Toxikus fémekkel szennyezett talaj kezelése bambusz és rizsszalma bioszénnel

Data provider

Budapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group

Organisation/Data provider's nameBudapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group
Name of contact
Dr. Molnár Mónika, Dr. Feigl Viktória
Contact details
Telephone/fax
+36-1-4632347
Compulsory sheet of the technology
Technology Hungarian nameToxikus fémekkel szennyezett talaj kezelése bambusz és rizsszalma bioszénnel
Technology name
Effect of bamboo and rice straw biochars on the bioavailability of Cd,Cu, Pb and Zn to Sedum plumbizincicola
Country of origin
China
Stage of development
under pre-demo development
Financing of the project
Name and number of the project
Nat. Natural Sci. Foundation of China (41271337) Zhejiang A&F Uni. Res. & Develop. Fund ((2010FR097)
Application sphere
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminants
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cd koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
0.6
Typical final value
0.4
Maximum final value
0.6
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminants
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cu koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
38
Typical final value
20
Maximum final value
30
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminants
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Pb koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
15
Typical final value
10
Maximum final value
15
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminants
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Zn koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
300
Typical final value
240
Maximum final value
300
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cd koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
270
Typical final value
170
Maximum final value
240
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cu koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
12
Typical final value
9
Maximum final value
13
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Pb koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
60
Typical final value
43
Maximum final value
60
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Zn koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
11 000
Typical final value
9000
Maximum final value
10 000
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminants
réz, ólom, cink
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH
Typical initial value
5
Typical final value
5.5
Maximum final value
6.3
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminants
réz, ólom, cink
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
elektromos vezetőképesség (EC)
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
ds/m
Typical initial value
0.25
Typical final value
0.5
Maximum final value
0.95
Information on the technology
Environmental element/phase the method may be applied to
Unsaturated (whole) soil
Technology type
simple
Basis of the technology
Physical
Chemical
Technology description

A bioszén olyan szilárd termék, amely mezőgazdasági és erdészeti növényi maradványok - esetünkben bambusz és rizsszalma biomassza - pirolízisével előállítható és talajok fizikai, kémiai vagy biológiai tulajdonságainak javítására alkalmazható. A bambusz bioszén szakaszos pirolízissel állítható elő 750 ˚C-on, míg a rizsszalmából készült bioszén folyamatos, lassú pirolízissel 500 ˚C-on. Az így keletkezett bioszenek őrlésével, szitálásával két különböző frakciót kaphatunk: finom (<0.25mm) és durva (<1mm). A elkészített anyag így nagy fajlagos felületű, pórusos szerkezetű, ezáltal javítja a talaj szorpciós (megkötő) képességét. Ezt a tulajdonságát lehet felhasználni toxikus fémek (Cd, Cu, Pb, Zn) adszorpciójára. A bioszenes kezelés in situ technológia, hiszen a szennyezett talajhoz egyszerűen hozzákeverhető. Ekkor a pH emelkedése tapasztalható, amely segíti a fémek csapadékba kerülését (CdCO3, Cu(OH)2, Pb5(PO4)3OH). Továbbá a növények számára kisebb mértékben lesznek hozzáférhetőek, azaz a növényi hajtásokban kisebb koncentrációkban lesznek jelen. A talajhoz adott bioszén akár évszázadokig, évezredekig is a talajban maradhat.

Description of the novelty of the technology

A biomassza alapú bioszén alkalmazása évről évre egyre inkább terjedőben van. Olcsó, környezetbarát, hiszen növényi hulladékok felhasználásával állítható elő. A különböző talajokra való felhasználására folyamatos kísérletek zajlanak, de az megállapítható, hogy szerves és szervetlen szennyezőanyagok kezelésére kiválóan alkalmas, így tehát nehézfémekkel szennyezett talajok remediációjára is kitűnően igénybe vehető. Továbbá fontos szerepe van az üvegházhatás csökkentésében.

Technology classification
Remediation technology type
  • physico-chemical remediation
  • chemical stabilisation
Remediation technology from contaminant point of view
immobilisation
Remediation technology from execution point of view
in situ
Technology-monitoring
Technological parameters
Contaminant amount
pH
Cation/anion exchange capacity
Nutrient content
Plant growth
Other technological parameter

EC (elektromos vezetőképesség)

Monitored environmental element
Leachate
Duration of post monitoring
3 hónap után
Costs of the technology
Capital costs
8.000 - 20.000 Euro
Specific material costs
80 - 200 Euro
Specific labour costs
200 - 400 Euro
Specific total costs
above 400 Euro
Remarks on cost calculation

Mivel a módszer demonstráció alatt áll, azaz laboratóriumban végezték a kísérletet, ezért a költségek erősen becsült értékek.

SWOT (evalaution based on scores)
Costs
3-medium
Time requirement
4-low
Space requirement
0-non relevant
Workload requirement
3-medium
Equipment, apparata requirement
4-low
Qualified labour
3-medium
Environmental risk and workplace risks
4-low
Ability to meet the target value
4-high
Environmental efficiency
4-high
Cost efficiency
4-good
Generation of any recyclable byproduct
no
Generation of any byproduct to be treated
no
Automation/remote control
no
Feasibility
4-good
Availability
4-good
Well known
3-average
SWOT (evaluation in words)
Strengths

A bioszén alkalmazásával nő a talaj pH-ja és kationcserélő kapacitása (CEC), növelve ezzel a növények számára felvehető tápanyagok megkötését a talajban. A bioszén nagy fajlagos felülete, mikropórusos szerkezete és magas pH-ja elősegíti a nehéz fémek adszorpcióját és csapadékba kerülését, ezáltal csökkentve (p<0.005) biológiai hozzáférhetőségüket, ennek köszönhetően kisebb koncentrációban találhatóak meg az egyes fémek a növényi hajtásokban. Emellett a bioszén nagy szerves anyag tartalmának köszönhetően javítja a talaj minőségét, valamint csökkenti a talaj dinitrogén-oxid, metán és szén-dioxid kibocsátását.

Weaknesses

A korábbi vizsgálatok azt mutatják, hogy a bioszenes kezelés abban az esetben bizonyul hatékonynak, ha már a korábban igénybe vett technikák (hagyományos remediációs eljárás, fitoextrakció) kimerültek, tehát a még jelen levő szennyezés immobilizálására használható.

Possibilities

Olcsó, környezetbarát megoldás, hiszen mezőgazdasági- és erdőgazdálkodási hulladékokból állíthatóak elő. Lehetőség nyílhat a szélesebb körű alkalmazására. Egyes tanulmányok szerint a bioszén arra is képes, hogy csökkentse a szén-dioxid és a dinitrogén-oxid kibocsátást, amennyiben a talajba juttatják.

Threats

Alapvető, hogy azok az anyagok (szerves hulladékok), amikből bioszén állítható elő, ne tartalmazzanak semmilyen szerves/szervetlen szennyezőanyagot, ugyanis az alapanyag minősége, tulajdonságai, valamint a pirolízis nagy mértékben befolyásolja a bioszén fizikai és kémiai tulajdonságait. A szennyezőanyag mentesség fontos, hiszen a bioszén stabil, évszázadokon keresztül változatlan formában jelen tud maradni a talajban.

Completed applications
Site name
Zhejiang Province
Location of the application, country
Fuyang, Kína
Location of the application, town
Hangzhou
Application stages
Demonstration
Landuse
Industrial
Other landuse
Mezőgazdasági
Origin of the pollution
Réz kohóból származó por (Cd, Cu, Pb, Zn tartalom)
Summary of the charasteristic parameters of application

A kísérlethez felhasznált homokos vályog talaj egy elhagyatott rizsföldről származik, amely Cd, Cu, Pb és Zn fémekkel szennyezett. A talaj főbb tulajdonságai: pH = 5.7; 1.4 mg/kg Cd; 693 mg/kg Cu; 527 mg/kg Pb és 1471 mg/kg Zn. A termőtalaj felső (0-20 cm) részéről történt a mintavétel. A talajmintákat szárították, keverték (homogenizálták), szita segítségével szitálták. 2 kg talajmintához 3 különböző mennyiségben kevertek bambusz és rizsszalma bioszenet: 0, 1 (egyenértékű 15.6 t/ha) és 5 (egyenértékű 78 t/ha) m/m%-ban. Az így előállt mintákat N (156 kg/ha), P (125 kg/ha) és K (156 kg/ha) tartalmú trágyával trágyázták. Ezeket műanyag edényekbe (18 cm átmérőjű, 14 cm magas) helyezték. A kísérlethez olyan indikátor növényt választottak (Sedum plumbizincicola), amely fém-toleráns, segítségével megállapítható a fémek biológiai hozzáférhetősége. Minden edénybe 4 növényt ültettek. A kísérletet oldalfal nélküli, átlátszó tető alatt végezték (eső ellen). Az átlag hőmérséklet 26 ˚C volt (maximum: 38 ˚C, minimum: 10 ˚C). A talajokat hetente 2-4 alkalommal öntözték ionmentes vízzel. 3 hónap elteltével a növények talaj feletti részét betakarították. A növényeket 65 ˚C-on kemencében, a talajmintákat pedig levegővel szárították, homogenizálták, majd szitálták. Vizsgálták a talaj és növényi hajtások Cd, Cu, Pb és Zn fémtartalmát, a növény által felvett tápanyagtartalmat (P, N) a hajtásokban, a talaj pH-ját, szervesanyag tartalmát, az EC-t, a kationcserélő kapacitást és a fajlagos felületet. Az eljárás eredményeképp a pH növekedett (maximum: 6.3), így a bioszénnel összekevert talajmintában szignifikáns csökkenés volt tapasztalható a toxikus fémionok koncentrációjában. A rizsszalmából készült bioszén - a hajtásokban - a Cu és Pb koncentrációt 46 és 71 %-kal, míg a bambusz alapú bioszén a Cd koncentrációt 49%-kal csökkentette. Megállapítható továbbá, hogy a finomabb eloszlású bioszén a legtöbb esetben hatékonyabbnak bizonyult.

Contaminant
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminant
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cd koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
0.6
Typical final value
0.4
Maximum final value
0.6
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminant
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cu koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
38
Typical final value
20
Maximum final value
30
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminant
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Pb koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
15
Typical final value
10
Maximum final value
15
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminant
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Zn koncentráció a talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
300
Typical final value
240
Maximum final value
300
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cd koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
270
Typical final value
170
Maximum final value
240
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Cu koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
12
Typical final value
9
Maximum final value
13
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Pb koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
60
Typical final value
43
Maximum final value
60
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Description of environmental risk
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Zn koncentráció a növényi hajtásban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
11 000
Typical final value
9000
Maximum final value
10 000
Publications, references
Publications

Kouping Lua, Xing Yang, Jiajia Shen, Brett Robinson,
Huagang Huang, Dan Liua,Nanthi Bolan, Jianchuan Peib,
Hailong Wanga: Effect of bamboo and rice straw
biochars on the bioavailability of Cd,Cu, Pb and Zn to
Sedum plumbizincica, Agriculture, Ecosystems and
Environment 191 (2014) 124–132

References

1. Sean D.C. Case, Niall P. McNamara, David S. Reay, Jeanette Whitaker: The effect of biochar addition on N2O and CO2 emissions from a sandy loam soil- The role of soil aeration, Soil Biology & Biochemistry, 51 (2012) 125-134
2. http://www.lewisbamboo.com/biocharbamboo.html
3. http://www.new-ag.info/en/research/innovationItem.php?a=2602
4. R.A. Leng, T.R. Preston, Sangkhom Inthapanya: Biochar reduces enteric methane and improves growth and feed conversion in local “Yellow” cattle fed cassava root chips and fresh cassava foliage, Livestock Research for Rural Development, 24 (2012)

Pictures
Properties of the datasheet
Datasheet id (original)
1722
Creator
Szécsi Anna
Status
Verified
Adatlap típusaSoil remediation technology
Létrehozás2015-03-27
Módosítás2018-06-22