Evaluation of the effect of using sewage sludge as a fertilizer on the concentration of heavy metals in soil and the economic implications of its application
PDF

Keywords

heavy metals
soils
sewage sludge
fertilisation
costs
agriculture

How to Cite

Petryk, Agnieszka, Marek Ryczek, and Sylwia Guzdek. 2024. “Evaluation of the Effect of Using Sewage Sludge As a Fertilizer on the Concentration of Heavy Metals in Soil and the Economic Implications of Its Application ”. Economics and Environment 88 (1): 647. https://doi.org/10.34659/eis.2024.88.1.647.

Abstract

The costs of fertilising the soil with sewage sludge were reduced to the operating time of the equipment and the working time of the labourers operating the equipment in the two main operations (manure spreading and ploughing), for three sewage sludge application doses, namely 50, 100 and 200 Mg·ha-1. The costs were calculated using the Katalog Nakładów Rzeczowych nr 2-21: Tereny zielone/Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa (2009) and the current prices from Sekocendbud (2023). The effectiveness of fertilisation was assessed by studying the level and change in heavy metal content after the soil was fertilised with sewage sludge at three proportional doses, namely 50, 100 and 200 Mg·kg-1. The sewage sludge used for fertilisation complied with the sanitary requirements for sludge to be utilised for natural purposes (Regulation, 2015). The estimated total cost of sludge application ranged from PLN 12646.19 to PLN 20456.73 per 1 ha for doses from 50 to 200 Mg per 1 ha. The results of the estimation confirmed the hypothesis that the unit cost of fertilisation with stabilised sewage sludge increases with the dose of sludge in relation to the area of fertilised soil and decreases with the increase of the mass of sludge deposited in the soil. Optimising fertiliser costs, therefore, requires selection - increasing the sludge dose per unit area. No contamination of the soil with copper, cadmium, lead and zinc was found despite an obvious increase in the content of these metals when mixed into the soil. The application of sewage sludge, even in multiple doses, did not result in exceeding the permissible limit for the content of these elements in the soil, as defined in the Minister of the Environment Regulation of 2015 (Regulation, 2015).

PDF

References

Act from 10 July 2007. Act on fertilisers and fertilisation. Journal of Laws No. 147, item 1033. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20071471033 (in Polish).

Act from 14 December 2012. Waste Act. Journal of Laws 2013, item 21. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20130000021 (in Polish).

Act from 27 April 2001. Environmental Protection Act. Journal of Laws No. 62, item 627. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20010620627 (in Polish).

Baran, S., Wójcikowska-Kapusta, A., Żukowska, G., & Szczepanowska, I. (2008). Zmiany zawartości azotu w glebie lekkiej użyźnionej osadem ściekowym. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 533, 65-72. (in Polish).

Białobrzewski, I., Mikš-Krajnik, M., Dach, J., Markowski, M., Czekała, W., & Głuchowska, K. (2015). Model of the sewage sludge-straw composting process integrating different heat generation capacities of mesophilic and thermophilic microorganisms. Waste Management, 43, 72-83. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.05.036

Bień, J. B., Kacprzak, M., Kamizela, T., Kowalczyk, J., Neczaj, E., Pająk, T., & Wystalska, K. (2015). Komunalne osady ściekowe – zagospodarowanie energetyczne i przyrodnicze. Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej. (in Polish).

Bień, J., Myszograj, S., & Płuciennik-Koropczuk, E. (2020). Gospodarka komunalnymi osadami ściekowymi w obiegu zamknięty. In J. Bień, M. Gromiec & L. Pawłowski (Eds.), Ocena gospodarki ściekowo-osadowej w Polsce (pp. 106-124). Lublin: Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk. (in Polish).

Bień, J., Neczaj, E., Worwąg, M., Grosser, A., Nowak, D., Milczarek, M., & Janik, M. (2011). Kierunki zagospodarowania osadów w Polsce po roku 2013. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 14(4), 375-384. https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-article-LOD7-0032-0039 (in Polish).

Butarewicz, A. (2013). Organizmy patogenne w osadach ściekowych – ich wykrywanie i unieszkodliwianie. Białystok: Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej. (in Polish).

Czekała, J. (1999). Osady ściekowe źródłem materii organicznej i składników pokarmowych. Folia. Univ. Agric. Stetin. Agricultura, 200(77), 33-38. (in Polish).

Czekała, J. (2002). Wybrane właściwości osadów ściekowych z oczyszczalni regionu Wielkopolski. Część I. Odczyn, sucha masa, materiał i węgiel organiczny oraz makroskładniki. Acta Agrophysica, 70, 75-85. https://agro.icm.edu.pl/agro/element/bwmeta1.element.agro-article-0644cfd0-d07d-4ad0-8626-6df86ebd5caf (in Polish).

Czekała, J. (2011). Rolnicze wykorzystanie osadów ściekowych. Proceedings of the II Ogólnopolska Konferencja Szkoleniowa. Metody zagospodarowania osadów ściekowych, Zielona Góra, Poland, 26-34. (in Polish).

Czekała, W., Smurzyńska, A., Kozłowski, K., Brzoski, M., Chełkowski, D., & Gajewska, K. (2017). Kofermentacja osadów ściekowych jako sposób na ich zagospodarowanie oraz produkcję energii. Problemy Inżynierii Rolniczej, 1(95), 5-14. https://www.itp.edu.pl/old/wydawnictwo/pir/zeszyt_95_2017/Czekala%20W%20i%20in%20%20Kofermentacja%20osadow.pdf (in Polish).

Dobrowolska, A., Klessa, M., & Placek, M. (2007). Ocena przydatności podłoży z dodatkiem kompostu z komunalnego osadu ściekowego w uprawie niecierpka waleriana i niecierpka nowogwinejskiego. Część 1. Cechy wegetatywne. Folia Universitatis Agriculturae Stetinensis. Agricultura, Alimentaria, Piscaria et Zootechnica, 4, 35-40. (in Polish).

Dymaczewski, Z., Oleszkiewicz, J., & Sozański, M. (1997). Poradnik eksploatatora oczyszczalni ścieków. Poznań: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych. (in Polish).

Fukas-Płonka, Ł., & Zielewicz, E. (2010). Kryteria wyboru sposobu przeróbki osadów ściekowych. In Z. Heidrich (Ed.), Kierunki przeróbki i zagospodarowania osadów ściekowych (pp.29-36). Warszawa: Wydawnictwo Seidel-Przywecki. (in Polish).

Gondek, K., & Filipek-Mazur, B. (2006). Ocena efektywności nawożenia osadami ściekowymi na podstawie plonowania roślin i wykorzystania składników pokarmowych. Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus, (1), 39-50. https://repo.ur.krakow.pl/info/article/URab0bbbe8476e4ff4aee721d361e5060e/ (in Polish).

GUS. (2020). Ochrona Środowiska 2020. https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/srodowisko-energia/srodowisko/ochrona-srodowiska-2020,1,21.html (in Polish).

IUNG-PIB. (2017). Krajowe bazy danych o glebach. Program Wieloletni 2016-2020. https://iung.pl/wp-content/uploads/2009/10/zesz51.pdf (in Polish).

Iżewska, A. (2007). Wpływ nawożenia obornikiem, osadem ściekowym i kompostem z osadów ściekowych na właściwości gleby. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 518, 85-92. (in Polish).

Jakubus, M. (2012). Komunalne osady ściekowe geneza–gospodarka. Poznań: Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. (in Polish).

Jankowski, K., Jankowska, J., Ciepela, G. A., Sosnowski, J., Wiśniewska-Kadźajan, B., Kolczarek, R., & Deska, J. (2014). Lead and cadmium content in some grasses along expressway areas. Journal of Elementology, 19(1), 119-128. https://doi.org/10.5601/jelem.2014.19.1.591

Janosz-Rajczyk, M. (2008). Badania wybranych procesów oczyszczania ścieków. Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej. (in Polish).

Jasiewicz, Cz., Niemiec, M., & Baran, A. (2010). Ochrona Środowiska. Przewodnik do ćwiczeń. Kraków: Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. (in Polish).

Kabata-Pendias, A. (2004). Soil-plant transfer of trace elements – an environmental issue. Geoderma, 122(2-4), 143-149. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2004.01.004

Kacprzak, M., Grobelak, A., Grosser, A., & Prasad, M. N. V. (2014). Efficacy of Biosolids in Assisted Phytostabilization of Metalliferous Acidic Sandy Soils with Five Grass Species. International Journal of Phytoremediation, 16(6), 593-608. https://doi.org/10.1080/15226514.2013.798625

Katalog Nakładów Rzeczowych nr 2-21: Tereny zielone / Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa. (2009). Kraków: Instytut Rozwoju Miast. (in Polish).

Konieczny, P., & Kopiec, D. (2011). Osady z przemysłu spożywczego jako problem środowiskowy. Proceedings of the II Ogólnopolska Konferencja Szkoleniowa. Metody zagospodarowania osadów ściekowych, Zielona Góra, Poland, 67-82. (in Polish).

Kowicka, M. (1997). Zanieczyszczenie gleb metalami ciężkimi. Doradca. Galicyjski Magazyn Rolniczy, 61, 18-20. (in Polish).

Krasowska, M., Kowczyk-Sady, M., & Obidziński, S. (2022). Composting of stabilized municipal sewage sludge with residues from agri-food processing in Poland. Economics and Environment, 83(4), 103-116. https://doi.org/10.34659/eis.2022.83.4.509

Li, S., Zhang, K., Zhou, S., Zhang, L., & Chen, Q. (2009). Use of dewatered municipal sludge on Canna growth in pot experiments with a Barren Clay soil. Waste Management, 29(6), 1870-1876. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.12.007

Niemiec, W., & Zdeb, M. (2014). Nawożenie plantacji roślin energetycznych osadami ściekowymi w postaci stałej – zgorzenia i nowe rozwiązania. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, 61(1), 163-172. http://dx.doi.org/10.7862/rb.2014.11 (in Polish).

Pietraszek, P., & Podedworna, J. (1992). Ćwiczenia laboratoryjne z technologii osadów ściekowych. Warszawa: Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej. (in Polish).

Podedworna, J., & Umiejewska, K. (2008). Technologia osadów ściekowych. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. (in Polish).

Pszczyna Environment, Health & Safety Certified Laboratory, Sludge analyses carried out by the on behalf of the Trepcza Wastewater Treatment Plant (test report no. SB/15543/03/2017).

PTG. (2019). Systematyka Gleb Polski. Wrocław: UWP. http://www.ejpau.media.pl/PDFy/systematyka-gleb-polski-wyd%206.pdf (in Polish).

Regulation of the Minister of the Environment of 6 February 2015 on the use of municipal sewage sludge. Journal of Laws 2015, item 257. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=wdu20150000257 (in Polish).

Resolution of the Council of Ministers of 1 July 2016. National Waste Management Plan. Official Gazette of the Republic of Poland 2016, item 784. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WMP20160000784 (in Polish).

Rogóż, A. (2003). Właściwości fizykochemiczne gleb i zawartość pierwiastków śladowych w uprawnych warzywach. Część I. Zawartość pierwiastków śladowych w glebach. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 493(1), 251-217. (in Polish).

Sekocenbud. (2023). Biuletyn cen robot ziemnych i inżynieryjnych BRZ 1 kw. 2023r. Warszawa: Sekocenbud. (in Polish).

Siebielec, G., & Stuczyński, T. (2008). Metale śladowe w komunalnych osadach ściekowych wytwarzanych w Polsce. Proceedings of ECOpole, 2(2), 479-484. https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-9fec304c-576a-44ad-a11b-fbb863d08aaa (in Polish).

Siebielec, G., Siebielec, S., & Podolska, G. (2015). Porównanie mikrobiologicznej i chemicznej charakterystyki gleb po ponad 100 latach uprawy roślin zbożowych. Polish Journal of Agronomy, 23, 88-100. http://biblio.modr.mazowsze.pl/Biblioteka/Ogolna_uprawa/PJA23_88_100.pdf (in Polish).

Silva, J. D., Leal, T. T., Araujo, A., Araujo, R., Gomes, R., Melo, W., & Singh, R. (2010). Effect of different tannery sludge compost amendment rates growth, biomass accumulation and field responses of Capiscum plans. Waste Management, 30(10), 1976-1980. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2010.03.011

Singh, R. P., & Agrawal, M. (2008). Potential benefits and risks of land application of sewage sludge. Waste Management, 28(2), 347-358. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2006.12.010

Stabnikova, O., Goh, W. K., Ding, H. B., Tay, J. H., & Wang, J. Y. (2005). The use of sewage sludge and horticultural waste to develop artificial soil for plant cultivation in Singapore. Bioresource Technology, 96(9), 1073-1080. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2004.09.024

Stańczyk-Mazanek, E. (2012). Zagrożenia środowiskowe w procesach przyrodniczego wykorzystania osadów ściekowych. Seria Monografie Nr 246. Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej. (in Polish).

Suszyński, A. (2010). Schematy technologiczne przeróbki komunalnych osadów ściekowych. In Z. Heidrich (Ed.), Kierunki przeróbki i zagospodarowania osadów ściekowych (pp. 37-46). Warszawa: Wydawnictwo Seidel-Przywecki. (in Polish).

Urbaniak, M. (1997). Przerób i wykorzystanie osadów ze ścieków komunalnych. Lublin: Wydawnictwo Ekoinżynieria. (in Polish).

Węglarzy, K. (2007). Metale ciężkie – źródła zanieczyszczeń i wpływ na środowisko. Wiadomości Zootechniczne, XLV(3), 31-38. https://wz.izoo.krakow.pl/files/WZ_2007_3_art06.pdf (in Polish).

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Copyright (c) 2024 Economics and Environment

Downloads

Download data is not yet available.