Possibility of applying the remediation process of soil polluted with heavy metals and arsenic using autochthonuos plant species with their use for energy

У овој дисертацији је проучаван степен контаминације тешким металима одабране локације за истраживање, са анализом могућности употребе постојећих аутохтоних биљних врста које су се природно развиле за процес фиторемедијације која не захтева значајнија финансијска улагања и анализа аспеката коришћења биомасе која потиче из ремедијације одабране локације у енергетске сврхе. Одабрана је локација одлагалишта индустријског отпада, хемијске идустрије „Обојена металургија“, акционарског друштва за производњу и прераду цинка „Зорка“, Шабац у реструктуирању. Систематизацијом постојећих сазнања из области управљања локацијама контаминираних тешким металима и могућности коришћења у енергетске сврхе биомасе биљног порекла из ремедијације оваквих локација и експерименталном провером претпоставки о загађењу одабране локације истраживања идентификованим загађујућим елеменатима у земљишту на локацији истраживања, првенствено металима оловом (Pb), кадмијумом (Cd), бакром (Cu), цинком (Zn) и металоидом арсеном (As), са проценом потенцијала аутохтоних биљних култура са локације истраживања: топола (Populus ssp.), кисело дрво (Ailanthus glandulosa L.), багрем (false acacia, Robinia pseudoacacia L.), амброзија (Artemisia artemisiifolia L.), и дивизма (Verbascum thapsus L.) којима би могла да се изврши ремедијација локације, фиторемедијацијом, било фитоекстракцијом или фитостабилизацијом, са нагласком на енергетском искоришћењу биомасе испитиваних биљних култура насталих фиторемедијацијом на локацији истраживања и с тим у вези повезаних процеса, извршена је анализа могућих ризика и користи од употребе добијене биомасе као горива. Хемијским и инструменталним методама је утврђено да је локација истраживања на којој је одлаган отпадни јаросит талог пореклом из индустријске производње цинка и кадмијума хидрометалуршким поступком на земљиште и мешан и покриван земљом, загађена тешким и токсичним металима, оловом (Pb), vi кадмијумом (Cd), бакром (Cu), цинком (Zn), никлом (Ni), хромом (Cr) и металоидом арсеном (As). Контаминација земљишта тешким металима у области корена испитиваних биљних врста: Artemisia artemisiifolia L., Ailanthus glandulosa L., false acacia, Populus ssp. и Verbascum thapsus L. је била у следећем опадајућем низу: Zn>>Pb>>Cu>Cd>As>Ni>Cr. Средње вредности концентрација метала, Pb, Cd, Zn, Cu, Cr, Ni и As, у земљишту у околини корена испитиваних биљних врста током 7 година истраживања су: 22,948.64 mg Pb/kg, 865.36 mg Cd/kg, 85,301.73 mg Zn/kg, 3,193.32 mg Cu/kg, 50.72 mg Ni/kg, 41.67 mg Cr/kg и 617.94 mg As/kg. Средње вредности концентрација Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr и As су биле у паду у односу на концентрације ових елемената у првој години истраживања за 36.83% у случају Pb, 25.48% у случају Cd, 15.73% у случају Zn, 23.32% у случају Ni, 96.13% у случају Cr, 36.85% у случају As што је указивало да се природни процеси везано за фиторемедијацију одвијају на испитиваној локацији. У случају Cu није дошло до значајнијих промена концентрација у земљишту...In this thesis has studied the degree of contamination by heavy metals of the selected location for research, with the analysis of the possible use of existing autochthonous plant species that are naturally developed for phytoremediation process, that does not require significant financial investment, and analysis of the aspects of the use of biomass, originating from remediation of the selected location, for energy purposes. For research is chosen the location where was disposed industrial waste from the chemical industry, "Non-ferrous metallurgy", a joint stock company for the production and processing of zinc "Zorka", Šabac in restructuring. By systematization of existing knowledge in the field of the heavy metals contaminated sites and possibilities of using biomass for energy purposes of plant origin from the remediation of such sites and by experimental verification of assumptions about the pollution of the selected location, research identified polluting elements in the soil at the research location, primarily metals, lead (Pb), cadmium (Cd), copper (Cu), zinc (Zn) and metalloid arsenic (As), with an assessment of the potential of native wild plants from the research location: poplar (Populus ssp.), ailanthus (Ailanthus glandulosa L.), false acacia (acacia, Robinia pseudoacacia L.), ragweed (Artemisia artemisiifolia L.), and mullein (Verbascum thapsus L.) which could be enforced site remediation, by phytoremediation, phytoextraction or phytostabilisation, with an emphasis on energy utilization of biomass from tested native wild plants, created by phytoremediation on the research location and in this regard related processes, an analysis of the potential risks and benefits obtained from the use of biomass as fuel. By chemical and instrumental methods was found that the location of research, in which the jarosite waste, as residue waste originating from industrial production of zinc and cadmium by hydrometallurgy process, has disposed, mixed and cover with soil, is polluted with toxic heavy metals, lead (Pb), cadmium (Cd), copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), chromium (Cr) and metalloid arsenic (As). Soil contamination by heavy metals in the rhizosphere of tested plant species: x Artemisia artemisiifolia L., Ailanthus glandulosa L., false acacia, Populus ssp. and Verbascum thapsus L. was in the following decreasing order: Zn>>Pb>>Cu>Cd>As>Ni>Cr. Mean values of metal concentrations, Pb, Cd, Zn, Cu, Cr, Ni и As, in the the rhizosphere of tested plant species during the 7 years of research are: 22,948.64 mg Pb/kg, 865.36 mg Cd/kg, 85,301.73 mg Zn/kg, 3,193.32 mg Cu/kg, 50.72 mg Ni/kg, 41.67 mg Cr/kg and 617.94 mg As/kg. Mean values of Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr and As were decreased compared to the concentrations of these elements in the first year, and that, for 36.83% in the case of Pb, 25.48% in the case of Cd, 15.73% in the case of Zn, 23.32 % in the case of Ni, 96.13% in the case of Cr, 36.85% in the case of As, which indicated that natural processes related to phytoremediation, taking place on the examined site. In the case of Cu there has been no significant change in concentration in the soiL..

Fitoremedijacijski potencijal divljih biljnih vrsta koje rastu na zemljištu kontaminiranom teškim metalima

Phytoremediation is an emerging technology that employs higher plants to cleanup contaminated environments, including metal-polluted soils. Because it produces a biomass rich in extracted toxic metals, further treatment of this biomass is necessary. The aim of our study was to assess the five-year potential of the following native wild plants to produce biomass and remove heavy metals from a polluted site: poplar (Populus ssp.), ailanthus (Ailanthus glandulosa L.), false acacia (Robinia pseudoacacia L.), ragweed (Artemisia artemisiifolia L.), and mullein (Verbascum thapsus L). Average soil contamination with Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr, and As in the root zone was 22,948.6 mg kg-1, 865.4 mg kg-1, 85,301.7 mg kg-1, 3,193.3 mg kg-1, 50.7 mg kg-1, 41.7 mg kg-1,and 617.9 mg kg-1, respectively. We measured moisture and ash content, concentrations of Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr, and As in the above-ground parts of the plants and in ash produced by combustion of the plants, plus gross calorific values. The plants\u27 phytoextraction and phytostabilisation potential was evaluated based on their bioconcentration factor (BCF) and translocation factor (TF). Mullein was identified as a hyperaccumulator for Cd. It also showed a higher gross calorific value (19,735 kJ kg-1) than ragweed (16,469 kJ kg-1).The results of this study suggest that mullein has a great potential for phytoextraction and for biomass generation, and that ragweed could be an effective tool of phytostabilisation.Fitoremedijacija je tehnologija kojom se pomoću biljaka zemljišta čiste od zagađivala, uključujući metale. S obzirom na to da se stvara biomasa bogata ekstrahiranim toksičnim metalima, potrebno ju je dodatno obraditi. Cilj ovoga petogodišnjeg istraživanja bio je procijeniti potencijal sljedećih divljih biljnih vrsta za proizvodnju biomase i za uklanjanje teških metala iz zagađenog zemljišta: topole (Populus ssp.), pajasena (Ailanthus glandulosa L.), bagrema (Robinia pseudoacacia L.), ambrozije (Artemisia artemisiifolia L.) i divizme (Verbascum thapsus L.). Prosječno onečišćenje zemljišta olovom, kadmijem, cinkom, bakrom, niklom i kromom te arsenom u zoni korijena bilo je 22.948,6 mg kg-1, 865,4 mg kg-1, 85.301,7 mg kg-1, 3.193,3 mg kg-1, 50,7 mg kg-1 i 41,7 mg kg-1 te 617,9 mg kg-1. Također su izmjereni sadržaj vlage i pepela nastalog paljenjem biljaka, sadržaj Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr i As u nadzemnim dijelovima biljaka i njihovu pepelu te bruto toplotna vrijednost. Fitoekstrakcijski i fitostabilizacijski potencijal utvrđen je za divizmu i ambroziju na temelju faktora biokoncentracije (BCF) i faktora translokacije (TF). Divizma se je pokazala kao hiperakumulator kadmija, a pokazala je i veću gornju toplotnu moć (19.735 kJ kg-1) u odnosu na ambroziju (16.469 kJ kg-1). Rezultati ovog istraživanja upućuju na to da divizma ima potencijala za fitoekstrakciju i za proizvodnju biomase, a da ambrozija može biti djelotvorna u remedijaciji zemljišta fitostabilizacijom

Potential usage of fly ash and bottom ash from thermal power plant 'Nikola Tesla' landfill, Serbia

U Srbiji je pepeo dugo bio označen kao opasan otpad. Usvajanjem odgovarajućih zakona, pepeo je postao otpad sa upotrebnom vrednošću, što je omogućilo razmatranje mogućnosti njegovog korišćenja. U ovom radu je izvršena analiza sastava pepela i šljake koji su odloženi na deponiju termoelektrane 'Nikola Tesla A'. Trideset uzoraka, podeljenih u tri seta, analizirani su na mikroelemente As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Ti, V i Zn. Procenjene su varijacije u kvalitetu, i na osnovu dobijenih rezultata procenjena je mogućnost daljeg korišćenja u proizvodnji cementa i betona.In Serbia, the ash from power plants has long been labelled as hazardous waste. With the adoption of the appropriate legislation this ash became waste with the potential usage. In this paper an analysis of the fly ash and bottom ash composition, which are disposed of in the power plant 'Nikola Tesla A' landfill, is presented. Thirty samples, divided into three sets, were analyzed for trace elements As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Ti, V and Zn. The first and second set of samples were taken at the depth of 0.0-0.6 m, from cassette III, at the place of waste discharge (set I) and in the centre of the cassette (set II).The third set of samples was taken from the same cassette spot but at the different depth. The estimated variations in quality within individual sets, as well as the comparison between sets I and II, were performed. The repeatability of results by the depth of cassette (set III) was also analyzed. The mixture consisting of 79.4% limestone, 17% clay, 0.5% sand, 0.55% iron ore, 0.55% of steel mill waste and 2% ash from the thermal power plant 'Nikola Tesla A' was adopted as the reputable mixture for cement making. For concrete making, the same cement mixture was used but with 2.1% of the same ash material added. The results showed possibility of further fly and bottom ash use as the cement and concrete material

Possibility of applying the remediation process of soil polluted with heavy metals and arsenic using autochthonuos plant species with their use for energy

У овој дисертацији је проучаван степен контаминације тешким металима одабране локације за истраживање, са анализом могућности употребе постојећих аутохтоних биљних врста које су се природно развиле за процес фиторемедијације која не захтева значајнија финансијска улагања и анализа аспеката коришћења биомасе која потиче из ремедијације одабране локације у енергетске сврхе. Одабрана је локација одлагалишта индустријског отпада, хемијске идустрије „Обојена металургија“, акционарског друштва за производњу и прераду цинка „Зорка“, Шабац у реструктуирању. Систематизацијом постојећих сазнања из области управљања локацијама контаминираних тешким металима и могућности коришћења у енергетске сврхе биомасе биљног порекла из ремедијације оваквих локација и експерименталном провером претпоставки о загађењу одабране локације истраживања идентификованим загађујућим елеменатима у земљишту на локацији истраживања, првенствено металима оловом (Pb), кадмијумом (Cd), бакром (Cu), цинком (Zn) и металоидом арсеном (As), са проценом потенцијала аутохтоних биљних култура са локације истраживања: топола (Populus ssp.), кисело дрво (Ailanthus glandulosa L.), багрем (false acacia, Robinia pseudoacacia L.), амброзија (Artemisia artemisiifolia L.), и дивизма (Verbascum thapsus L.) којима би могла да се изврши ремедијација локације, фиторемедијацијом, било фитоекстракцијом или фитостабилизацијом, са нагласком на енергетском искоришћењу биомасе испитиваних биљних култура насталих фиторемедијацијом на локацији истраживања и с тим у вези повезаних процеса, извршена је анализа могућих ризика и користи од употребе добијене биомасе као горива. Хемијским и инструменталним методама је утврђено да је локација истраживања на којој је одлаган отпадни јаросит талог пореклом из индустријске производње цинка и кадмијума хидрометалуршким поступком на земљиште и мешан и покриван земљом, загађена тешким и токсичним металима, оловом (Pb), vi кадмијумом (Cd), бакром (Cu), цинком (Zn), никлом (Ni), хромом (Cr) и металоидом арсеном (As). Контаминација земљишта тешким металима у области корена испитиваних биљних врста: Artemisia artemisiifolia L., Ailanthus glandulosa L., false acacia, Populus ssp. и Verbascum thapsus L. је била у следећем опадајућем низу: Zn>>Pb>>Cu>Cd>As>Ni>Cr. Средње вредности концентрација метала, Pb, Cd, Zn, Cu, Cr, Ni и As, у земљишту у околини корена испитиваних биљних врста током 7 година истраживања су: 22,948.64 mg Pb/kg, 865.36 mg Cd/kg, 85,301.73 mg Zn/kg, 3,193.32 mg Cu/kg, 50.72 mg Ni/kg, 41.67 mg Cr/kg и 617.94 mg As/kg. Средње вредности концентрација Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr и As су биле у паду у односу на концентрације ових елемената у првој години истраживања за 36.83% у случају Pb, 25.48% у случају Cd, 15.73% у случају Zn, 23.32% у случају Ni, 96.13% у случају Cr, 36.85% у случају As што је указивало да се природни процеси везано за фиторемедијацију одвијају на испитиваној локацији. У случају Cu није дошло до значајнијих промена концентрација у земљишту...In this thesis has studied the degree of contamination by heavy metals of the selected location for research, with the analysis of the possible use of existing autochthonous plant species that are naturally developed for phytoremediation process, that does not require significant financial investment, and analysis of the aspects of the use of biomass, originating from remediation of the selected location, for energy purposes. For research is chosen the location where was disposed industrial waste from the chemical industry, "Non-ferrous metallurgy", a joint stock company for the production and processing of zinc "Zorka", Šabac in restructuring. By systematization of existing knowledge in the field of the heavy metals contaminated sites and possibilities of using biomass for energy purposes of plant origin from the remediation of such sites and by experimental verification of assumptions about the pollution of the selected location, research identified polluting elements in the soil at the research location, primarily metals, lead (Pb), cadmium (Cd), copper (Cu), zinc (Zn) and metalloid arsenic (As), with an assessment of the potential of native wild plants from the research location: poplar (Populus ssp.), ailanthus (Ailanthus glandulosa L.), false acacia (acacia, Robinia pseudoacacia L.), ragweed (Artemisia artemisiifolia L.), and mullein (Verbascum thapsus L.) which could be enforced site remediation, by phytoremediation, phytoextraction or phytostabilisation, with an emphasis on energy utilization of biomass from tested native wild plants, created by phytoremediation on the research location and in this regard related processes, an analysis of the potential risks and benefits obtained from the use of biomass as fuel. By chemical and instrumental methods was found that the location of research, in which the jarosite waste, as residue waste originating from industrial production of zinc and cadmium by hydrometallurgy process, has disposed, mixed and cover with soil, is polluted with toxic heavy metals, lead (Pb), cadmium (Cd), copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), chromium (Cr) and metalloid arsenic (As). Soil contamination by heavy metals in the rhizosphere of tested plant species: x Artemisia artemisiifolia L., Ailanthus glandulosa L., false acacia, Populus ssp. and Verbascum thapsus L. was in the following decreasing order: Zn>>Pb>>Cu>Cd>As>Ni>Cr. Mean values of metal concentrations, Pb, Cd, Zn, Cu, Cr, Ni и As, in the the rhizosphere of tested plant species during the 7 years of research are: 22,948.64 mg Pb/kg, 865.36 mg Cd/kg, 85,301.73 mg Zn/kg, 3,193.32 mg Cu/kg, 50.72 mg Ni/kg, 41.67 mg Cr/kg and 617.94 mg As/kg. Mean values of Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr and As were decreased compared to the concentrations of these elements in the first year, and that, for 36.83% in the case of Pb, 25.48% in the case of Cd, 15.73% in the case of Zn, 23.32 % in the case of Ni, 96.13% in the case of Cr, 36.85% in the case of As, which indicated that natural processes related to phytoremediation, taking place on the examined site. In the case of Cu there has been no significant change in concentration in the soiL..

Pepeo iz termoelektrana kao sekundarna sirovina

The basic characteristic of thermal power plants in the Republic of Serbia is that they use low-grade brown coal (lignite) as a fuel. Depending on the location of coal mines, lignite may have different properties such as heating value, moisture, and mineral content, resulting in different residue upon combustion. Because of several million tonnes of ash and slag generated every year, their granularmetric particle size distribution, and transport and disposal methods, these plants have a negative impact on the environment. According to the waste classification system in the Republic of Serbia, ash and slag from thermal power plants are classified as hazardous waste, but with an option of usability. The proposed revision of waste legislation in Serbia brings a number of simple and modern solutions. A procedure is introduced which allows for end-of-waste criteria to be set, clarifying the point where waste ceases to be waste, and thereby introducing regulatory relief for recycled products or materials that represent low risk for the environment. The new proposal refocuses waste legislation on the environmental impacts of the generation and management of waste, taking into account the life cycle of resources, and develops new waste prevention programmes. Stakeholders, as well as the general public, should have the opportunity to participate in the drawing up of the programmes, and should have access to them.Glavna karakteristika termoelektrana u Srbiji je da upotrebljavaju ugljen – lignit kao gorivo. Zbog velike količine pepela i šljake koji nastaju izgaranjem ugljena (i do nekoliko milijuna tona godišnje), granulometrijskog sastava i izbora metoda transporta i odlaganja, životna sredina izložena je negativnom utjecaju. Prema sistemu klasifikacije otpada u Republici Srbiji pepeo i šljaka iz termoelektrana klasificirani su kao opasan otpad, indeksnog broja iz Kataloga otpada 100101/190205/190299 s upotrebnom vrijednošću. Pepeo i šljaka generirani na lokaciji termoelektrana “Nikola Tesla”, Obrenovac i “Kolubara”, Veliki Crljeni sadržavaju arsen u koncentracijama od 70 mg kg-1 do 200 mg kg-1 suhe mase. U duhu reciklaže, a s aspekta smanjenja upotrebe prirodnih resursa, moguće je postaviti nove kriterije za specifične vrste otpada, kao što je pepeo iz termoelektrana. Potrebno je uvesti postupak za određivanje kriterija kada otpad prestaje da bude otpad, uvesti zakonske olakšice za reciklirane otpade i razviti nove programe za prevenciju nastajanja otpada. U budućim zakonskim propisima iz područja upravljanja otpadima potrebno je uzeti u obzir životni ciklus proizvoda i materijala, od njihova nastanka do konačnog odlaganja

Potential usage of fly and bottom ash from thermal power plant ”Nikola Tesla” landfill, Serbia

In Serbia, the ash from power plants has long been labelled as hazardous waste. With the adoption of the appropriate legislation this ash became secondary raw material with the potential usage. In this paper an analysis of the fly and bottom ash composition, which are disposed of in the power plant “Nikola Tesla A” landfill, is presented. Thirty samples, divided into three sets, were analyzed for trace elements As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Ti, V and Zn. The first and second set of samples were taken at the depth of 0.0-0.6 m, from cassette III, at the place of waste discharge (set I) and in the centre of the cassette (set II).The third set of samples was taken from the same cassette spot but at the different depth. The estimated variations in quality within individual sets, as well as the comparison between sets I and II, were done. The repeatability of results by the depth of cassette (set III) was also analyzed. The mixture consisting of 79.4% limestone, 17% clay, 0.5% sand, 0.55% iron ore, 0.55% from steel mill waste and 2% ash from the thermal power plant "Nikola Tesla A" was adopted as the reputable mixture for cement making. For concrete making, the same cement mixture was used but with 2.1% of the same ash material added. The results showed possibility of further fly and bottom ash use as the cement and concrete material