Sorpce rizikových prvků na odpadní materiály z výroby olivového oleje

Bc. Miloš Hovorka

Master's thesis

Risk element sorption on waste materials from olive oil production

Abstract:

Hlavním cílem této diplomové práce je ověřit účinnost odpadního materiálu z výroby olivového oleje na imobilizaci rizikových prvků Pb, Cd a Zn v extrémně kontaminované půdě a experimentálně ověřit následující hypotézu: aplikace odpadního materiálu z výroby olivového oleje omezí dostupnost rizikových prvků v půdě a zároveň zlepší zásobenost půdy dostupnými živinami i biologické vlastnosti této půdy. Práce je členěna na dvě části a to na teoretickou část - literární přehled a část experimentální. Literární přehled obsahuje obecný popis rizikových prvků a jejich možných škodlivých vlivů na živé organismy, uvádí jejich možné zdroje vstupu do životního prostředí, popisuje chování těchto prvků v půdě, zejména děje, které se podílí na jejich retenci půdou. Dále jsou zde naznačeny možné metody remediace půdy kontaminované rizikovými prvky a podrobněji je popsána technika imobilizace pomocí půdních přídavků. Poslední podkapitola této části je věnována odpadnímu materiálu z výroby olivového oleje, jehož vlastnosti se testovali v experimentální části této práce. Experimentální část je zaměřena na ověření sorpčních schopností odpadního matriálu z výroby olivového oleje pro vybrané rizikové prvky. Jako odpadní materiál byl použit suchý olivový zbytek (označovaný jako DOR) a DOR po remediaci těmito druhy hub: štětičkovec žlutavý (Penicillium chrysogenum), outkovka druhu Coriolopsis floccosa, šedopórka osmahlá (Bjerkandela adusta) a pevník nachový (Chondrostereum purpureum). Pomocí analytických metod došlo ke stanovení koncentrací prvků, pH, bodu nulového náboje (pHpzc) a kationtové výměnné kapacity (KVK) u jednotlivých vzorků reprezentujících surový materiál DOR a DOR po remediaci vybranými druhy hub. Sorpčím experimentem byla u jednotlivých materiálů stanovena sorpční účinnost pro prvky Cd, Pb a Zn. Stabilita vazby rizikových prvků se sorbentem byla ověřena desorpcí. V laboratorních inkubačních experimentech se sledovala změna mobility rizikových prvků v kontaminované půdě v závislosti na dávce a typu odpadního materiálu. Zároveň se sledovaly i obsahy dostupných esenciálních prvků v půdě. Obsahy prvků byly stanoveny metodami atomové spektrometrie (ICP-OES) a výsledky vyhodnoceny adekvátními statistickými metodami. Výsledky ukázaly dobré sorpční schopnosti odpadního materiálu DOR, především po jeho transformaci pomocí různých druhů hub, pro rizikové prvky, a to zejména Pb, méně pak Cd a Zn. Desorpční experiment však prokázal nestabilitu vazeb prvků ve vzorcích DOR, zejména v případě Zn, která se projevila i při inkubačním experimentu. Tato nestabilita je zřejmě dána nízkým pH materiálu DOR, proto by bylo vhodné při dalších výzkumech brát v úvahu zvýšení hladiny pH těchto vzorků. Z hlediska prvkového složení se zdá být biotransformovaný DOR dobrým zdrojem minerálních živin. Přídavky DOR v půdě navíc zvýšily přístupnost živin jako je Cu, Fe a Mn pro rostliny.

Abstract:

The main objective of this thesis is to verify the efficiency of waste material from olive oil production to immobilize risk elements Pb, Cd and Zn in extremely contaminated soil and to verify following hypothesis: application of waste material from olive oil production will limit the availability of risk elements in the soil and also improves a supply of soil available nutrients and biological properties of the soil. The work is divided into two parts, theoretical part (literature review) and experimental part. The theoretical part contains a general description of the risk elements and their possible harmful effects on living organisms, indicating their possible sources of entry into the environment, describes the behavior of these elements in the soil, especially events that contributes to the retention of soil. Furthermore, there are some possible methods for remediation of soil contaminated with hazardous elements and is described in more detail immobilization technique using soil improvers. In this chapter is devoted to the waste material from olive oil production, whose properties are tested in the experimental part of this work. The experimental part is focused on verification sorption capability of waste material from olive oil production for selected risk elements. As a waste material has been used dry olive residue (known as DOR), and DOR after remediation of these types of fungi: Penicillium chrysogenum, Coriolopsis floccosa, Bjerkandela adusta and Chondrostereum purpureum. Analytical methods were used to determine the concentrations of the elements, the pH, the point of zero charge (pHpzc), and cation exchange capacity (CEC) for the individual samples representing material DOR and DOR after remediation of certain species of fungi. The preliminary sorption experiment determined sorption efficiency for the elements Cd, Pb and Zn for all the material tested. Stability of the risk element bonds was verified via model desorption experiment. Model laboratory incubation experiment was carried out to assess the potential changes of hazardous elements mobility in the contaminated soil, depending on dose and type of DOR material. At the same time there were determined contents of available proportions of essential elements in the soil. The contents of elements were determined by atomic spectrometry (ICP-OES) and the results analyzed by adequate statistical methods. Results showed good sorption capacity of the waste material DOR, especially after transformation with different species of fungi, for hazardous elements and particularly Pb, less then Cd and Zn. The desorption experiment, however, showed unstable linkages elements in samples DOR, particularly in the case of Zn, which is also reflected in the incubation experiment. This instability is probably due to the low pH material DOR, therefore it would be useful for further research take into account the increase of pH levels of these samples. In terms of elemental composition appears to be biotransformed DOR as a good source of nutrients. The treatment of thesoil increased accessibility of nutrients such as Cu, Fe and Mn for plants.

Keywords

rizikové prvky, odpad z výroby olivového oleje, sorpce, remediace

Keywords

risk elements, waste from olive oil production, sorption, remediation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 4. 2016

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jiřina Száková, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Waste Use and Management