ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LVI NR 3/4 WARSZAWA 2005: 106-111 ANNA ŚWIERCZ ZAWARTOŚĆ METALI CIĘŻKICH W GLEBACH RDZAWYCH BIELICO WY CH W POBLIŻU WYSYPISKA ODPADÓW KOMUNALNYCH PROMNIK (WOJEWÓDZTWO ŚWIĘTOKRZYSKIE) HEAVY METALS CONCENTRATION IN ALBIC ARENOSOLS AT PROMNIK DUMPING GROUNDS Zakład Ochrony i Kształtowania Środowiska, Instytut Geografii, Akademia Świętokrzyska w Kielcach Abstract: In this paper the impact of the Promnik dumping grounds was characterised in respect to the soil pollution with heavy metals. The analysis was based on the soil samples collected from five soil profiles distanced up to 150 m from the dumping site. In the analysed soils - Albic Arenosols no permitted concentration of heavy metals was exceeded. In some soil samples slightly increased was the amount of lead, cadmium, and chromium, which shows a slight soil pollution with the metals. In the light of the chemical analysis of the soil samples the Promnik municipal dumping grounds has negatively influenced the investigated soils. Key words: heavy metals, Albic Arenosols, dumping grounds. Słowa kluczowe: metale ciężkie, gleby rdzawe bielicowe, wysypisko komunalne. WSTĘP Składowiska odpadów należą potencjalnie do źródeł wielu zanieczyszczeń. Szczególne zagrożenie powodują miejsca przypadkowo wybrane, gdzie odpady są pozostawiane w sposób niezorganizowany i niezgodny z obowiązującym prawodawstwem [Siuta, Wasiak 1991, Maciak 1999, Karwaczyńska 2000, Allan 2002, Niedźwiecki i wsp. 2003]. W Polsce istnieje obecnie około 1000 zorganizowanych wysypisk odpadów komunalnych, których łączna powierzchnia wynosi ponad 3 125 ha [Ochrona Środowiska 2001]. W województwie świętokrzyskim czynnych wysypisk jest 45, ale tylko 8 z nich ma zastosowaną ekranizację podłoża, drenaż oraz rowy opaskowe, zbiorniki i kolektory do odbioru odcieków [Stan środowiska w województwie świętokrzyskim w roku 2000]. Stan techniczny pozostałych wysypisk (szczególnie starych i bez odpowiedniego zabezpieczenia) jest niezadowalający, a emisje powstające w czasie składowania, tj. odcieki, pyły, gazy, obarczają wszystkie elementy środowiska. Dlatego też wskazany jest stały monitoring przebiegu eksploatacji oraz stanu sanitarnego otoczenia wysypisk [Kempa 1983, Małecki 1994, Szymańska-Pulikowska 2000].
Metale ciężkie w glebach w pobliżu wysypiska odpadów komunalnych Promnik JQ7 Omawiane składowisko odpadów komunalnych położone jest na gruntach wsi Promnik i funkcjonuje od 1985 r. Na wysypisko przyjmowane są tylko odpady komunalne w ilości około 75 000 m 3 rocznie. Docierające odpady są ważone, rozplantowywane kompaktorem w czterdziesto-centymetrowe warstwy, zagęszczane, a pod koniec każdego dnia pracy zgodnie z obowiązującą normą przykrywane warstwą izolacyjną [Dokumentacja techniczna 1994 r.]. Gleby otaczające wysypisko w Promniku należą do oligotroficznych gleb rdzawych bielicowych IV i V klasy bonitacyjnej. Zostały one wytworzone z piasków luźnych i słabogliniastych o niewielkich zdolnościach sorpcyjnych. Są to gleby szczególnie podatne na zmianę ich właściwości pod wpływem różnorakiej działalności antropogenicznej. Celem niniejszej pracy było określenie oddziaływanie wysypiska w Promniku na zanieczyszczenie gleb niektórymi metalami ciężkimi. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU I METODY BADAN Wysypisko w Promniku jest składowiskiem nadpoziomowym, mającym naturalne uszczelnienie dna w postaci słaboprzepuszczalnych gruntów gliniastych i ilastych. W 1999 r. zakończono eksploatację kwatery I o powierzchni składowania wynoszącej 4,6 ha i ogólnej pojemności 864 000 m3. Kwatera ta, obecnie rekultywowana, otoczona jest wałem ziemnym o składzie granulometrycznym glin średnich do ciężkich, wysokości 1-2,5 m i szerokości około 6 m (u podstawy obwałowania). Pomiędzy wałem a właściwym składowiskiem znajduje się rów na wody opadowe i zbiornik bezodpływowy na odcieki. Ponadto od strony zachodniej i północnej kwatera zabezpieczona jest przez iłowo-cementowy ekran przeciwfiltracyjny o grubości 40 cm [Dokumentacja techniczna 1994]. Prace rekultywacyjne polegające m.in. na uszczelnieniu powierzchni składowania odpadów przed wodami opadowymi, polepszeniu statyki skarp, wykonaniu dodatkowych ekranów przeciwfiltracyjnych, drenażu odcieków, utylizacji biogazu są w trakcie realizacji. Od 2000 r. w Promniku rozpoczęto składowanie odpadów w kwaterze II, znajdującej się na południe od kwatery I. Eksploatowana kwatera otoczona jest obwałowaniem ziemnym o wysokości 2 m i zajmie docelowo (do 2008 r.) powierzchnię 3,8 ha. Naturalną izolację dna kwatery II przed zanieczyszczeniami wód gruntowych tworzą iłowce, mułowce z piaskowcami oraz gliny zwałowe występujące na głębokości 2-5 m. Dodatkowym zabezpieczeniem jest też zastosowana geomembrana PEHD oraz mata bentonitowa, skutecznie ograniczające infiltrację odcieków wysypiskowych [Lokalny monitoring wód podziemnych, sprawozdanie nr 7, 2002]. Do oceny stopnia oddziaływania wysypiska odpadów na stan zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi posłużyły próbki pobrane z pięciu profili glebowych znajdujących się w odległości od 50 do 150 m w kierunku wschodnim i południowo-wschodnim od wysypiska. Wszystkie profile wykonano w antropogenicznych monokulturach sosnowych. W próbach oznaczono podstawowe właściwości fizykochemiczne: uziamienie metodą sitową oraz areometryczną wg Prószyńskiego, phkc1 metodą potencj ometryczną, zawartość węgla organicznego w próbach mineralnych metodą Tiurina oraz w próbach organicznych metodą Altena, azot ogólny zestawem Kieltek firmy Tekator, kwasowość hydrolityczną Hh metodą Kappena, sumę zasad wymiennych S metodą Kappena.
108 Anna Świercz Całkowitą zawartość metali ciężkich Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn oznaczono metodą spektromerii emisyjnej z indukcyjnie wzbudzoną plazmą (Р-AES), spektrometrem Jobin-Yvon, model JY 70 PLUS, po spopieleniu gleby w temperaturze 450 C i jej mineralizacji w roztworze wody królewskiej (HC1-HN03 w stosunku 3:1). Ogólną zawartość rtęci określono metodą CVAAS z zastosowaniem techniki zimnych par (wykorzystując spektrometr Perkin-Elmer 4100 ZL). WYNIKI I DYSKUSJA Badane gleby, występujące w kierunku wschodnim i południowo-wschodnim od wysypiska, należą do gleb rdzawych bielicowych wytworzonych przeważnie z piasków słabogliniastych pochodzenia wodnolodowcowego [Klasyfikacja gleb leśnych Polski 2000]. Są to gleby kwaśne i silnie kwaśne - phkci waha się w granicach 3,9-4,6, zaś kwasowość hydrolityczna w granicach 2,2-49,9 cmol(+) * kg-1. Odznaczają się niską pojemnością sorpcyjną (0,42-6,43 cmol(+) kg-1). Badane gleby zawierają w poziomach organicznych od 19,2 do 38,1% węgla organicznego oraz od TABELA 1. Niektóre właściwości badanych gleb - TABLE 1. Some properties of the investigated soils Nr profilu Profile No Poziom Horizon Głębokość Depth Frakcja Fraction <0,02 mm P^KCl c^org с tot. NC& Nt0, : N Hh S V [%] cm % g^g cmol(+) kg-1 1 01 4,20 321,3 9,21 34,9 49,80 5,95 10,67 Ofh 2-3 4,50 210,0 6,70 31,3 17,10 2,32 11,95 AEes 3-15 9 4,60 9,6 2,60 3,7 6,12 3,17 34,12 35-40 10 4,30 1,3 2,00 0,7 4,18 2,23 34,79 90-100 5 4,50 0,2 0,01 2,91 0,42 12,61 2 01 4,50 34,14 0,912 37,4 58,11 5,06 8,01 2-3 4,22 19,14 0,701 27,3 18,23 2,33 11,33 AhEes 3-12 5 4,10 1,08 0,227 4,8 7,17 3,55 33,12 30-40 6 4,14 0,13 0,142 0,9 5,11 2,79 35,32 80-100 8 4,50 0,05 0,010 3,09 0,72 18,90 3 01 4,12 41,15 1,421 29,0 38,77 4,29 9,96 Oft 2 4 4,13 22,23 0,697 31,9 16,12 2,56 13,70 AhEes 4-15 6 4,21 0,97 0,322 3,0 9,70 2,13 18,01 40-55 7 4,31 0,28 0,241 1,2 7,97 1,06 11,74 80-90 8 3,85 0,03 0,002 4,25 0,61 12,55 4 01 4,35 35,21 1,115 31,6 43,52 6,43 12,87 2-3 4,18 22,16 0,731 30,3 18,13 2,26 11,08 AhEes 3-15 5 4,22 1,12 0,311 3,6 11,24 1,25 10,01 30-45 7 3,95 0,29 0,214 1,4 6,75 1,17 14,77 80-90 10 3,90 0,02 0,005 4,97 0,62 11,09 5 01 4,10 38,11 1,120 34,0 44,60 4,12 8,46 Ofh 2-A 4,20 26,14 0,882 29,6 22,20 3,59 13,92 AEes 4-11 9 4,32 0,95 0,334 2,8 12,50 2,21 15,02 32-45 10 4,26 0,42 0.254 1,7 9,67 1,29 11,77 90-100 8 4,15 0,03 0,012 3,95 0,54 12,03
Metale ciężkie w glebach w pobliżu wysypiska odpadów komunalnych Promnik JQ9 TABELA 2. Zawartość całkowita wybranych pierwiastków metalicznych w poziomach powierzchniowych badanych gleb TABLE 2. Total content some elements in the investigated soils Nr profilu Profile No Poziom Horizon Głębokość Depth cm Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn mg kg-1 1 Ol AEes 2-3 3-15 35-40 90-100 0,371 0,166 0,491 0,331 0,211 8,12 24,78 26,34 7,13 2,93 4.11 7,34 3.12 2,15 1,42 0,031 0,030 0,017 0,015 0,012 9,02 8,11 3,11 0,61 0,56 29.23 43,52 25.23 15,07 8,89 23,11 40.09 10,55 7.09 6,11 2 Ol AhEes 2-3 3-12 30-40 80-100 0,344 0,231 0,511 0,255 0,222 8,35 33,21 11,09 6,93 2,99 7.12 4.12 15,2 7,29 1,46 0,030 0,029 0,015 0,013 0,011 7,12 6,18 3,09 0,62 0,61 28,77 41,33 24,22 14,11 9,08 22,76 37,34 9,67 9,07 7,13 3 Ol ApE 2-4 4-15 40-55 80-90 0,288 0,311 0,430 0,361 0,167 12,78 27,19 31,71 5,29 3,11 6,13 5,12 12,78 8,11 1,51 0,029 0,027 0,017 0,014 0,012 8,34 9,11 7,24 0,89 0,55 27,55 39.87 25,11 10.87 8,81 25,03 37,32 12,87 9,00 8,12 4 Ol AhEes 2-3 3-15 30-45 80-90 0,331 0,341 0,500 0,321 0,222 11,98 23,13 32,00 5,78 3,12 7,07 5.12 14,15 6.12 1,52 0,019 0,021 0,016 0,013 0,011 7.12 9.13 6,45 0,76 0,63 25,99 39,91 23,87 12,00 9,12 22,11 40,12 11,98 9,34 7,24 5 Ol AEes 2-4 4-11 32-45 90-100 0,341 0,321 0,510 0,342 0,209 11,28 21,43 31,98 6,08 3,09 7,15 5.42 13,95 ' 6,22 1.43 0,018 0,021 0,015 0,013 0,011 7,89 8,77 6,34 0,71 0,58 25,23 37.11 25,03 16,22 10.12 20,65 35,77 14,76 7,66 6,98 0,67 do 1,12% azotu ogółem (tab.l), zaś w poziomie próchnicznym od 0,95 do 1,1% Corg oraz od 0,22 do 0,32% Nog. Zawartość materii organicznej i azotu obniża się w sposób naturalny wraz z głębokością profilu. Podawane wartości są typowe dla gleb bielicowych [Prusinkiewicz i wsp.1980, Brożek, Zwydak 2002] rozwijających się pod drzewostanami sosnowymi. Dane zamieszczone w tabeli 2 wskazują na niewielkie wzbogacenie głównie powierzchniowych poziomów glebowych w metale ciężkie. Zawartość kadmu w badanych glebach wahała się w zakresie 0,16-0,51 mg kg-1, przy czym najwyższe wartości stwierdzono w poziomie eluwialno-próchnicznym analizowanych gleb. Zawartość chromu mieściła się w przedziale 2,9-33,2 mg kg-1, najwyższa zaś była w podpoziomie butwinowo-epihumusowym, podobnie jak zawartość ołowiu (8,9-43,5 mg kg-1). Stężenia pozostałych badanych pierwiastków: Zn, Cu, Ni, Hg są niskie, ale maksimum ich koncentracji przypada na poziomy organiczne i próchniczne.
n o Anna Świercz Uzyskane wyniki są porównywalne z zawartościami metali ciężkich w glebach otaczających wysypisko Maślice koło Wrocławia [Szymańska-Pulikowska 2000] oraz niższe w stosunku do podawanych dla powierzchniowych poziomów gleb w obrębie niekontrolow anych wysypisk odpadów [Niedźwiedd i wsp. 2003]. W świetle liczb granicznych do oceny zawartości metali ciężkich w glebach lekkich (tab. 3), analizowane gleby należy zaklasyfikować do kategorii niezanieczyszezonych, o naturalnych zawartościach metali ciężkich [Kabata-Pendias, Pendias 1999, Rozporządzenie 2002]. WNIOSKI TABELA 3. Porównanie średniej zawartości metali ciężkich [mg kg-1] w badanych glebach ze stężeniami dopuszczał-nymi [Rozporządzenie 2002] TABLE 3. Comparison of mean contents of heavy metals [mg kg'1] in investigated soils with admissible values [Rozporządzenie 2002] Metale ciężkie Heavy metals 1. Skład chemiczny gleb rdzawych bielicowych nie wykazał ujemnego oddziaływania wysypiska odpadów komunalnych w Promniku na badany substrat glebowy, co wskazuje na dobre uszczelnienie wysypiska przed toksycznymi odciekami. 2. Zaobserwowane niewielkie wzbogacenie, głównie powierzchniowych poziomów glebowych, w metale ciężkie nie przekracza wartości dopuszczalnych i nie stanowi w chwili obecnej zagrożenia dla otaczających ekosystemów leśnych oraz pobliskich agrocenoz. Wydaje się, że prawidłowo zlokalizowane, monitorowane i dobrze uszczelnione wysypisko odpadów komunalnych może skutecznie chronić przed odciekami wysypiskowymi i nadmiernymi migracjami metali ciężkich do gleb. Nie zmienia to faktu, że spełniające nawet surowe normy sanitarne wielkoobszarowe wysypiska komunalne silnie oddziałują na środowisko przyrodnicze up. poprzez wywiewanie materiału, rozwój gryzoni, pasożytów, odory, przekształcanie powierzchni ziemi i stanowią dysonans w krajobrazie. LITERATURA Przedziały wartości rzeczywistych Ranges values real Cd 0,16-0,51 0,75 Cr 2,93-33,21 50,0 Cu 1,42-15,12 30,0 Hg 0,011-0,031 1,0 Ni 0,55-9,13 30,0 Pb 8,81 43,52 50,0 Zn 6,11 40,12 100,0 Wartości dopuszczalne Values admissible ALLAN D.J. 2002: Podstawy gospodarki odpadami. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa: 305 ss. BROŻEK S., ZWYDAK M. 2002: Atlas gleb leśnych Polski. Centrum Informacyjne Lasów Państwowych, Warszawa: 466 ss. Dokumentacja techniczna dla wysypiska w Promniku. Gospodarka Odpadami komunalnymi w Kielcach, Kielce 1994: 34 ss. KABATA-PENDIAS A., PENDIAS H. 1999: Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN, Warszawa: 398 ss. KARWACZYŃSKA U. 2000: Wpływ wysypiska odpadów komunalnych na dynamikę przemian fizykochemicznych w wybranych elementach środowiska. Biblioteka Instytutu Podstaw Inżynierii Środowiskowej PAN, mps. Zabrze: 85 ss. KEMPA E.S. 1983: Gospodarka odpadami miejskimi. Wyd. Arkady, Warszawa: 506 ss. Klasyfikacja gleb leśnych Polski. 2000:Centrum Informacyjne Lasów Państwowych, Warszawa: 123 ss. Lokalny monitoring wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Promniku. Sprawozdanie nr 7 za lata 200001. Przedsiębiorstwo Geologiczne w Kielcach, Kielce, 2002: 28 ss. MACIAK F. 1999: Ochrona i rekultywacja środowiska. Wyd. SGGW, Warszawa: 120 ss. MAŁECKI Z.1994: Problemy socjologiczne aglomeracji miejsko-przemysłowych. Wysypiska komunalne. Komitet Inżynierii Środowiska PAN, Kraków: 7-15.
Metale ciężkie w glebach w pobliżu wysypiska odpadów komunalnych Promnik щ NIEDŹWIECKI E., PROTASOWICKI M., CIEMNIAK A., MELLER E., TOMZA A. 2003: Zawartość rtęci, kadmu i ołowiu w powierzchniowym poziomie gleb w obrębie niekontrolowanych wysypisk odpadów i użytków rolniczych Równiny Gumienieckiej. Zesz. Probl Post. Nauk Rol 492: 205-210. Ochrona Środowiska 2001. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa: 511 ss. PRUSINKIEWICZ Z., BEDNAREK R., POKOJSKA U. 1980: Gleby bielicoziemne w Polsce. Przegl. Geogr., 52 (1): 103-113. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 21.03.2002 r. w sprawie dopuszczalnych stężeń metali ciężkich zanieczyszczających glebę. Dz. U. nr 37, poz. 344: 2683-2684. SIUTA J., WASIAK G. 1991: Zasady gospodarki odpadami bytowymi w środowisku przyrodniczym. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa. Stan środowiska w województwie świętokrzyskim w roku 2000. Raport 2001. IOŚ, WIOŚ, Bibl. Monitoringu Środowiska, Kielce: 148 ss. SZYMAŃSKA-PULIKOWSKA A. 2000: Zawartość metali ciężkich w środowisku glebowo-roślinnym wokół wysypiska odpadów komunalnych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 471: 1175-1179. Dr inż. Anna Świercz Zakład Ochrony i Kształtowania Środowiska, Instytut Geografii, Akademia Świętokrzyska, 25-406 Kielce, uł Świętokrzyska 15 e-maił:swierczag@ poczta.onet.pl