. The content of total carbon and nitrogen (in g-kg 1d.m) and C:N in mixtures j lignites and sludges (means from the three incubation times: 0,2,4 months) i Mieszaniny Mixtures Stosunek węgla brunatnego do osadu Ratio of lignite to wastes С ogółem C total g -k g 1s.m N ogółem N total d.m. C:N 1* Węgiel brunatny (1:5) 363,0 24,1 15,1 2 z Konina (1:2) 401,0 18,1 22,1 3 i osad z Siedlec (1:1) 475,0 14,2 33,4 Średnic - Means 413,0 18,8 23,5.. j Węgiel brunatny (1:5) 345,0 25,8 13,7 4 5 z Konina (1:2) 454,0 15,3 29,4 6 i osad z Łukowa (1:1) 453,0 13,0 35,0 Średnie - Means 417,0 26,0 26,0 j 7 Węgiel brunatny (1:5) 359,0 24,9 14,5 18 z Konina (1:2) 424,0 17,6 24,1 ' 9 i osad z Drosedu (1:1) 474,0 13,0 36,1 1 Średnic - Means 419,0 18,5 25,0! Średnic dla węgla Means for lignite from Konin 416, 18,4 24,8 i 10 Węgiel brunatny (1:5) 316,0 22,0 14,5! 11 z Sieniawy (1:2) 305,0 13,7 22,3 ; 12 i osad z Siedlec (1:1) 422,0 9,4 45,4 Średnie - Means 348,0 15,0 27,4! 13 Węgiel brunatny (1:5) 263,0 19,6 13,4 I 14 z Sieniawy (1:2) 381,0 16,2 23,8 115 i osad z Łukowa (1:1) 342,0 11,5 29,7! Średnie - Means 329,0 15,8 22,3! 16 Węgiel brunatny (1:5) 319,0 21,3 15,0 1 17 z Sieniawy (1:2) 370,0 18,6 19,8 18 i osad z Drosedu (1:1) 367,0 15,3 24,1 Średnie - Means 352,0 18,4 19,6 Średnie dla węgla ymeans for lignite from Sieniawa 343, 16,4 23,1 Średnie - Means 380,0 17,4 24,0
С i N podczas inkubacji m ieszanin węgli brunatnych z osadam i ściekow ym i 439 Średnia zawartość azotu ogółem w suchej masie mieszanin wynosiła 17,4 g kg-1. Dodatek węgla brunatnego powyżej stosunku 1:5 traci sens, ponieważ obniża się zawartość azotu ogółem poniżej 20 g kg-1 s.m. Oznaczona średnia zawartość azotu (15,0-18,0 g kg-1 s.m.) znajduje potwierdzenie w badaniach Kalembasy i Symanowicz [1998] (13,0-38,0 g -kg"1s.m.). Wartość stosunku C:N zwiększała się wraz ze wzrostem dodatku węgla brunatnego (stosunek 1:2 i 1:1). Średnia wartość stosunku C:N dla wszystkich badanych mieszanin kształtowała się na poziomie 24:1. W tabeli 3 przedstawiono zmiany zawartości mineralnych form azotu (w g kg-1 s.m.) w wyciągu 0,25 mol KC1 dm-3 w mieszaninach węgli brunatnych i osadów ściekowych podczas inkubacji. Zawartość azotu w formie jonu N H 4+ wynosiła średnio 2,1 g kg-1 s.m., natomiast jonu N 0 3 1,9 g kg-1 s.m. Suma jonów NH4+ i N 0 3~ stanowiła średnio 22,9% azotu ogółem w badanych mieszaninach. W czasie inkubacji średnia suma jonów w mieszaninach kształtowała się następująco: 3,8 g kg-1 s.m. na początku inkubacji; 4,4 g kg-1 s.m. po 2 miesiącach i 3,4 g kg-1 s.m. po 4 miesiącach inkubowania. Uzyskane wyniki zawartości mineralnych form azotu potw ierdzają badania Kalembasy [1998], w których suma azotu NH4+ i N 0 3~ stanowiła średnio 26,7% azotu ogółem. Analizując zawartość mineralnych form azotu należy podkreślić wyższą zawartość NH4+ i N 0 3" w mieszaninach węgla brunatnego z Sieniawy i osadu z Drosedu w porównaniu z pozostałymi. W wyciągu 0,25 mol H2S 0 4 dm-3 (związki węgla i azotu łatwo hydrolizujące) średnia zawartość węgla (tab. 4) wynosiła 25,1 g kg-1 s.m., zaś azotu 1,3 g kg-1 s.m., co stanowi zaledwie 6,6% zawartości węgla ogółem i 7,5% azotu ogółem. Zawartość węgla ogółem na początku, po 2 i 4 miesiącach inkubacji stopniowo zmniejszała się i wynosiła 30,0 g kg-1 s.m., 24,3 g kg-1 s.m. i 21,0 g *kg-1 s.m., natomiast zawartość azotu ogółem zwiększała się i wynosiła na początku 1,1 g kg-1 s.m., po 2 miesiącach 1,3 g kg-1 s.m. i po 4 miesiącach inkubacji 1,5 g kg-1 s.m. N ajw yższą zawartość w ęgla i azotu ogółem oznaczono w m ieszaninach węgla brunatnego z Konina i osadu ściekowego z Łukowa oraz węgla brunatnego z Konina i osadu z Drosedu o stosunku 1:5. Zawartość azotu ogółem w badanym wyciągu była zróżnicowana i osiągnęła najwyższe w arto ści(l,8 i2,0 g - k g _1 s.m.) odpowiednio dla Przypis do tab. 2*1. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Siedlce; 2. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Siedlce; 4. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Łuków; 5. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Łuków; 6. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Łuków; 7. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Drosed; 8. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Drosed; 9. Lignite from Konin mine + waste activated sludge from Drosed; 10. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Siedlce; 11. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Siedlce; 12. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Siedlce; 13. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Łuków; 14. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Łuków; 15. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Łuków; 16. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Drosed; 17. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Drosed; 18. Lignite from Sieniawa mine + waste activated sludge from Drosed
TABELA 3. Zawartość mineralnych fonn azotu (w g kg 1s.m.) w wyciągu 0,25 mol KC1 dm 3 w czasie inkubacji TABLE 3. The content o f nitrogen minerals fonu (in g kg 1 d.m ) in extract o f 0,25 mol KC1 dm 1 during incubation Mieszaniny Mixtures Stosunek* Czas inkubacji (miesiące) - Incubation time (months) Średnia - Means Z N H / + N ogółem N total Ratio 0 2 4 N 0 3 (%) N H / NO, Z N H / N O j Z n h 4+ N 0 3 Z N 11/ N O, 1* Węgiel brunatny (1:5) 1,8 3,6 5,4 2,1 4,9 7,0 2,4 2,1 4,5 2,1 3,5 5,6 23,5 2 z Konina (1-2) 1,1 2,7 3,8 1,4 3,5 4,9 1,7 1,4 3,1 1,4 2,5 3,9 21,8 3 i osad z Siedlec (1:1) 1,5 1,9 3,4 1,7 2,1 3,8 1,4 1,0 2,4 1,6 1,7 3,3 22,9 Średnie - Means 1,5 2,7 4,2 1,7 3,5 5,2 1,9 1,5 3,4 1,7 2,6 4,3 22,9 4 Węgiel brunatny (1:5) 2,4 1,5 3,9 2,8 1,7 4,5 3,1 1,0 4,1 2,8 2,5 5,3 20,5 5 z Konina (1:2) 0,8 1,0 1,8 1,0 1,4 2,4 2,8 1,4 4,2 1,6 1,3 2,9 18,6 6 i osad z Lukowa (1:1) 2,1 3,5 5,6 2,4 3,1 5,5 1,4 2,4 3,8 2,0 3,0 5,0 38,7 Średnie - Means 1,8 2,0 3,8 2,1 2,1 4,2 2,4 1,6 4,0 2,1 2,3 4,4 24,4 7 Węgiel brunatny (1:5) 1,4 0,8 2,2 1,4 1,0 2,4 1,0 0,3 1,3 1,3 0,7 2,0 8,1 8 z Konina (1:2) 0,9 2,5 3,4 1,0 2,8 3,8 1,4 1,0 2,4 1,1 2,1 3,2 18,5 9 i osad z Drosedu (1:1) 0,5 2,7 3,2 0,7 3,1 3,8 1,7 1,4 3,1 1,0 2,4 3,4 26,1 Średnie - Means 0,9 2,0 2,9 1,0 2,3 3,3 1,4 0,9 2,3 1,1 1,8 2,9 15,6 10 Węgiel brunatny (1:5) 0,9 1,5 2,4 1,0 2,1 3,1 1,4 2,1 3,5 1,1 1,9 3,0 13,8 11 z Sieniawy (1 2 ) 1,1 2,3 3,4 1,4 2,8 4,2 1,4 1,0 2,4 1,3 2,1 3,4 24,7 12 i osad z Siedlec (1:1) 1,5 0,7 2,2 1,7 1,0 2,7 1,7 0,7 2,4 1,7 0,8 2,5 26,7 Średnie - Means 1,2 1,5 2,7 1,4 2,0 3,4 1,5 1,3 2,8 1,4 1,6 3,0 19,9 440 B. Symanowicz, S. K alem basa 13 Węgiel brunatny (1:5) 2,4 1,2 3,6 2,8 1,4 4,2 3,1 1,0 4,1 2,8 1,2 4,0 20,4 14 z Sieniawy (1:2) 3,1 2,1 5,2 3,5 2,4 5,9 3,5 1,0 4,5 3,4 1,9 5,3 32,4 15 i osad z Łukowa (1:1) 3,1 0,8 3,9 3,1 1,0 4,1 3,1 0,7 3,8 3,1 0,8 3,9 34,6 Średnie - Means 2,9 1,4 4,3 3,1 1,6 4,7 3,3 0,9 4,2 3,1 1,3 4,4 27,9 1617 Węgiel brunatny (1:5) 2,3 2,0 4,3 2,8 2,4 5,2 1,7 1,0 2,7 2,3 1,8 4,1 19,4 18 z Sieniawy i (12) 3,4 1,9 5,3 3,8 2,4 6,2 3,5 1,4 4,9 3,6 1,9 5,5 29,7 osad z Drosedu (1:1) 3,0 1,5 4,5 3,1 2,1 5,2 3,1 3,7 3,8 3,1 1,4 4,5 29,6 Średnie - Means 2,9 1,8 4,7 3,3 2,3 5,6 2,8 1,0 3,8 3,0 1,7 4,7 25,8 Średnie - Means 1,9 1,9 3,8 2,1 2,3 4,4 2,2 1,2 3,4 2,1 1,9 4,0 22,9 *Objaśnienia jak w tab. 2, Explanation as in Table 2; *Stosunek węgla brunatnego do osadu - Ratio of brown coals to wastes
TABELA 4. Zawartość węgla i azolu ogótem (w g kg'1s.m.) w wyciągu 0,25 mol H,S04 d m 5 w czasie inkubacji TABLE 4. The content of total carbon and nitrogen (in g kg 1d.m ) in extract of 0,25 mol H,S04 d m 5 during incubation Mieszaniny Mixtures Stosunek** Ratio Czas inkubacji (miesiące) - Incubation time (months) Średnie - Means С ogótem С total 0 2 4 С N С N С N С N [%] N ogótem N total 1* Węgiel brunatny (1:5) 37,5 0,9 30,1 1,0 31,0 1,4 32,3 1,1 8,9 4,7 28,6? z Konina (1:2) 29,3 0,8 24,8 0,9 20,2 1,2 24,8 1,0 6,2 5,3 25,5 3 i osad z Siedlec (1:1) 24,3 0,4 20,3 0,5 11,6 1,4 18,7 0,8 3,9 5,6 23,7 Średnie - Means 29,8 0,7 25,1 0,8 20,9 1,3 25,3 1,0 6,1 5,1 26,3 4 Węgiel brunatny (1:5) 46,8 1,1 44,4 1,7 39,0 2,3 43,4 1,7 2,6 6,7 25,1 5 z Konina (1:2) 28,4 0,7 23,3 0,9 19,0 1,2 23,6 0,9 5,2 6,1 25,1 6 i osad z Lukowa (1:1) 17,5 0,5 10,5 0,5 10,5 1,0 12,8 0,7 2,8 5,2 18,9 Średnie - Means 30,9 0,8 26,1 1,0 22,8 1,5 26,6 1,1 6,4 6,2 24,0 7 Węgiel brunatny (1:5) 45,6 1,0 39,5 1,0 38,0 1,6 41,0 1,2 11,4 4,8 33,9 8 z Konina (1:2) 34,9 U 26,0 1,2 20,4 1,6 27,1 1,3 6,4 7,3 21,0 9 i osad z Drosedu (1:1) 18,9 0,7 12,2 1,0 10,6 1,4 13,9 1,1 2,9 8,2 13,0 Średnie - Means 33,1 0,9 25,9 1,1 23,9 1,5 27,3 1,2 6,5 6,4 23,0 10 Węgiel brunatny (1:5) 39,6 0,6 28,9 0,9 27,9 1,6 32,1 1,1 10,2 4,9 29,7 11 z Sieniawy (1:2) 27,5 0,9 21,3 1,0 20,1 1,2 23,0 1,1 7,5 7,9 21,3 12 i osad z Siedlec (1:1) 17,9 0,8 12,6 0,9 10,1 1,0 13,5 0,9 3,2 9,6 15,0 Średnie - Means 28,3 0,8 20,9 0,9 19,4 1,3 22,9 1,0 6,6 6,7 22,9 13 Węgiel brunatny (1:5) 37,4 1,5 28,6 1,9 27,1 1,9 31,0 1,8 11,8 9,1 17,3 14 z Sieniawy (12) 26,9 1,9 21,8 2,1 18,0 2,1 22,3 2,0 5,8 12,5 11,0 15 i osad z Łukowa (1:1) 19,7 1,5 18,0 1,7 17,3 1,9 18,4 1,7 5,4 14,9 10,7 Średnie - Means 28,0 1,6 22,8 1,9 20,8 2,0 23,9 1,8 7,2 11,7 12,9 16 Węgiel brunatny (1:5) 34,5 1,9 30,1 2,1 23,3 1,9 29,3 2,0 9,2 9,3 14,8 17 z Sieniawy (12) 29,5 1,4 25,0 1,6 18,5 1,8 24,4 1,6 6,6 8,8 14,9 18 i osad z Drosedu (1:1) 25,4 1,3 20,0 1,5 15,3 1,3 20,2 1,4 5,5 8,9 14,9 Średnie - Means 29,8 1,5 25,0 1,8 19,0 1,7 24,6 1,7 7,0 9,0 14,9 Średnie - Means 30,0 1,1 24,3 1,3 21,0 1,5 25,1 1,3 6,6 7,5 20,7 "Objaśnienia jak w tabeli 2 - Explanation as in Tabic 2; **Stosunck węgla brunatnego do osadu - Ratio of brown coals to wastes С : N С i N podczas inkubacji mieszanin węgli brunatnych z osadami ściekowymi 441
TABELA 5. Zaw artość węgla i azotu ogółem (w g kg 1 s. itl) w wyciągu 2.5 mol H, S 0 4 tlm 5 w czasie inkubacji TA BL E 5. The content o f total carbon and nitrogen (in g kg 1 d.m.) in extract 2,5 mol H,S 0 4- dm during incubation M ieszaniny M ixtures S to s- u -n e- k * * Ratio C za s inkubacji (m iesią ce) (m onths) 0 2 4 Incubation time Średnie M ea n s С o g ó ł. С total С N С N С N С N (% ) N o gół. N total 1 W ęgiel bm natn (1 :5 ) 7 5,4 3,4 62,1 4,5 3 9,8 3,8 5 9,1 3,9 16,3 16,3 1 5,0 2 z Konina (1:2) 37,5 2,8 28,8 3,8 2 6,6 2,8 3 1,0 3,1 7,7 17,3 9,8 3 i osad z Siedlec (1:1) 2 4,6 2,0 19.7 2,8 15,7 2,1 2 0,0 2,3 4,2 16,3 8,6 Średnie M eans 45,8 2,7 36,9 3,7 2 7,4 2,9 36,7 3,1 8,9 16,6 11,7 4 W ęgiel brunatny (1 :5 ) 80,5 4.3 71,2 6,3 4 4,7 4,9 65,5 5,1 19,0 2 0,0 12,7 5 z Konina (1 :2 ) 41,7 2,6 33,3 4,2 19,3 2,8 31,5 3.2 6,9 2 0.8 9,9 6 i o sa d z L u k ow a (1 :1 ) 26,5 1,3 19,7 2,4 16,9 1,4 21,1 1,7 4,6 13,3 12,2 Średnie M eans 4 9.6 2,7 41,4 4,3 2 7.0 3,0 39.3 3.4 9,4 18,7 11,7 7 W ęg iel brunatny (1 :5 ) 7 4,6 3,5 6 7,6 4,9 3 8,2 3,8 6 0,1 4,1 1 6,7 1 6,5 14,7 8 z Konina (1 :2 ) 47,6 3,0 34,6 4,9 25,9 3,1 36,0 3,7 8,5 2 0,9 9,8 9 i o sa d z D rosed u (1 :1 ) 33,3 2,0 24,0 4,2 6,2 2,1 21,2 2,8 4,5 2 1,2 7,7 Średnie M eans 51,8 2,8 42,1 4,7 23,4 3,0 39,1 3,5 9,3 19,0 11,1 10 W ęg iel brunatny (1 :5 ) 6 4,8 2,1 51,1 3,8 3 5,8 2,4 5 0,5 2,8 16,0 12,8 1 7,9 11 z Sieniawy (1 :2 ) 42,7 2,4 31,6 2,8 19,7 2,8 31,3 2,7 10,3 19,6 11,7 12 i osad z Siedlec (1 :1 ) 3 5,6 2,6 28,6 3,1 9,9 2,8 2 4,7 2,9 5,8 30,5 8,6 Średnie M eans 47,7 2,4 37,1 3,3 21,8 2,7 35,5 2,8 10,2 18,6 12,7 13 W ęgiel brunatny (1 :5 ) 6 1,7 5,4 52,7 5,6 4 2,4 5,6 52,3 5,5 19,9 28,3 9,4 14 z Sieniaw y (1:2 41,2 4,2 33.1 4,9 2 5,4 4,9 33,3 4.7 8,7 2 8,8 7,1 15 i osad z Lukowa (1:1) 32,5 3,8 24,1 6,6 19,4 5,2 25,3 5,2 7,4 4 5,5 4,8 С : N 442 B. Symanowicz, S. K alembasa Średnie M eans 45,1 4,5 36,6 5,7 29,1 5,2 36,9 5,1 И, 2 3 2,6 7.2 16 W ęgiel brunatny (1 :5 ) 64,8 4,6 58,7 10,5 4 4,8 4,9 56,1 6,7 17,6 31,3 8,4 17 z S ie nia w y (1 :2 ) 4 5,7 6,0 37,6 6,6 30,3 6,3 37,9 6,3 10,2 3 3,9 6,0 18 i o sa d z D ro sed u (1 :1 ) 3 2,8 3,9 28,6 5,6 24,2 4,2 2 8,5 4,5 7,8 2 9,7 6,3 Średnie M eans 4 7,8 4,8 41,7 7,6 33,1 5,1 4 0,9 5,8 11.6 3 1,7 7,0 Średnie M eans 4 8,0 3,3 39,3 4.9 2 7,0 3,7 38,1 4,0 10,1 2 2,9 10,2 * O bjaśnienia jak w tabeli 2 Explanation as in Table 2; ** Stosu n ek w ęgla brunatnego d o osad u Ratio o f brow n s co a ls to w a ste s
TABELA 6. Zawartość węgla i azotu ogółem (w g kg 1s.m.) w pozostałości po hydrolizie TABLE 6. The content of total carbon and nitrogen (in g kg 1d.m.) in residue after hydrolysis Mieszaniny Mixtures Stosunek** Ratb Czas inkubacji (miesiące) - Incubation time (months) Średnie - Means С ogół. С total 0 2 4 С N С N С N С N % N ogól N total 1* Węgiel brunatny (1:5) 279,8 15,9 285,8 11,3 248,2-12,9 271,2 13,4 74,7 55,5 20,3 2 z Konina (12) 363,1 14,Öl- 367,7 8,6 304,2 7,6 344,9 10,1 86,0 55,6 34,2 3 i osad z Siedlec (1:1) 431,2 О.6 438,0 7,2 437,7 5,5 435,6 7,8 91,7 55,0 55,8 Średnie - Means 358,0 13,5 363,7 9,0 330,0 8,7 350,6 10,4 84,9 55,4 33,6 4 Węgiel brunatny (1:5) 225,7 20,6 229,4 14,7 254,4 8,7 236,5 14,7 68,5 56,9 17,9 5 z Konina (12) 440,8 12,0 450,3 8,0 304,7 5,2 398,6 8,4 87,8 54,7 47,6 6 i osad z Łukowa (1:1) 453,0 7,8 461,8 4,4 343,6 4,4 419,5 5,5 92,6 42,7 75,6 Średnie - Means 373,2 13,5 380,5 9,0 300,9 6,1 351,5 9,5 84,3 52,9 36,9 7 Węgiel brunatny (1:5) 273,8 21,4 275,8 16,6 224,7 14,6 258,1 17,5 71,9 70,4 14,7 8 z Konina (1:2) 364,5 11,9 377,5 7,1 340,7 9,2 360,9 9,4 85,1 53,5 38,3 9 i osad z Drosedu (1:1) 468,8 8,8 479,8 4,1 367,2 4,4 438,6 5,8 92,5 44,5 75,9 Średnie - Means 369,0 14,0 377,7 9,3 310,9 9,4 352,5 10,9 84,1 59,0 32,3 10 Węgiel brunatny (1:5) 228,6 20,0 241,0 14,8 231,3 10,6 233,6 15,1 73,9 68,8 15,4 11 z Sieniawy (1:2) 240,8 7,8 250,1 4,7 260,1 7,1 250,3 6,6 82,1 47,9 38,2 12 i osad z Siedlec (1:1) 400,4 5,3 393,8 1,9 356,1 2,1 383,4 3,1 90,8 32,8 124,5 Średnie - Means 289,9 11,0 295,0 8,1 282,5 6,6 289,1 8,3 83,1 55,1 35,0 13 Węgiel brunatny (1:5) 176,8 10,5 287,1 8,8 181,5 5,7 215,2 8,3 81,8 42,4 25,9 14 z Sieniawy (1:2) 334,8 7,6 323,1 3,0 319,5 2,1 325,8 4,3 85,5 26,4 76,1 15 i osad z Łukowa (1:1) 303,7 3,1 301,9 1,1 289,3 0,2 298,3 1,5 87,2 12,9 201,6 Średnie - Means 271,8 7,1 263,5 4,3 263,5 2,7 279,8 4,7 85,0 29,7 59,6 16 Węgiel brunatny (1:5) 232,6 10,5 230,2 2,8 237,9 12,3 233,6 8,5 73,2 40,2 27,3 17 z Sieniawy (12) 303,8 6,8 303,3 3,7 315,1 5,0 307,4 5,6 83,1 27,7 59,6 18 i osad z Drosedu (1:1) 323,8 7,7 322,4 2,6 309,5 4,4 318,5 4,9 86,8 31,9 65,3 Średnie - Means 286,7 8,3 285,3 3,0 286,5 7,2 286,5 6,2 81,4 33,7 46,2 Średnia - Means 324,8 11,2 334,4 7,1 295,9 6,8 318,3 8,3 83,8 47,6 40,6 Objaśnienia jak w tabeli 2 - Explanation as in Table 2; **Stosunek węgla brunatnego do osadu - Ratio o f brown coals to wastes C:N С i N podczas inkubacji mieszanin węgli brunatnych z osadami ściekowymi 443
444 В. Symanowicz, S. K alembasa mieszaniny węgla brunatnego z Sieniawy i osadu z Łukowa i Drosedu. Stosunek C:N w tym wyciągu wynosił średnio 20,7, ale wahał się znacznie w zależności od rodzaju w ęgla brunatnego i osadu ściekowego. W wyciągu 2,5 mola dm-3 s.m. H9S 0 4 (związki węgla i azotu trudno ulegające hydrolizie) średnia zawartość węgla (tab. 5) wynosiła 38,1 g kg-1 s.m., a azotu 4,0 g kg-1 s.m., co stanowi 10,1% zawartości węgla ogółem i 22,9% azotu ogółem. Zawartość węgla ogółem zmniejszała się wraz z upływem czasu inkubacji (od 48,0 g kg-1 s.m. do 27,0 g kg-1 s.m.), natomiast azotu była zróżnicowana. Podobnie jak w wyciągu 0,25 m ol dm -J stw iei*dzono w iększe zaw artości w ęgla i azotu ogółem w m ieszaninach o stosunku 1:5 w porównaniu z pozostałymi. Stosunek C:N w badanym wyciągu wynosił 10,2 i był o połowę węższy niż w wyciągu 0,25 mol H2S 0 4*dm-3. W pozostałości po hydrolizie (związki węgla i azotu niehydrolizujące), średnia zaw artość w ęgla była bardzo wysoka i wynosiła średnio 318,3 g kg-1 s.m. (tab. 6), co stanowiło 83,8% zawartości węgla ogółem. Średnia zawartość azotu wynosiła 8,3 g kg-1 s.m., co stanow iło 47,6% zaw artości azotu ogółem. Uzyskane wyniki świadczą o bardzo silnej stabilności połączeń organicznych nie tylko węgla, ale także azotu w badanych mieszaninach. WNIOSKI 1. Wysoka zawartość węgla i azotu ogółem oraz wartość stosunku C:N w badanych mieszaninach węgli brunatnych i osadów ściekowych wskazuje na możliwość ich w ykorzystania do rekultywacji gleb zdegradowanych i utworów glebowych. 2. Zaw artość azotu w formach mineralnych wynosiła 22,9%) azotu ogółem, w zw iązkach łatwo ulegających hydrolizie 7,5% azotu ogółem, a w związkach trudno ulegających hydrolizie 22,9% azotu ogółem. 3. W wyciągu 0,25 mol H0SO4 dm 3 stwierdzono tylko 6,6% węgla ogółem oraz 10,1%) węgla ogółem w wyciągu 2,5 mol H2S 0 4 dm-3. 4. Dwum iesięczny czas inkubowania m ieszanin węgli brunatnych i osadów ściekowych w stosunku 1:5 jest optymalny dla uzyskania korzystnych w nich zawartości węgla i azotu. LITERATURA BIELIKOWSKI K. 1995: Zasoby i charakterystyka złóż węgla brunatnego na obszarze Polski. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi., 422: 55-60 EDWARDS A., BURROWS J., ELECHTER C., JONES В. A..1984: The use composting farm waste. W: Composting of agricultural and other waste (ed.) J. K.R. Gasser. Proceedings of a seminar in Oxford. GREINERT H. 1992: Ochrona gleb. Wyższa Szkoła Inżynierska, Zielona Góra. KALEMBASA S. 1991: Quick method of determination of organic carbon in soil. Pol. J. Soil Sei. 25(1): 17-22. KALEMBASA S. 1995: Zastosowanie izotopów 15N i 13N w badaniach gleboznawczych i chemiczno-rolniczych. WNT Warszawa. KALEMBASA S., SYMANOWICZ B. 1995: Przetwarzanie osadów pościekowych z użyciem węgla brunatnego. Zesz. Probl. Post Nauk Roi. 422: 75-87.
С i N podczas inkubacji m ieszanin węgli brunatnych z osadam i ściekow ym i 445 KALEMBASA S., SYMANOWICZ B. 1998: Wpływ czasu inkubacji węgla brunatnego i osadów na zawartość suchej masy, węgla organicznego i azotu ogółem. Zesz. Probl. Post Nauk R o i, 455:39-47. KALEMBASA S., TENGLER Sz. 1992: Wykorzystanie węgla brunatnego w nawożeniu. Monografia nr 21, WSRP Siedlce. MACIEJEWSKA A. 1996: Wykorzystanie węgla brunatnego do poprawy rolniczych walorów gleb. Zesz. Probl Post. Nauk R o i, 437: 369-373. SIUTAJ., ZIELIŃSKA A., MAKOWIECKI K. 1985: Degradacja ziemi. Instytut Kształtowania Środowiska, W-wa. SYMANOWICZ B., KALEMBASA S. 1999: Frakcje węgla i azotu w kwaśnych wyciągach z osadów pościekowych i węgli brunatnych. Fol. Univ. Agric. Stetin, 200 Agric. (77): 373 378. WĄCHALEWSKI T., KRZAKLEWSKI W., WÓJCIK J. 1995: Rekultywacja zwałowisk kopalnictwa węgla brunatnego jako element ich bezpieczeństwa w toku i po zakończeniu formowania na przykładzie Kopalni Turów. Zesz. Probl. Post. Nauk Roi. 422: 133-139. prof. zw. dr hab. Stanisław Kalembasa Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej A P ul. Prusa 14, 08-110 Siedlce e-mail: kalem basa@ ap.siedlce.pl