Czasopismo Inżynieria i Ochrona Środowiska

ISSN 1505-3695

Kolegium Redakcyjne

Strona czasopisma w trakcie migracji pod NOWYM ADRESEM

UWAGA ! Preferujemy artykuły w języku angielskim.

Drodzy Czytelnicy i Autorzy

Seria wydawnicza "Inżynieria i Ochrona Środowiska" stanowi czasopismo naukowe, w którym są zamieszczane prace naukowe i opracowania techniczne obejmujące szeroko rozumianą inżynierię i ochronę środowiska. Inicjatywa powołania czasopisma powstała w lutym 1997r. w Ustroniu na spotkaniu dziekanów wydziałów politechnik prowadzących kierunki studiów inżynieria środowiska i ochrona środowiska. W 2001r Komitet Inżynierii Środowiska PAN objął swoim patronatem wydawanie naszego czasopisma. 

Mamy nadzieję, że "Inżynieria i Ochrona Środowiska" zyskała już wielu Czytelników. Jak wiadomo jest ona adresowana przede wszystkim do środowisk naukowych, technicznych i przemysłowych, zainteresowanych problematyką publikowanych artykułów. Nie mniej jednak swą ofertę wydawniczą kierujemy zarówno do teoretyków, jak i praktyków, a także do wszystkich osób pasjonujących się inżynierią i ochroną środowiska. Zainteresowanych zapraszamy do współpracy.

 

Tom 5, Numer 3-4

1. Określenie parametrów dyfuzji z zestalonych mieszanin popiołowo-wodnych
Determination of the diffusion parameters of solidified fly ash-water mixtures
Jacek M. ŁĄCZNY, Lidia DĄBROWSKA, Jacek PŁOSZAJ
Strony: 199-211

Bezpieczne dla naturalnego środowiska składowanie odpadów wymaga, aby lokowanie ich w różnych warunkach terenowych spełniało określone kryteria dotyczące m.in. grubości i przepuszczalności bariery ochronnej, wysokości jej położenia ponad poziom wody, odpowiedniego układu odbierającego odcieki itd. Na ogół za bezpieczne kryterium przyjmuje się przepuszczalność rzędu 109 m/s. Przy tak dużym ograniczeniu przepływu wody ruch zanieczyszczeń odbywa się głównie drogą dyfuzji. A zatem, przy ograniczeniu czy też braku procesów przepływu, najlepszą, jaką można wykonać, naturalną barierą ochronną jest taka, dla której dyfuzja decyduje o transporcie zanieczyszczeń. W rezultacie pomiary współczynników dyfuzji efektywnej zarówno w gruntach stosowanych jako bariery ochronne, jak i w składowiskach odpadów stają się niezbędnym składnikiem oceny oddziaływania odpadów na środowisko wodne. W artykule omówiono sposób wyznaczania współczynników dyfuzji efektywnej jonów uwalnianych z zestalonych struktur popiołów lotnych. Do tego celu wykorzystano metodę zbiornikową oraz rozwiązanie równania dyfuzji do roztworu ograniczonego, uwzględniające desorpcję jonów z materiału badawczego w warunkach pełnego nasycenia struktury porowej. Wykorzystano popioły lotne pochodzące z Elektrowni „Rybnik” oraz popioły z produktami odsiarczania spalin z Elektrowni „Łagisza”. Badania przeprowadzono na próbkach sezonowanych w warunkach powietrzno-suchych przez 28 dni. Dla uzyskanych krzywych uwalniania się jonów wyznaczono funkcje regresji oraz w oparciu o nie wyliczono parametry procesu dyfuzji. Najwyższe wartości współczynnika dyfuzji efektywnej uzyskano dla jonów sodowych i potasowych, wynoszące odpowiednio 6,1·1010 i 2,4·1010 m2/s dla produktów poreakcyjnych z Elektrowni „Łagisza” oraz 1,4·1010 i 1,6·1010m2/s dla popiołów z Elektrowni „Rybnik”. Najniższą wartość współczynnika dyfuzji otrzymano dla wapnia (1,2·1011 i 2,9·1012 m2/s), co w zestawieniu z wysoką wartością współczynnika podziału świadczy o tym, że wapń po zestaleniu odpadów zostaje związany w ich strukturze. Przedstawione w literaturze modele procesu dyfuzji substancji pojedynczej, wyodrębnionej, nie uwzględniają obecności innych jonów mogących mieć wpływ na zmianę stężeń równowagowych w czasie. Jednak tzw. procesowe podejście do zagadnienia, które zaprezentowano w niniejszym artykule, uwzględnia fakt oddziaływań dodatkowych, bowiem estymowany współczynnik dyfuzji efektywnej oparty o pomiary roztworów rzeczywistych w pewnym stopniu jest już obciążony tymi wpływami.

The article presents method for determining effective diffusion coefficients of ions released from solidified fly-ash structures. For that purpose tank method and solution of the diffusion equation were used. The diffusion equation took into account desorption of ions in the conditions of saturation of the porous structure. Fly ash from two hard coal power plants: Rybnik and Łagisza was used for studies. Experiments were carried out using samples air-dried for 28 days. Regression functions were drawn to obtain the curves of ions release. Based on the regression functions, parameters of diffusion into finite solution were calculated from the equation. The obtained values are comparable to ions diffusing in loamy soils

2. Wpływ substratu jonitowego na retencję składników mineralnych w podłożu - badania modelowe
Effect of Ion Exchange Substrate on Retention of Mineral Compounds in the Ground - Model Studies
Mariola CHOMCZYŃSKA, Henryk WASĄG, Lucjan PAWŁOWSKI Vladimir SOLDATOV, Vasilij MATUSEVICH, Maria SZAMAŃSKA
Strony: 213-221

Celem podjętych badań było sprawdzenie, czy dodatek substratu jonitowego Biona-312® wpływa na retencję składników pokarmowych roślin w podłożu. Dla osiągnięcia celu badań przeprowadzono doświadczenie wazonowe, obejmujące 2 cykle wegetacyjne. Rośliną testową była kupkówka pospolita (Dactylis glomerata L.). W pierwszym cyklu wegetacyjnym rośliny rosły na piasku oraz na podłożu piaskowym z 2% (objętościowo) dodatkiem substratu Biona-312®. Po jego zakończeniu część podłoży nawożono roztworem pożywkowym Hewitta. W drugiej rotacji upraw wegetację roślin przeprowadzono na podłożach piaskowych z dodatkiem i bez dodatku substratu Biona-312® zarówno nawożonych, jak i nienawożonych. Wyniki eksperymentu wykazały, że na podłożu nawożonym z dodatkiem substratu Biona-312® świeża i sucha masa części nadziemnych oraz sucha masa korzeni roślin była o odpowiednio: 24, 30 i 57% większa niż w serii nienawożonej. Zarejestrowany przyrost plonu przypisać należy zatrzymywaniu składników mineralnych przez podłoże nawożone. Stwierdzono, że za retencję biogenów odpowiedzialny był głównie dodatek substratu jonitowego, który spowodował zaadsorbowanie ponad 13-krotnie większej ilości potasu, 3-krotnie większej ilości azotanów(V) i 2-krotnie większej ilości fosforanów(V) w porównaniu do czystego piasku. Wyniki badań wskazują z jednej strony na możliwość rekultywacji zdegradowanych gleb poprzez aplikację substratów jonitowych, a z drugiej strony na możliwość wykorzystania tych substratów jako sorbentów zatrzymujących w podłożu składniki pokarmowe roślin.

The aim of the work was to study the effect of Biona-312®-substrate addition to the ground, used for plant growing, on the retention of nutrient elements. The Biona-312® substrate was produced at the Institute of Physical Organic Chemistry of the Belarus National Academy of Sciences in Minsk. It was a mixture of strong acid cation exchanger KU-2, polyvalent anion exchanger EDE-10P and clinoptilolite saturated with biogenic ions. To achieve the study aim the pot experiment was carried out for two vegetation cycles. Each vegetation cycle lasted 6 weeks. The test plant was orchard grass (Dactylis glomerata L.). During the first vegetation plants were grown on the sand and on the sand with the 2% addition of substrate Biona-312®. The addition of ion exchange substrate to the sand in this cycle caused that wet and dry biomass of shoots and dry biomass of roots respectively were 18.5, 17.5 and 10 times higher than those obtained on the sand-only medium. After the first cycle a half of the pots from the both series of media were fertilized with the Hewitt’s nutrient solution and then washed out with distilled water. The content of potassium, nitrates and phosphates in the eluates obtained was analysed. The results of the chemical analysis showed that the contents of nutrient compounds in the media with the addition of Biona-312® were higher than those in the media without the addition of the ion exchange substrate. The addition of Biona-312® substrate was responsible for nutrient retention - the sand and Biona-312® mixture retained potassium, nitrates, and phosphates by: 13-, 3-, 2- times higher than pure sand, respectively. During the second vegetation plants were grown on the fertilized and non-fertilized sand with and without the addition of substrate Biona-312®. The results of the experiment showed that the wet and dry biomass of the shoots and the dry biomass of the roots obtained on the fertilized medium with the addition of substrate Biona-312® was by: 24, 30 and 57% higher than that obtained on the non-fertilized medium. The yield increase was caused by retention of the mineral compounds in the fertilized medium. To sum up ion exchanger substrates can be used as fertilizers in soil recultivation and as sorbents that retain plant nutrient compounds.

3. Charakterystyka olejów popirolitycznych otrzymywanych w procesie pirolizy komunalnych osadów ściekowych
Properties of Oil Obtained during Pyrolysis of Municipal Sewage Sludge
Jurand D. BIEŃ, January B. BIEŃ
Strony: 223-232

Przedstawiono właściwości olejów popirolitycznych, jednego z produktów, otrzymanych w procesie pirolizy komunalnych osadów ściekowych. Badania przeprowadzono, wykorzystując jako materiał wsadowy surowe osady ściekowe pochodzące z Centralnej Oczyszczalni Ścieków w Częstochowie. Eksperyment przeprowadzono dla różnych czasów trwania procesu pirolizy oraz w czterech punktach temperaturowych. W próbkach otrzymanego oleju oznaczono zawartości metali ciężkich i WWA. Określono również ciepło spalania, zawartość wody i gęstość. Rezultaty badań wskazują, że ilość oraz własności otrzymanych olejów popirolitycznych są uzależnione od temperatury i czasu trwania pirolizy.

Due to yearly increase of sewage sludge production, its disposal is one of the most important problem causing serious worldwide environmental problems. It is expected that in Poland in the near future the quantity of sewage sludge will increase up to 0.5 million tons of dry mass per year. Currently nearly 75% of the sludge produced in Poland is disposed off through filling sites and can be a source of groundwater contamination. The rest is used as a fertilizer or is incinerated. Turning sludge into compost causes the pathogens and heavy metals to pollute the land which is fertilized. Incineration emits hazardous gases. These factors cause to look for any alternative method for sewages sludge utilization. In many scientific laboratories the experiments with thermal decomposition of sewage sludge are carried out. Such processes are carried out in a relatively low range of temperatures and allow to obtain from sludge such energetic products as: liquid as well as fuel gas and solid postpyrolytic products. These processes are carried out in non-oxygen environment, in a temperature range between 300¸700°C, and because of their endothermic character, they are much easier to be kept under control. This paper presents results of studies on properties of liquid product. To determine the optimum combination of operating parameters for sewage sludge pyrolysis, dewatered and dried raw sludge from Czestochowa WWTP was treated over a temperature range of 300¸600°C for time of 30¸90 min. It was determined that the optimum temperature for the highest yield of oil was 400°C in each time case. Heating values of the oils were 19.8¸25.6 MJ/kg. The contents of water was high 30¸40% and the density was generally below 1 g/cm3 but in first case when a reaction temperature was 300°C the density of oil was nearly comparable to density of water. The contents of some heavy metals in oils were also analysed. The comparison between the concentration of heavy metals in received oils and values from EU directive (87/101/EEC) shows that the received results are below permissible limit. However the most important is that in received liquid some dangerous for human health aromatic hydrocarbons were determined. Among all determined aromatic hydrocarbons fifteen are treated by US EPA as the most toxicological substances. It is concluded that: 1) the optimal conversion temperature is 400°C referring to making liquid product recovery ratio maximum, 2) the heating value is high, 3) the density of liquid product is nearly comparable to the density of water because high content of water, 4) oils contain some toxicological substances. The research results show that the properties of oil received in thermal decomposition process is not favourable at this stage and further research should be carried out.

4. Stabilizacja mieszanych osadów pogalwanicznych w ceramice
Stabilization of Mixed Electroplating Sludge in Ceramics
Tadeusz STEFANOWICZ, Agnieszka PTAK, Małgorzata OSIŃSKA, Stefania NAPIERALSKA-ZAGOZDA
Strony: 233-243

Przeprowadzono próby wprowadzania 1, 2, 3 i 10% (s.m. wag.) osadu pogalwanicznego do gliny używanej do produkcji cegieł ceramicznych, badając następnie właściwości fizykomechaniczne wypalonych w temperaturze 960oC kształtek ceramicznych (skurczliwość, straty masy, nasiąkliwość, mrozoodporność oraz wytrzymałość na ściskanie), a także wymywalność metali ciężkich, dominujących w składzie osadu (Fe, Zn, Cu i Ni). Wprowadzenie do ceramiki od 1 do 3% mieszanki osadów pogalwanicznych o danym składzie nie wykazało ujemnego wpływu na parametry fizykomechaniczne, natomiast domieszki w wysokości 10% spowodowały obniżenie wytrzymałości na ściskanie. Kształtki zawierające do 10% s.m. osadu pogalwanicznego o danym składzie spełniały kryteria przyjęte w Polsce dla wyrobów betonowych stosowanych w budownictwie nieprzeznaczonym do przebywania ludzi oraz zwierząt. Płynie stąd wniosek, że wprowadzanie do 3% suchej masy osadów pogalwanicznych o danym składzie do ceramiki budowlanej nie pogarsza jej jakości i nie stwarza zagrożenia dla środowiska.

Dried and ground electroplating sludge was mixed with clay used for building ceramics production. The purpose was to investigate whether it is reasonable to utilize the electroplating waste through its stabilization in building ceramics. The electroplating waste contained oxides of: iron (15.09% of Fe), zinc (11.70% of Zn), copper (2.07% of Cu), nickel (0.70% of Ni) and other metal oxides (total amount less than 0.2%) and the remainder insoluble in aqua regia (58.79%). The ceramic test-bricks were prepared by admixing 1, 2, 3 and 10% (by weight) of the electroplating waste and by burning the bricks in an industrial stove at 960oC. The test-bricks were investigated for physical and mechanical properties (shrinkage, loss of mass, water soakage, frost resistance and compressive strength) and for metal leaching from prepared ceramic samples. It was determined that 1¸3% admixtures of electroplating waste introduced into building ceramics did not exert a deteriorative influence on physical and mechanical properties of bricks, while admixtures of 10% resulted in a decrease in compressive strength. The leaching results obtained with respect to particular metals (Fe, Zn, Cu and Ni) were evaluated by measuring concentration of metals in leachates prepared at a water-to-brick ratio 10:1 (by mass) according to the Swiss TVA AS.1991 method as well as in distilled water. The test-bricks with 10% of blended electroplating sludge fulfilled the criteria obligatory in Poland for the evaluation of concrete wares prepared with electroplating waste admixtures. They are accepted for building purposes (not destined for residences for people and animals) under the condition that the total concentration of metals in leachates did not exceed 10 mg/dm3. Hence it can be considered that the electroplating sludge of the examined composition might also be utilized in the building ceramics industry by adding it into the ceramic matrix to an amount not exceeding 3% by weight, without negative consequences to building material quality as well as to the environment. The investigations showed that besides the amount of added electroplating waste - the kind of metal oxide also had an influence on the metal leaching from ceramics. Nickel and iron immobilization in the ceramic matrix was especially effective - their leaching from ceramics was the least: iron was found in the leachate only at the greatest 10% admixture of waste added to ceramics, while nickel was not present in any of the leachates obtained from ceramics within the whole range (1¸10%) of added electroplating waste admixtures.

5. Porównanie skuteczności mokrego utleniania nadmiernych osadów ściekowych z oczyszczalni regionu łódzkiego
Efficiency Comparison of Wet Oxidation of Activated Sludge from Łódź Area Wastewater Treatment Plants
Jarosław MUCHA, Roman ZARZYCKI, Mirosław IMBIEROWICZ
Strony: 245-251

Osady ściekowe powstające podczas oczyszczania ścieków w oczyszczalniach biologicznych są bardzo uciążliwe i niebezpieczne. W ciągu kilku lat Polska wejdzie do Unii Europejskiej, dlatego poszukiwanie alternatywnych metod postępowania z osadami ściekowymi innymi niż składowanie jest nieodzowne. Problem ten może zostać rozwiązany dzięki mokremu utlenianiu, które dokonuje konwersji niebezpiecznego i biologicznie niestabilnego medium w ustabilizowany osad, pozbawiony negatywnego wpływu na środowisko. Proces mokrego utleniania prowadzony jest w temperaturach 150¸350oC pod ciśnieniem 1,5¸16,0 MPa i zachodzi dzięki kontaktowi fazy gazowej zawierającej utleniacz (tlen) z zawiesiną osadu czynnego. Podczas procesu związki organiczne z masy reaktywnej zostają utlenione, co prowadzi z kolei do powstania CO2, wody oraz małych ilości niskocząsteczkowych kwasów organicznych. Proces jest prosty technologicznie, jednakże wysoka temperatura i ciśnienie wymuszają surowe wymagania odnośnie do konstrukcji urządzeń, odporności na korozję oraz bezpieczeństwa procesowego. W pracy tej opisana została seria eksperymentów prowadzonych nad mokrym utlenianiem nadmiernego osadu ściekowego z trzech różnych oczyszczalni regionu łódzkiego. Eksperymenty przeprowadzone zostały bez dodatku substancji wspomagających, a także z dodatkiem nadtlenku wodoru. Na podstawie przeprowadzonych badań okazało się, że skuteczność procesu mokrego utleniania nie zależy od pochodzenia osadów, co z kolei świadczy o ich podobnych właściwościach fizykochemicznych. Dlatego też proces mokrego utleniania może być łatwo zastosowany dla osadów czynnych różnego pochodzenia.

Activated sludge formed in all of wastewater treatment plants is very noxious and hazardous. In the next few years Poland is going to join the European Union therefore searching for alternative sludge treatment methods, other than landfill is essential. This problem can be solved by wet oxidation which converts a dangerous and biologically unstable medium into fully stabilized sludge without negative influence on the environment. Wet oxidation is a process conducted at temperature of 150¸350oC, under pressure of 1.5¸16.0 MPa and it proceeds due to contacting a gas phase containing an oxidant (oxygen) with an activated sludge suspension. During the process organic compounds in the reactive mass are oxidized which leads to the formation of CO2, water and small amounts of low-molecular organic acids. The process is simple technologically, however high temperatures and pressures extort stringent requirements so the construction of the equipment, corrosion resistance and process safety are concerned. A series of experiments on wet oxidation process of excess activated sludge from three different waste water treatment plants from Łódź area are described in this paper. Investigation was carried out with and without addition of hydrogen peroxide. On the basis of the experiments it was found that the efficiency of the wet oxidation process is not dependent on the origin of sludge so the physical and chemical parameters are similar. Therefore the process of wet oxidation of activated sludge can be easily applied for sludge from different sources.

6. Badania zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w wodach kopalnianych
Investigation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Content in Mine Waters
Beata CABAN-PABIAN
Strony: 253-266

Oznaczono zawartości szkodliwych mikrozanieczyszczeń występujących w wodach kopalnianych, takich jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Dokonano oceny jakościowo-ilościowej zawartości 16 WWA oraz przeprowadzono badania dynamiki zmian stężeń WWA w wodzie kopalnianej pobranej na wlocie, jak i w przelewie z osadnika ziemnego. Badania wykonano dla wód pochodzących z kopalni węgla kamiennego „Ziemowit”, wykazującej duże zrzuty wód kopalnianych. W wodach pobranych u wlotu, jak i w przelewie z osadnika ziemnego wykryto wszystkie standardowe 16 WWA (rekomendowane do oznaczeń przez EPA) o sumarycznej zawartości porównywalnej do stężeń występujących w wodach powierzchniowych.

In the current article the concentration values of such harmful microimpurities occurring in pit water as PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) have been determined. It has been done the quality and quantity analysis of 16 selected PAHs and carried out research on their concentration changes dynamics in pit water taken at an inlet and from a notch of ground clarifier. Investigation was carried out for mine waters of „Ziemowit” coal mine. PAHs concentration was determined in dump water taken at the inlet of decanter and also from running water, in two hours on the sampling day, also from waters conditioned for 2, 7, 14 and 38 days. Additionally settled dump water was aired for 30 minutes and analysed for PAHs concentration. PAHs were tested by gas capillary chromatography. The highest concentration was find for phenanthrene. There were about 44 ng/l of phenanthrene in water taken at the inlet of decanter, in running decanter water there were 47 ng/l. The contents of other PAHs in investigated water samples were different. The content of PAHs in samples of water taken from inlet as well as running clarifier showed the decrease of concentration of studied compounds during the settling time. However, the decrease of PAHs concentration in inlet water was evaluated after 2 days, and in running water after 7 day of settlement. It was proved, that concentration of 16 PAH in water decreased to 80% after 24 days of sedimentation. There were no carcinogenic PAHs such as: benzo(b)-fluoranthene, benzo(k)fluoranthene, benzo(a)pyrene, indeno (1,2,3-cd)pyrene, benzo(g,h,i)pery-lene, dibenzo(a,h)anthracene. Water samples taken from running part of decanter showed lower concentration of PAHs with 2 and 3 rings. Five-ring PAHs concentration were no higher than 8% of total PAHs amount. There were found no 6-ring PAHs. It was observed that content of special compound in all PAHs decreases together with the increase of molecular mass, what suggests the adsorption on PAHs on colloids of mine waters. Airing of inlet water of the clarifier did not cause any decrease of PAHs concentration. Slightly increase of 16 PAH concentration sum in settlement time was observed. One may say, that the after airing coagulated molecules were destroyed and that caused the release of organic compounds to the water, and also caused the increase of concentration of PAHs. Assuming, water self-cleaning from PAHs is connected with adsorption.

7. Usuwanie związków azotu z wody za pomocą odwróconej osmozy
The Nitrogen Compounds Removal off Water with the Aid of Reverse Osmosis
Janina PIEKUTIN, Lech MAGREL
Strony: 267-275

Postępująca degradacja środowiska naturalnego w Polsce stała się bezpośrednią przyczyną zmniejszających się zasobów wód oraz zdecydowanego pogarszania się ich jakości. Jednym z poważniejszych problemów ostatnich lat jest zanieczyszczenie ujęć związkami azotu, których stężenie kilkakrotnie przekracza dopuszczalne normy w prawie polskim. Wobec powyższego, ważne jest poszukiwanie skutecznych i ekonomicznych metod usuwania związków azotu z wody. Zadowalające efekty można uzyskać, stosując zarówno procesy fizykochemiczne, jak i biologiczne, jednak wybór odpowiedniej metody zależy od stopnia jej skuteczności oraz łatwości realizacji. W przeprowadzonych badaniach podjęto próbę rozwiązania powyższego problemu, wykorzystując do tego celu metodę membranową, a mianowicie odwróconą osmozę. Cykl badawczy obejmował określenie rodzaju i ilości zanieczyszczeń w wodach podziemnych oraz ustalenie efektywności usuwania form azotu z wody modelowej. Badania prowadzono przy stałych parametrach operacyjnych. Badania rozpoczęto od minimalnych stężeń poszczególnych jonów w wodzie modelowej, stopniowo je zwiększając. Efekty usunięcia form azotu wynosiły około: 40% dla azotynów, 85% dla azotanów i 98% dla amoniaku. W procesie badawczym objętościowy strumień permeatu kształtował się przy wszystkich formach azotu na poziomie 0,18 · 10-5¸0,21 · 10-5 m3/m2 · s.

The level of underground water pollution depends on hydrological conditions of soils, which are above the aquiferous layer. The infiltration rate of surface water and rainwater to the aquiferous layer is also determined by the hydrological conditions of the soils. Underground water is the most exposed to pollution in water-bearing structures, which are not insulated from the surface by a slightly permeable layer of geological formations. The quality of underground water is usually better than the quality of ground water, but nowadays it does not keep the constant qualitative composition and because of that the modernisation of the method of water treatment is indispensable. Depending on the concentrations of substances in which they occur on the average in natural water we can distinguish: basic components, macro-components and micro-components. Nitrogen compounds are the most often occuring micro-pollutants and they are often observed in two significant forms i.e. ammonia nitrogen and nitrate nitrogen, which are ingredients of natural nitrogen cycle. Nitrites are temporary form in conversions of the nitrogen compounds in water and their concentration are not large in relation to another forms of nitrogen. All these compounds produce a toxic action on a human organism, fishes and other organisms. They influence in the negative way on water plants and hydrobiology. Due to the decline in resources of drinking water, and its poorer quality, the treatment of drinking water to constant and high quality is the problem. One can more often observe a multiple exceeding of the limits in the concentration of nitrogen compounds, namely nitrates, nitrites and ammonia. The search for efficient and economical methods of water clarification from nitrogen compounds is of vital importance. Satisfactory effects can be achieved through the use of both physical and chemical processes, as well as biological ones, nevertheless, the right choice of the relevant method depends on a degree of its efficiency and feasibility. The conducted research has been an attempt to solve this problem with the assistance of the membrane technique, namely a reverse osmosis. The well-chosen conditions for working the process, the pre-purifying of solution which is filtering, the change of the reaction - all these factors limit the concentration polarisation, prevent the membranes from blocking them and extend their period of the effective working time. The research cycle has included the determination of a type and an amount of pollutants in the underground water, the treatment of model water that contains ammonium ion, nitrite ion and nitrate ion at constant parameters of the operation, the physicochemical estimation of raw water (feed), and after the filtration process (permeate), and the fixing of the retention degree. The research was commenced with a level of minimal concentrations of individual ions. The concentrations of ions were gradually increasing in each next trial. The results of the removal of nitrogen’s compounds amounted to about 40% for nitrites, 85% for nitrates and 98% for ammonia. In the research time volumetric flux of permeate, with all nitrogen compounds, was running at 0.18 × 10-5¸0.21 × 10-5 m3/m2 × s.

8. Usuwanie manganu z wody na aktywnych złożach filtracyjnych
Manganese Removal from Water on Active Filtration Beds
Robert NOWAK, Anna M. ANIELAK
Strony: 277-288

W pracy przebadano masy aktywne zalecane do usuwania manganu z wody. Badania przeprowadzono w warunkach dynamicznych na laboratoryjnym filtrze o pracy ciągłej. Obserwacje prowadzono przez 136 dni, wyznaczając dla filtratu wartość wskaźnika pH, stężenie żelaza i manganu. Woda poddawana oczyszczaniu była preparowana na bazie wody wodociągowej, do której dodawano odpowiednich ilości jonów Fe(II) i Mn(II) oraz kwasów humusowych ekstrahowanych z osadów dennych rzeki Dzierżęcinki. Wyniki badań pokazały, że naj-większą skutecznością w usuwaniu manganu charakteryzują się masy Purolite MZ-10, G-1 oraz Birm. Masa Purolite MZ-10 wymagała okresowej regeneracji roztworem nadmanganianu potasu, zaś G-1 i Birm - okresu wpracowania. Nieskuteczna w usuwaniu manganu z wody była masa Hydrocleanit. Najlepszą efektywność odżelaziania uzyskano dla masy G-1, niewiele mniejszą dla Purolite MZ-10 oraz Birm. Nieco gorsza okazała się masa Hydrocleanit. Masy Purolite MZ-10, G-1 i Birm w małym stopniu wpływały na pH wody, natomiast masa Hydrocleanit alkalizowała wodę.

Four active materials, recommended for removing manganese from water, were investigated in the study: G-1, Purolite MZ-10, Birm and Hydrocleanit. The research aimed at evaluating the efficiency of given materials in the process of manganese removing from water, which contained besides Mn(II) ions also Fe(II) ions as well as some amount of organic pollutants. The investigation was carried out in dynamic conditions, on continuous running laboratory filter. Each filter working cycle was 48 hours and consisted of filtration, rinsing the filter bed and servicing. The process research was preceded by chemical and physico-chemical analysis of filtration beds. The physico-chemical analysis consisted of qualifying their porosity and granules size distribution. According to producer recommendations before the investigation commencement Purolite MZ-10 was activated and then periodically regenerated with potassium permanganate solution. Regeneration frequency has been set experimentally. Purified water was prepared from the tap water, to which some amounts of Fe(II) and Mn(II) ions were added as well as humic acids extracted from bottom sediments of Dzierżęcinka River. During the observation, which lasted 136 days, pH factor, as well as concentration of iron and manganese were measured in the filtrate. For G-1 material, additional research was done to evaluate efficiency of manganese removing from water by use of mixed bed consisting of active material and filtration sand. The investigation results proof that the highest efficiency in manganese removing shows Purolite MZ-10, G-1 and Birm. Purolite MZ-10 requested periodical regeneration with potassium permanganate solution when G-1 and Birm needed a time to work up. Hydrocleanit material was not effective in manganese removing from water. The highest efficiency for iron removing was achieved with G-1, not much lower with Purolite MZ-10 and with Birm. Slightly lower it was with Hydrocleanit. Purolite MZ-10, G-1 and Birm influenced pH of water in very low degree when Hydrocleanit alkalized water.

9. Badanie wpływu powierzchni właściwej węgli aktywnych CWZ na adsorpcję fenolu z wody
Studies of Influence Specific Surface Area on Adsorption of Phenol from Water by Activated Carbon CWZ
Joanna KAPICA, Ryszard J. KALEŃCZUK, Antoni W. MORAWSKI
Strony: 289-299

W niniejszej pracy podjęto próbę badań wpływu powierzchni właściwej, dystrybucji porów oraz charakteru powierzchni węgli na ich zdolność adsorpcyjną przy usuwaniu fenolu z wody. Do badań wykorzystano krajowe węgle aktywne serii CWZ (zasadowe węgle aktywne), produkowane przez Gryfskand sp. z o.o. w Hajnówce metodą parowo-gazowej aktywacji węgla drzewnego, różniące się powierzchnią właściwą w zakresie 680¸1323 m2/g. Pomiary powierzchni właściwej oraz objętości i rozkładu wielkości porów węgli aktywnych wykonano za pomocą zestawu adsorpcyjnego ASAP 2010 firmy MICROMERITICS (USA). Mierzono adsorpcję gazowego azotu w temperaturze 77 K. Z izotermy adsorpcji N2 obliczono powierzchnię właściwą oraz rozkład wielkości porów. Do obliczenia rozkładu wielkości porów zastosowano metodę DFT (Density Functional Theory - teoria funkcjonału gęstości). Analizę adsorpcji fenoli z wody przeprowadzono na siedmiu węglach aktywnych z serii CWZ. Przed pomiarem adsorpcji próbki wygrzewano w powietrzu w temperaturze 110÷120oC przez 8 godzin. Widma w podczerwieni wyznaczono w spektrofotometrze FTIR firmy JASCO (Japonia) techniką DRS z użyciem komory do pomiarów in-situ firmy HARRICK (USA).

The presence of organic compounds in groundwater, municipal and industrial wastewater, and drinking water causes a serious risk to the environment and to human health. A number of these compounds are toxic, carcinogenic, and resistant to natural biodegradation (recalcitrant). The main sources of organics are industrial and municipal wastes and leachates from both industrial and municipal landfills. Since phenolic compounds find many various applications, these compounds are a very common impurity in water. Phenol can be removed from an aqueous solution by several methods; ion exchange, extraction by solvent, incineration, biological degradation, adsorption on activated carbon, chemical oxidation, photocatalytic decomposition and enzymatic decomposition. The adsorption capacity of activated carbon is attributed mainly to its large surface area, to the physicochemical nature of its surface and to the favourable size of its pores. These features make the internal surface area of the pores accessible to the adsorbate molecule. An activated carbon particle contains a complex network of pores, which have been classified into micropores, mesopores, and macropores. The surface area is found to contain predominantly micropores, which have diameters less than 2 nm. The macropores act as passageways to the interior of the mesopores and to the surface of the micropores. The pore size distribution of a given activated carbon depends on the type of raw material used and the method of manufacture employed for the carbon and activation process. This work concerns studies on the influence of a specific surface area of activated carbons, their chemical character and pore size distribution, on the efficiency of phenol adsorption from water. During the research activated carbons (CWZ series), supplied by Gryfskand Co. Ltd., Poland were tested. Carbons were produced by the steam activation of charcoal. The specific surface area of the carbons ranged from ca. 680 to ca. 1323 m2/g. The surface area and pore size distribution were determined using an ASAP 2010 Micromeritics instrument that measures nitrogen adsorption isotherms at 77 K. Finely crushed activated carbons of mass 0.29¸0.84 g were placed in a special flask and then outgassed for 24 h at 250ºC under vacuum. The pore size distribution was calculated with the DFT (Density Functional Theory) method using the obtained adsorption isotherms. Before measurements the studied adsorbent was ground till a uniform powder was obtained, and finally dried at a temperature ranging from 110 to 120ºC for 8 hours. Vessels containing both 50 ml of aqueous phenol solution (50 mg/dm3), and their mixture with defined amounts of carbon (0.025; 0.030; 0.035; 0.040; 0.045, and 0.050 g) were shaken for 3 hours at a constant temperature (20ºC). The concentrations of phenol in water were analysed using UV-VIS spectrophotometry (JASCO V- 530 spectrophotometer at wavelengths 270 nm). A laboratory shaker with controlled temperature was used for this purpose. Before the concentration of phenol was measured, activated carbon was filtered from the mixtures. In-situ IR spectra were taken with a FTIR spectrophotometer (JASCO FT/IR 430) equipped with a DRS device (HARRICK). The relationship between surface area, pore distribution, and chemical character of activated carbons’ surface will be shown. Experimental dependencies can be described by various adsorption isotherms, from which the Langmuir and Freundlich equations seem to be the most suitable for the system investigated. The equations present the isotherm coefficients calculated from the adsorption equations together with the corresponding correlation coefficients and monolayer capacities.

10. Odpadowy poli(tereftalan etylenu) (PET) prekursorem węgla aktywnego?
Wasted Poly(Ethylene Terephthalate) (PET) as Precursor of Activated Carbon?
Mirosław I. MARZEC, Antoni W. MORAWSKI
Strony: 301-310

Surowcem wyjściowym do karbonizacji były przezroczyste butelki po napojach wykonane z PET. Materiał ten w postaci drobno zmielonego granulatu gotowano w roztworze wodnym Fe2(C2O4)3. Następnie impregnowany prekursor przemyto wodą destylowaną i wysuszono. Tak przygotowany materiał poddano procesowi zwęglania w piecu rurowym. Proces prowadzono ze stopniowym podwyższaniem temperatury. Próbkę przetrzymywano w końcowej temperaturze karbonizacji przez 1 godzinę. Zwęglanie prowadzono w atmosferze azotu (A) oraz azotu nasycanego parą wodną (B). Stwierdzono, że środowisko zwęglania ma wpływ na rozkład wielkości porów i powierzchnię właściwą otrzymanych próbek. Zbadano możliwość usuwania związków organicznych (THM-ów i fenolu) z wody na otrzymanych węglach aktywnych.

Poly(ethylene terephthalate) from post-consumer soft-drink bottles was used as the raw material for the carbonization process. Ground PET in the form of small pieces was boiled in a solution of Fe2(C2O4)3. Washed and dried activated polymer was placed into a pipe furnace and carbonized. The temperature was increased gradually. Carbonized material was kept at the final temperature for 1 hour. The carbonization was performed in a selected atmosphere nitrogen (A) and nitrogen saturated with steam (B). It was observed that carbonization atmosphere has a significant impact on pore size distribution, and surface area. BET surface area of obtained activated carbons decreases as the final temperature of carbonization increases. The samples carbonized at 500°C exhibited the highest activity for both phenol and THMs adsorption. The sample carbonized under flow of nitrogen gas showed high removal of trihalomethanes from water, whereas the sample oxidized in a steam revealed higher sorption capacity for phenol. Performed adsorption isotherms were in a good agreement with Freundlich adsorption isotherm. Calculated correlation coefficients were in the range of 0.95¸0.99. Presented results showed that it is possible to obtain activated carbon from wasted PET. Furthermore, this activated carbon could be effective adsorbent for removal of phenol and THMs from water.

11. Parametryzacja procesów chemicznych w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego
Parametrization of Chemical Processes in the Air Pollution Dispersion Models
Maria T. MARKIEWICZ
Strony: 311-330

Zaprezentowano metody opisu przemian chemicznych zanieczyszczeń w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. Opis metod poprzedza ogólna klasyfikacja modeli rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza. Pierwsza z przedstawionych metod jest metodą najprostszą spośród wszystkich znanych i jednocześnie najstarszą. W tej metodzie opis procesów chemicznych zachodzących w atmosferze bazuje na pojedynczym parametrze, którym najczęściej jest czas połowicznej przemiany. Uproszczoną metodę parametryzacji przemian chemicznych można wykorzystywać we wszystkich modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w atmosferze, jakkolwiek obecnie metodę tę stosuje się prawie wyłącznie w modelach gaussowskich oraz modelach trajektoryjnych cząstek. W metodzie drugiej, bardziej dokładnej, modelowanie przemian chemicznych zanieczyszczeń w atmosferze wymaga zastosowania schematów chemicznych. Metoda ta jest stosowana powszechnie w modelach pudełkowych i numerycznych modelach teorii K. Śledząc w czasie zmianę opisu przemian chemicznych z użyciem schematów chemicznych w numerycznych modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń teorii K w atmosferze, można je podzielić na trzy klasy ‘wiekowe’. W tzw. pierwszej generacji uwzględnia się głównie przemiany chemiczne w fazie gazowej. W modelach zaliczanych do modeli drugiej generacji przemiany chemiczne zanieczyszczeń w fazach gazowej i wodnej są opisywane przy zastosowaniu oddzielnych modułów. W obecnie opracowywanych, najbardziej rozbudowanych systemach modelowania zanieczyszczeń w atmosferze w opisie procesów chemicznych uwzględniane są przemiany zachodzące w trzech fazach.

Within the last twenty years the big progress was achieved in the atmospheric chemistry discipline. It is expected that this progress will be continued. Currently homogenous gas phase chemical reactions are known the best. The further examination is needed to get to know better the chemical reactions taking place in the liquid and solid phases as well as the heterogeneous reactions. In this article methods of description of the chemical processes in the air pollution models are described. Theory and application of these methods into different types of models are preceded by the classification of the air pollution models. As the chemical processes are complex their description in the models has to be simplified. In this article two basic types of methods of chemical processes parametrizations in the air quality models are distinguished. First the simple method based on the single parameter is given. For this purpose the half-life of pollutant is commonly used, which is defined as the period of time during which the pollutant concentration drops to the value equal half of the beginning concentration. This method can be applied to any kind of the air quality model. Next the more advanced method of parametrization of the chemical processes of atmospheric pollutants is described. In this method the chemical processes taking place in the atmosphere are modelled using the chemical module. This method is commonly used in the numerical air quality models particularly in K-theory models. Taking into account the complexity of chemical schemes used in the chemical modules the constant improvements are observed. In the oldest so-called first-generation K-theory models only the gas phase chemical reactions were considered. In the so-called second-generation K-theory models the two separate chemical modules describing the chemical transformations in the gas phase and liquid phase are present. Recently developed so-called third-generation K-theory models atmospheric chemical processes in all three phases are described.

12. Suche osiadanie zanieczyszczeń na podłożu i jego parametryzacja w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego
Dry Deposition of Air Pollutants on the Surface and its Parametrization in the Air Pollution Dispersion Models
Maria T. MARKIEWICZ
Strony: 331-347

Zaprezentowano metody opisu suchej depozycji zanieczyszczeń na podłożu w modelach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. Prezentację metod poprzedza opis zjawiska suchego osiadania zanieczyszczeń na podłożu i ogólna klasyfikacja modeli rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza. Pierwsza z przedstawianych w artykule metod jest metodą najmniej skomplikowaną i znaną najdłużej. W tej metodzie opis suchej depozycji zanieczyszczeń na podłożu opiera się na pojedynczym parametrze - prędkości suchego osiadania zanieczyszczeń na podłożu. Wartość tego parametru jest najczęściej uzależniana od rodzaju zanieczyszczenia i rodzaju podłoża. Ta metoda parametryzacji może być stosowana we wszystkich rodzajach modeli rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza. W dalszej kolejności w artykule opisano bardziej zaawansowane metody parametryzacji suchego osiadania zanieczyszczeń na podłożu, w tym metodę „dużego liścia”. Metody te są stosowane przede wszystkim w modelach numerycznych teorii K. W tych metodach nie korzysta się ze stablicowanych wartości prędkości osiadania, lecz proces suchego osiadania zanieczyszczeń na podłożu jest modelowany z użyciem tzw. rezystancji. Rezystancja, inaczej opór transportu zanieczyszczeń, jest definiowana jako odwrotność prędkości osiadania. Przez analogię do oporu elektrycznego rezystancja suchego osiadania jest dzielona na elementy składowe (rezystancje składowe) i obliczana z formuł matematycznych. W przypadku cząstek aerozoli dodatkowo uwzględniana jest prędkość opadania.

Atmospheric pollutants are removed from the atmosphere by dry and wet deposition. Wet deposition is the process, in which gases and aerosol particles are absorbed into atmospheric droplets and afterwards they are transported by the precipitation to the surface of Earth. Dry deposition is the process, in which pollutants are transported by air motions to the surface of the Earth and afterwards they are adsorbed or absorbed by the soil, plants, water and other materials covering the ground surface. Here it should be stressed that the terms „dry” and „wet” are not related to the surface of Earth but to the way, in which the pollutants are transported towards it. The dry deposition of gases and aerosol particles is a complex process as it is influenced by many factors such as: meteorological conditions, the type of the pollutant and its physical and chemical properties, the type of the surface and its characteristic. In this article the dry deposition parametrization methods used in the air pollution models are reviewed. Before the specific methods are presented the dry deposition process is described and the classification of the air quality models is given. The description of the dry deposition parametrization methods starts with the simple one, in which the single parameter called the dry deposition velocity is used. This method can be applied to any kind of the air pollution model. Next the more advanced methods of the dry deposition parametrization are described including the “Big leaf model”. These methods are commonly applied in the numerical K-theory air quality models. In these methods the dry deposition of pollutants is modelled using the so-called resistances. The resistance is defined as the reverse of the dry deposition velocity. By analogy to the electrical resistance the dry deposition resistance is calculated as the sum of specific resistances. In case of the aerosol particles the settling velocity in addition is taken into account.