Toxikus nehézfémekkel szennyezett mezőgazdasági talaj és bányavíz kezelése kávézaccal és kávézacc bioszénnel

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
Telephone/fax
+36-1-4632347
Technology Hungarian nameToxikus nehézfémekkel szennyezett mezőgazdasági talaj és bányavíz kezelése kávézaccal és kávézacc bioszénnel
Technology name
Treatment of heavy metal-contaminated water and soil with spent coffee grounds and charred spent coffee grounds
Country of origin
Dél-Korea
Stage of development
under pre-demo development
End of the development
2014
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • arsenic
Other contaminants
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
9
Maximum initial value
12.56
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminants
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
12
Maximum initial value
17.44
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminants
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
1500
Maximum initial value
1971.9
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminants
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
260
Maximum initial value
331
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminants
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
691
Maximum initial value
981.6
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminants
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció vízben
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mikrogramm/liter
Typical initial value
228
Typical final value
3
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminants
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció vízben
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mikrogramm/liter
Typical initial value
194.7
Typical final value
24
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminants
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció vízben
Typical initial value
22.2
Typical final value
0.2
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminants
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció vízben
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mikrogramm/liter
Typical initial value
15.6
Typical final value
-
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • arsenic
Other contaminants
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
0.15
Maximum initial value
0.26
Typical final value
0.25
Maximum final value
0.38
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminants
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
5.2
Maximum initial value
6.4
Typical final value
4.7
Maximum final value
6.1
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminants
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
73
Maximum initial value
79.8
Typical final value
55
Maximum final value
68.7
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminants
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
315
Maximum initial value
414.2
Typical final value
283
Maximum final value
394.4
Contaminant group|Contaminant typically treated
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminants
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
482
Maximum initial value
649.4
Typical final value
342
Maximum final value
503.2
Environmental element/phase the method may be applied to
Unsaturated (whole) soil
Subsurface water
Leachate
Technology type
simple
Basis of the technology
Physical- chemical
Technology description

A bioszén növényi biomasszából vagy szerves hulladékból pirolízissel előállított anyag, amelyet világszerte alkalmaznak a talaj fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságainak javítására. A technológia alkalmazása során hulladékká vált kávézacc illetve kávézaccból előállított bioszén adszorberek alkalmazásával a nehézfémekkel szennyezett talaj és savas bányavíz nehézfémtartalma jelentősen csökkenthető.

Description of the novelty of the technology

Más talajremediációs technológiákkal összehasonlítva a kémiai stabilizáció jelentősen olcsóbb, feltehetően hosszútávú megoldást biztosít a nehézfémtartalom csökkentésére. A technológia in situ alkalmazható, a kísérletek során hatékonynak bizonyult a talaj és savas bányavíz nehézfémtartalmának csökkentésére.

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
Technological parameters
Biological activity
Contaminant amount
pH
Redoxpotential
Nutrient content
Organic matter content
Monitored environmental element
Unsaturated (whole) soil
Subsurface water
Leachate
Capital costs
400 - 800 Euro
Specific operation costs
20 - 40 Euro
Specific energy costs
8 - 20 Euro
Specific material costs
0 - 2 Euro
Specific labour costs
20 - 40 Euro
Remarks on cost calculation

Az adatok becsült értékek, a technológiát kísérletileg alkalmazták, laboratóriumi körülmények között.

Costs
4-low
Time requirement
4-low
Space requirement
3-medium
Workload requirement
4-low
Equipment, apparata requirement
4-low
Qualified labour
3-medium
Environmental risk and workplace risks
5-very low
Ability to meet the target value
5-very 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
Strengths

Alacsony beruházási költségű, jelentős hulladék (kávézacc) felhasználását teszi lehetővé. A technológiára jellemző a hatékony célérték elérés, jelentősen csökkenti a nehézfém koncentrációt, rövid időigényű.

Weaknesses

Növényi növekedést gátolja a kávézacc alkalmazása, mivel jelentős mennyiségű oldott szerves szén kerül általa a talajba (a kávézacc bioszén esetben a pirolízis során a szerves anyag eltávolításra kerül), pH változást okoz.

Possibilities

Megfelelően gondos előkészítési eljárással a növényekre gyakorolt negatív hatás kiküszöbölhető, jelentős mennyiségű mezőgazdasági hulladék (kávézacc) felhasználása előnyös hulladékgazdálkodási szempontból. Nincs szükség mesterséges anyagok felhasználására.

Threats

A kávézacc felhasználásához gondos előzetes biológiai értékelés szükséges az adott területre.

Site name
Gahak cink bánya mellett található mezőgazdasági terület
Location of the application, country
Dél-Korea
Location of the application, town
Gyeonggi-do
Alkalmazás befejező időpontja
2014
Application stages
Demonstration
Landuse
Agricultural
Origin of the pollution
cink bánya
Summary of the charasteristic parameters of application

A levegőn szárított kávézaccot 0.5 mm-es szitán történő átszitálás után, előzetes fizikai és kémiai kezelés nélkül polietilén palackban tárolták. A bioszenet lassú pirolízissel, szabályozott hőmérsékletű elektromos kemencében állították elő, majd őrlés és szitálás után polietilén palackban tárolták. A három talajmintát levegőn történő szárítás után 2 mm-es szitán szitálták át. Minden talajmintához a kávézaccot és a kávézacc bioszenet 2% w/w arányban adták hozzá, majd homogenizálták. A mintákat 30 napon át tartották egyensúlyban a talaj nedvességtartalmának megtartása mellett. A Mehlich-3-oldattal kivonható biológiailag hozzáférhető fém koncentráció változását követték a kezelt és kezeletlen talajban. Jelentős nehézfém-koncentráció csökkentés volt megfigyelhető a kávézaccal és a kávézacc bioszénnel kezelt minták esetén. Változott a minták pH-ja, a kezdeti 7.5-ös pH értékhez képest a kávézacc esetén pH csökkenés (pH=7.2-7.4), a kávézacc-bioszén pH növekedés (pH=7.8-7.9) volt megfigyelhető. A fitotoxicitási vizsgálatot kínai kelkáposzta (Brassica rapa subsp. chinensis) növénnyel végezték, amely során a gyökérnövekedést vizsgálták a kávézaccal illetve a bioszénnel kezelt mátrixban. A kávézaccal kezelt minták esetén jelentős gyökérnövekedés-gátló hatás volt megfigyelhető, a bioszénnel kezelt minták esetén ez a hatás nem volt megfigyelhető.

Contaminant
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • arsenic
Other contaminant
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
9
Maximum initial value
12.56
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminant
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
12
Maximum initial value
17.44
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminant
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
260
Maximum initial value
331
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminant
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
691
Maximum initial value
981.6
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminant
kristályvizes feltárással mért fémtartalom
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
1500
Maximum initial value
1971.9
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • arsenic
Other contaminant
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
0.15
Maximum initial value
0.26
Typical final value
0.25
Maximum final value
0.38
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminant
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
5.2
Maximum initial value
6.4
Typical final value
4.7
Maximum final value
6.1
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminant
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
73
Maximum initial value
79.8
Typical final value
55
Maximum final value
68.7
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminant
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
315
Maximum initial value
414.2
Typical final value
283
Maximum final value
394.4
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminant
mobilis fémkoncentráció változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez képest
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/kg
Typical initial value
482
Maximum initial value
649.4
Typical final value
342
Maximum final value
503.2
Site name
Munbaek aranybánya
Location of the application, country
Dél-Korea
Location of the application, town
Chungcheongbuk-do
Alkalmazás befejező időpontja
2014
Application stages
Demonstration
Landuse
Industrial
Origin of the pollution
bányászat
Summary of the charasteristic parameters of application

A levegőn szárított kávézaccot 0.5 mm-es szitán történő átszitálás után, előzetes fizikai és kémiai kezelés nélkül polietilén palackban tárolták. A bioszenet lassú pirolízissel, szabályozott hőmérsékletű elektromos kemencében állították elő, majd őrlés és szitálás után polietilén palackban tárolták. A mintákat 0.45 mikrométeres szűrőn szűrték, majd 4°C-on tárolták felhasználásig. A pH-t és az elektromos vezetőképességet (EC) kombinált pH-EC mérővel határozták meg. A savas bányavíz nehézfém koncentrációját ICP-OES (Vista PRO, Varian, USA) segítségével határozták meg, 2 %(v/v) salétromsavval történő savanyítás után. A vízmintákhoz 1:10 (szilárd-oldat) arányban adták hozzá az adszorbenst (kávézacc illetve kávézacc-bioszén), majd 2 órán át rázógép segítségével homogenizálták. A szuszpenziót 0.45 mikrométeres szűrőn szűrték, a szűrlet megmaradt nehézfém-tartalmát ICP-OES segítségével határozták meg, savanyítás után.
Mindkét esetben jelentős nehézfém-koncentráció csökkenés volt megfigyelhető, összehasonlítva a két adszorbenst, a kávézacc bioszén több nehézfémet távolított el, mint a kávézacc. Nőtt a minták pH-ja, a kezdeti pH=4 -es értékről pH=5.3-6.9-re változott. A fitotoxicitást kínai kelkáposzta(Brassica rapa subsp. chinensis) növénnyel végezték, amely során a gyökérnövekedést vizsgálták a kávézaccal illetve a bioszénnel kezelt mátrixban. A kávézaccal kezelt minták esetén jelentős gyökérnövekedés-gátló hatás volt megfigyelhető, a bioszénnel kezelt minták esetén ez a hatás nem volt jelentős.

Contaminant
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • cadmium
Other contaminant
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mikrogramm/liter
Typical initial value
228
Typical final value
3
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • copper
Other contaminant
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mikrogramm/liter
Typical initial value
194.7
Typical final value
24
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • lead
Other contaminant
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mikrogramm/liter
Typical initial value
15.6
Typical final value
-
Contaminant group|Contaminant the method was applied to
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • zinc
Other contaminant
Bányavíz toxikus fémkoncentrációjának változása 2% bioszén kezelés hatására a kezeletlenhez viszonyítva
Typical measured/quantitative value of environmental risk
koncentráció
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mikrogramm/liter
Typical initial value
22.2
Typical final value
0.2
Publications

Min-Suk Kim, Hyun-Gi Min, Namin Koo, Jeongsik Park,
Sang-Hwan Lee, Gwan-In Bak, Jeong-Gyu Kim: The
effectiveness of spent coffee grounds and its biochar on
the amelioration of heavy metals-contaminated water and
soil using chemical and biological assessments, Journal of
Environmental Management 146 (2014) 124-130

References

Min-Suk Kim, Hyun-Gi Min, Namin Koo, Jeongsik Park,
Sang-Hwan Lee, Gwan-In Bak, Jeong-Gyu Kim: The
effectiveness of spent coffee grounds and its biochar on
the amelioration of heavy metals-contaminated water and
soil using chemical and biological assessments, Journal of
Environmental Management 146 (2014) 124-130

Datasheet id (original)
1728
Creator
kdviki
Status
Verified
Adatlap típusaSoil remediation technology
Létrehozás2015-04-02
Módosítás2018-06-22