Osady ściekowe - kortowski patent na mycie gleby

zespół prof. Gusiatina nagrodzony nagrodą RID. Od lewej: mgr Barbara Klik, prof. Mariusz Gusiatin i prof. Dorota Kulikowska.
Mycie gleby przy pomocy osadów ściekowych? Nie, to nie żart. Naukowcy z UWM za ten oryginalny sposób oczyszczania gleby dostali niedawno nagrodę w konkursie Regionalna Inicjatywa Doskonałości Ministra Edukacji i Nauki.

Po co myć glebę? Po to, aby skutecznie usunąć z niej zanieczyszczenia, np. metale ciężkie i metaloidy, które ze względu na swoją trwałość, tendencję do bioakumulacji oraz toksyczność stanowią istotny problem środowiskowy. Ich zawartość w glebach często przewyższa zawartość zanieczyszczeń ropopochodnych. Największe zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi występują np. terenach poprzemysłowych, pokolejowych, powojskowych czy pokopalnianych.

Klasyczna chemia - zbyt agresywna

Oczyszczanie gleby z metali ciężkich to remediacja. Jedną z jej metod jest jej płukanie. Polega na rozpuszczaniu metali związanych z jej frakcjami (mineralną, organiczną) chemicznym środkiem myjącym, np. roztworem kwasu. Negatywnym skutkiem takiego płukania jest pogorszenie jakości gleby m.in. poprzez jej zakwaszenie czy wyjałowienie z pierwiastków biogennych lub substancji organicznych.

Środki naturalne - zbyt drogie

Duży potencjał w remediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi wykazują też środki myjące pochodzenia naturalnego, np. ekstrakty z roślin (drzewo mydlane pochodzące z Karaibów i Ameryki Środkowej). Pomimo swojej skuteczności są kosztowne, a ich dostępność jest ograniczona.

Naukowcy na całym świecie szukają zatem środków myjących tanich, łatwo dostępnych i skutecznych, które nie tylko trwale usuwają metale, ale mają korzystny wpływ na żyzność oczyszczanej gleby.

Naukowcy z Katedry Biotechnologii w Ochronie Środowiska na Wydziale Geoinżynierii UWM właśnie takie środki znaleźli. Są łatwo dostępne, tanie, mogą być produkowane w nieograniczonych ilościach i co najważniejsze - polepszają właściwości oczyszczanej gleby. Jakie to środki? To rozpuszczone nisko- i wielkocząsteczkowe związki organiczne odzyskiwane z osadów ściekowych.

Co kryją w sobie osady ściekowe?

Osady ściekowe są bogatym źródłem rozpuszczonej materii organicznej, w tym substancji humusowych. Wykazują one zdolności kompleksowania metali (wiązania jonu metalu z grupami funkcyjnymi środka myjącego) i ich usuwania z gleby. Są zasobne w pierwiastki nawozowe i mogą korzystnie wpływać na poprawę wartości nawozowej oczyszczanej gleby.

Na podstawie badań zespół wykazał, że osady ściekowe mogą być źródłem materii organicznej, w tym substancji humusowych, które po rozpuszczeniu są stosowane do oczyszczania gleby. Roztwory myjące pozyskane z osadów ściekowych mają dużą zdolność do obniżania napięcia powierzchniowego wody, co ma wpływ na większą skuteczność płukania. Związki organiczne zawarte w tych roztworach zawierają liczne grupy funkcyjne zdolne do kompleksowania metali.

Skuteczne i tanie

Kortowski zespół testował roztwory myjące do oczyszczania gleb zanieczyszczonych miedzią, ołowiem, cynkiem i kadmem oraz gleb z terenów pohutniczych silnie zanieczyszczonych arsenem oraz z terenów hutniczych zanieczyszczonych mieszaniną miedzi, ołowiu i cynku.

- Wykazaliśmy dużą skuteczność testowanych środków myjących do usuwania miedzi, cynku i kadmu. To oznacza, że mogą one być alternatywą dla istniejących na rynku komercyjnych preparatów. Tym bardziej, że koszt ich uzyskania jest znikomy, ponieważ do ekstrakcji używamy głównie wody. Stwierdziliśmy również dużą skuteczność roztworu myjącego z osadów ściekowych do usuwania z gleby toksycznego arsenu. Skuteczność jego okazała się nawet wyższa od skuteczności komercyjnie dostępnych środków myjących pochodzenia roślinnego - mówi dr hab. inż. Mariusz Gusiatin, prof. UWM, kierownik nagrodzonego zespołu.

Po przetestowaniu skuteczności środków myjących zespół oceniał jakość gleby po remediacji pod względem jej żyzności. I co stwierdził?

- Że środki myjące z osadów ściekowych nie dość, że z dużą efektywnością usuwają metale - to jeszcze korzystniej wpływają na jakość oczyszczonej gleby niż preparaty komercyjne. Są bogate w składniki odżywcze (np. azot, fosfor, potas, kwasy próchniczne), co oznacza, że w procesie płukania gleby, równocześnie z usuwaniem metali, następuje polepszenie jej właściwości. Środki myjące mogą być pozyskiwane nawet z osadów o ponadnormatywnej zawartości metali ciężkich, a więc z takich, które nie mogą być stosowane w rolnictwie ani kompostowane. Wynika to z tego, że warunki ekstrakcji uniemożliwiają wypłukiwanie metali ciężkich z osadów, co oznacza, że nie przechodzą one do roztworu myjącego - dodaje dr hab. inż. Dorota Kulikowska, prof. UWM.

Nie odpad, lecz potencjał

Osady ściekowe są łatwo dostępnym i tanim źródłem roztworów myjących, bo ich ilość w oczyszczalniach ścieków stale wzrasta. W 2019 r. w oczyszczalniach wytworzono ponad 1 mln t suchej masy osadów.

- Zaproponowana przez nasz zespół metoda płukania gleb za pomocą środków myjących z osadów ściekowych wpisuje się strategię gospodarki cyrkulacyjnej, w której osady ściekowe traktowane są nie jako odpady, lecz zasoby - podsumowują członkowie zespołu.

Rezultatem przeprowadzonych przez zespół badań jest nie tylko nagroda w konkursie Regionalna Inicjatywa Doskonałości MEiN, ale 16 publikacji z listy JCR, 1 rozdział monograficzny oraz 5 doniesień konferencyjnych. Sposób otrzymywania środków myjących z osadów ściekowych oraz ich zastosowanie od 2018 r. chroni patent RP.

Na zdj. zespół prof. Gusiatina nagrodzony nagrodą RID. Od lewej: mgr Barbara Klik, prof. Mariusz Gusiatin i prof. Dorota Kulikowska.

Lech Kryszałowicz