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 6, Numer 3-4

1. Kofermentacja wstępnie unieszkodliwionych frakcji organicznych odpadów komunalnych i komunalnych osadów ściekowych w warunkach mezofilnych i termofilnych
Anaerobic Co-Digestion of Pre-Treated Organic Fraction of Municipal Solid Waste with Municipal Sewage Sludge under Mesophilic and Thermophilic Conditions
Markus GRASMUG, Angelika ROCH, Rudolf BRAUN, Martin WELLACHER
Strony: 267-273

Zintegrowany proces unieszkodliwiania osadów ściekowych i frakcji organicznej odpadów komunalnych (OFMSW) oraz wykorzystanie wolnej pojemności wielu komór fermentacyjnych w oczyszczalniach ścieków mogą stanowić ważny element w planowaniu gospodarki odpadami w wielu gminach. Przeprowadzono badania beztlenowej fermentacji wód procesowych i osadów ściekowych pochodzących z komunalnej oczyszczalni ścieków. Celem badań była ocena kofermentacji osadów ściekowych oraz wód procesowych pochodzących z dostępnego na rynku systemu (Mashseparatorã) wstępnego unieszkodliwiania OFMSW w warunkach mezofilnych i termofilnych. Kofermentacja w warunkach termofilnych, w porównaniu do mezofilnych, charakteryzowała się większą wydajnością produkcji metanu. Ze względu na niski poziom lotnych kwasów tłuszczowych oraz stałe pH 7,1¸7,8 nie należy się spodziewać hamowania produkcji niezjonizowanych kwasów tłuszczowych. Na podstawie wyników badań laboratoryjnych przeprowadzono obliczenia dla jednostki osadniczej liczącej 15 000 mieszkańców. Obliczono, że w wyniku procesu kofermentacji ponad 100% rocznego zapotrzebowania na energię przez oczyszczalnię ścieków może zostać zaspokojone przez wykorzystanie wytworzonego biogazu.

The combined treatment of sewage sludge together with OFMSW and the utilization of free capacity of many anaerobic digesters at wastewater treatment plants (WWTP) would be a contribution to the waste management plan of communities. Therefore, investigations of an anaerobic digestion of process water together with sewage sludge from a municipal sewage treatment plant were carried out. The aim of this investigation was to evaluate the effect of co-digestion of sewage sludge together with the process water from a commercial pre-treatment system (Mashseparator©) for OFMSW under mesophilic and thermophilic conditions. The co- -digestion under thermophilic conditions showed a better methane yield in comparison to the mesophilic. Due to the low level of volatile fatty acids and the constant pH-value between 7.1¸7.8 no inhibition of un-ionised fatty acid can be expected. Based on the laboratory results a calculation for a community with 15,000 inhabitants was done. It was calculated that through the co-digestion process more than 100% of the yearly electrical energy demand of the WWTP can be substituted by using the produced biogas.

2. Wpływ procesu beztlenowego unieszkodliwiania bioodpadów na jakość produktów pofermentacyjnych i ścieków
Effects of the Anaerobic Bio-Waste Treatment Processes on the Quality of the Digestion Residues and the Wastewater
Manfred LOHSE, Bernhard GALLENKEMPER, Gabriele BECKER, Thomas BÖNING, Sigrid HAMS
Strony: 275-287

W ostatnich latach w Niemczech wzrosło zainteresowanie procesem fermentacji gromadzonych oddzielnie odpadów organicznych. Jakość kompostu oraz stałych pozostałości po procesie fermentacji beztlenowej ma ogromne znaczenie dla ich utylizacji i wprowadzenia na rynek. Zastosowanie procesu mokrego oczyszczania powoduje wytwarzanie znacznych ilości ścieków, które można ponownie wykorzystać jako wody procesowe. Wymienione aspekty należy uwzględnić zarówno na etapie opracowania koncepcji unieszkodliwiania, jak i podczas fermentacji bioodpadów. W projekcie badawczym finansowanym przez German Federal Foundation for Environment przeprowadzono analizę jakości pozostałości fermentacyjnych oraz kompostu z różnych instalacji fermentacyjnych bioodpadów w Niemczech. Określono wpływ sposobu prowadzenia procesu (mokry/suchy, mezofilny/termofilny) na jakość produktu, którą później porównano z jakością kompostu otrzymanego na drodze fermentacji tlenowej. Projekt finansowany przez Oswald Schulze Foundation dotyczył składu ścieków powstałych w instalacjach fermentacyjnych bioodpadów. Techniczne badania jednoetapowej mokrej fermentacji uwzględniały ocenę wpływu cyrkulacji wód procesowych, typu odpadów (oddzielnie gromadzone bioodpady, odpady kuchenne) oraz temperatury procesu na skład wód procesowych. Zamknięty obieg wód procesowych spowodował znaczny wzrost stężenia składników, które mogły hamować proces fermentacji.

In recent years the technique of digestion of separate collected organic waste became more and more important in Germany. The quality of the solid residues of the compost of anaerobic digestion is of great importance for utilisation and marketing. When using a wet treatment process, a lot of wastewater is produced, which is reused as process water. These aspects have to be taken into account for a treatment concept and the degradation process. In investigations, sponsored by the German Federal Foundation for Environment, a survey of the digestion residues quality and their composts from different bio-waste digestion plants in Germany was given. The influence of the process management (wet/dry, meso-/thermophilic) on the product quality was determined, and the latter was compared with composts from aerobic treatment of bio-waste. A second project, sponsored by the Oswald Schulze Foundation, focused on the composition of wastewater from bio-waste digestion plants. The technical investigations of a single- -staged wet digestion comprised the influence of process water circulation, of the waste type (separate collected bio waste, kitchen waste) and of the process temperature on the process water composition. It became apparent that the closed substance cycle of the process water lead to a distinct increase of the concentration of the ingredients and that inhibition of the anaerobic degradation process might arise.

3. Wykorzystanie komunalnych osadów ściekowych do celów rolniczych
Agricultural Utilization of Sewage Sludge from Municipal Wastewater Treatment Plants
Tadeusz L. WIERZBICKI
Strony: 289-297

Nawozowe właściwości osadów powstających podczas biologicznego oczyszczania ścieków są już dość dobrze rozeznane i stosowane z coraz większym skutkiem. Bardzo efektywne jest zastosowanie analizowanych osadów w procesie rekultywacji terenów oraz gleb zdegradowanych i w kształtowaniu szaty roślinnej nieużytków. Ponadto wykorzystanie osadów do rekultywacji stanowi również najtańszą metodę ich utylizacji i pozwala na znaczne obniżenie zużycia nawozów sztucznych. Obok wymienionych podstawowych zalet posiadają one szereg wad, które dyskwalifikują je do celów rolniczych. Podstawowym kryterium przyrodniczego wykorzystania osadów ściekowych jest zawartość składników nawozowych i glebotwórczych. Przyjmuje się, że jeśli zawartość metali ciężkich w tych osadach jest mniejsza lub równa wartości dopuszczalnej, wtedy zatracają one znamiona osadu ściekowego i mogą być wykorzystane jako nawóz mineralno-organiczny. Zwiększona ilość metali ciężkich, silnie toksyczne związki organiczne, mikroorganizmy chorobotwórcze i inne przy wymienionych zaletach są cechami dyskwalifikującymi rolnicze wykorzystanie osadów ściekowych. W niniejszej pracy przedstawiono podstawowe warunki, jakie muszą być spełnione przy wykorzystaniu komunalnych osadów ściekowych do celów rolniczych.

Fertilizer characteristic of sewage sludge generated during wastewater treatment with sludge activated systems is well known and applied in full scale with good results. It was proved the big effectiveness of agricultural reuse of sewage sludge for soil recultivation in degraded area and configuration of vegetation cover of these areas. Recultivation of soil with sewage sludge seems to be a low cost method - it allows to decrease the cost fertilizing to compare with artificial fertilizers. Among many advantages of sewage sludge reuse we can find also many disadvantages which limited agricultural utilization. The main criteria for natural reuse of sewage sludge is quantity of fertilizer and soil forming substances. The quantity of heavy metals is the most important factors in recycling sewage sludge as a fertilizer to the natural environment. Agricultural utilization of sludge is strictly regulated by low. Regulations presents all circumstances during non industrial utilization. Also the quality of the soil chosen for recultivation is strictly determined. High quantity of heavy metals, toxic organic compounds, pathogens microorganisms disqualifies agricultural utilization of sewage sludge. In the case of good quality of sewage sludge its natural utilization can be realized in many ways as: – compost and fertilizer substances production,
– recultivation of soil-less area,
– plant fixing of dusty area,
– fertilizing of soil for agricultural production.
Every method for sewage sludge utilization needs the special preparation. The final conclusions are:
– sewage sludge generated during biological treatment consists of high amounts of organic and mineral substances,
– sewage sludge before its natural utilization must be specially prepared due to obligatory rules,
– sewage sludge with high amount of heavy metals is the base for microelements fertilizers production,
– optimal organic compounds quantity is 50%,
– development of sewage sludge utilization gives more opportunity for its agricultural use.

4. Usuwanie WWA z wód z wykorzystaniem procesów membranowych
Removal of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Water Using Membrane Processes
Mariusz DUDZIAK, Michał BOCZEK, Krystyna LUKS-BETLEJ
Strony: 299-311

Jednym z interesujących procesów usuwania wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) z wody są techniki membranowe. Przedstawiono wyniki badań membranowego usuwania WWA ze środowiska wodnego. W badaniach wykorzystano trzy membrany: do odwróconej osmozy (RO-SS10), nanofiltracji (NF-SF10) i ultrafiltracji (UF-DSGM), produkcji amerykańskiej firmy Osmonics Inc. Celem pracy była ocena efektywności tych procesów w usuwaniu WWA z wód. Proces filtracji membranowej prowadzono z wykorzystaniem modułu SEPA CF-HP w wersji wysokociśnieniowej, przystosowanego do prowadzenia procesów odwróconej osmozy, nanofiltracji i ultrafiltracji. Membrany testowano wg standardowych procedur, a następnie filtrowano wodę redestylowaną i pitną zawierającą wzorce. Testowane membrany efektywnie usuwały WWA z wody, współczynnik retencji był w zakresie 70¸94%, dla stężeń WWA w roztworze od 55 do 2300 ng/dm3. Biorąc pod uwagę tak wysoki stopień usuwania tych zanieczyszczeń z wody, procesy membranowe mogą być zastosowane w technologii uzdatniania wody.

One of the interesting polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) removing processes from water are membrane techniques. The results of membrane testing for PAHs from water matrix are presented. Three membranes for reverse osmosis (RO-SS10), nanofiltration (NF-SF10) and ultrafiltration (UF-DSGM), produced by Osmonics Inc. (USA), have been used for this study. The aim of this paper is to evaluate the efficiency of these processes in PAHs removing from water. Membrane filtration process was carried out with the use of membrane module of SEPA CF-HP type in a high pressure version, by Osmonics Inc. The module was adapted to reverse osmosis, nanofiltration and ultrafiltration processes. Membranes were tested according to the standard procedures and then the redistilled and drinking water samples spiked with PAHs mixture were filtrated. The tested membranes removed the PAHs from water very efficiently. The retention coefficients of the membranes at the process parameters being used during PAHs removing from water were in the range of 70¸94% for the concentrations of PAHs mixture from 55 to 2300 ng/dm3. Considering the high degree of removing these pollutants from water membrane processes are possible to be applied in the technologies for water treatment.

5. Beztlenowa stabilizacja osadu nadmiernego zagęszczonego w procesie ultrafiltracji
Anaerobic Stabilisation of Excess Sludge Thickened with the Ultrafiltration Process
Ewa NECZAJ, Jolanta BOHDZIEWICZ
Strony: 313-324

Przedstawiono wyniki badań nad fermentacją metanową osadu zagęszczonego w procesie ultrafiltracji. Jednocześnie w tych samych warunkach stabilizowano nadmierny osad czynny zagęszczony w klasycznym zagęszczaczu mechanicznym w częstochowskiej oczyszczalni ście-ków. Proces ultrafiltracyjnego zagęszczania prowadzono w przepływie krzyżowym, wykorzystując asymetryczne membrany polisulfonowe. Stwierdzono, że zagęszczanie ultrafiltracyjne ma pozytywny wpływ na beztlenową stabilizację osadu nadmiernego. Stopień przefermentowania tego osadu był o 31% wyższy w porównaniu do stopnia przefermentowania osadu zagęszczonego metodą klasyczną. Jest to spowodowane przez transfer związków organicznych z osadu do fazy wodnej na skutek mechanicznej dezintegracji osadu, spowodowanej warunkami hydromechanicznymi, panującymi w układzie do ultrafiltracyjnego zagęszczania osadu. W trakcie stabilizacji osadu zagęszczonego z wykorzystaniem techniki UF zaobserwowano wcześniejsze wystąpienie fazy metanogennej oraz intensywniejszą produkcję biogazu. Dlatego też zagęszczanie osadu z wykorzystaniem techniki ultrafiltracji wydaje się być obiecującą metodą, pozwalającą na poprawienie efektywności stabilizacji osadu w warunkach beztlenowych.

The paper presents research on anaerobic digestion of excess sludge followed by ultrafiltration process. Anaerobic fermentation is a common process used for stabilization of sewage sludge. The slow degradation rate of waste activated sludge in anaerobic digester is due to the rate limiting step of sludge hydrolysis. This is caused by a low biodegradability of the cell walls and extracellular biopolymers formed in activated sludge. The methods of improvement of the biodegradability of particular substrate are mainly based on improved accessibility of the substrate by microoganisms. In this study the effect of ultrafiltration thickening on sludge degradability with anaerobic digestion was investigated. The fermentation experiments were performed in a laboratory plant consisted of two stirred tank fermenters that were operated in parallel at 35oC. As a control one anaerobic fermenter was operated with the sludge thickened using the classical method in Czestochowa Wastewater Treatment Plant. Ultrafiltration experiment was carried out with cross flow using polysulfone asymmetric membranes. Four membrane modules with effective membrane surface area of 2.5 × 10-2 m2. A cross flow velocity of 3.5 m/s over the membrane surface ensured the operation in turbulent flow. Separation experiments were carried out on operating pressure of 0.25 MPa to the volume reduction factor of 5. It was found that ultrafiltration thickening has the positive impact on anaerobic stabilisation of the excess sludge. This is caused by the mechanical disintegration of waste sludge consisting of facultative anaerobic microorganisms that are not affected in anaerobic degradation process. The ultrafiltration thickening of waste sludge caused a transfer of organic substances from the sludge solids into the aqueous phase. It was observed the increase of volatile solids degradation as well as the increase in the biogas production. Moreover, in comparison with conventional sludge thickeners it is possible to achieve a settled water (permeate) with lower concentration of pollutants during ultrafiltration thickening process. The results of our experiment suggest that ultrafiltration prethickening seems to be a promising method to enhance fermentation rate.

6. Badania nad zastosowaniem koagulacji i filtracji we wstępnym uzdatnianiu wody przed mikrofiltracją
The Studies of the Application of Coagulation and Conventional Filtration in Raw Water Pretreatment before Microfiltration Membranes
Dorota SĄKOL, Krystyna KONIECZNY
Strony: 325-346

Badano wpływ zastosowania kilkuetapowego wstępnego procesu przygotowania wody na wartość współczynników retencji wybranych substancji. Celem badań było ograniczenie efektu blokowania polipropylenowych membran mikrofiltracyjnych o średnicy porów 0,2 mm, pracujących przy przepływie jednokierunkowym. Proces prowadzono w skali technicznej. Wodę surową stanowiły odsoliny z obiegu chłodzącego elektrowni. Wstępne przygotowanie wody obejmowało: koagulację chlorkiem żelaza(III) z dodatkiem polielektrolitu anionowego, sedymentację, koagulację za pomocą koagulantu zawierającego glin oraz filtrację i korektę pH przy użyciu roztworu HCl. Tak prowadzony proces umożliwił usunięcie 63% żelaza ogólnego, 76% glinu i 24% krzemionki już w czasie procesu wstępnego uzdatniania wody. We wstępnym etapie usunięto także 14% twardości ogólnej i niewielkie ilości jonów siarczanowych(VI), stanowiących zagrożenie dla membran odwróconej osmozy, znajdujących się w dalszej części układu technologicznego. Usunięto także większość substancji nierozpuszczonych w wodzie (współczynnik retencji zawiesiny we wstępnym uzdatnianiu wody wyniósł 75%). Znacznemu podwyższeniu uległy współczynniki retencji dla absorbancji UV254 (z 20 na 55%), utlenialności (z 6 na 40%). Wszystkie wyniki poparte zostały odpowiednimi testami statystycznymi, stwierdzającymi istotność różnic średnich stężeń poszczególnych substancji w wodzie po kolejnych etapach uzdatniania.

Two-step coagulation using iron coagulant (FeCl3) with anionic polyelectrolyte in the first step and aluminum containing coagulant in the second one was made to reduce the negative effect of the fouling phenomenon. The process was operated in the commercial scale. The raw water was the blow-off water from the power plant cooling system. The dead-end microfiltration units provided with 0.2 mm polypropylene membranes produced about 210 m3 of water per hour. The technological process was divided into four stages: 1st - raw water from the cooling system (three times condensed decarbonized river water) 2nd - water after the first step coagulation and sedimentation, 3rd - water after the second step coagulation, conventional filtration on multimedia filters and pH correction, 4th - permeate. The changes of contents of several water soluble chemical substances were investigated, namely: turbidity, total hardness, chlorides, sulfates(VI), total iron, aluminum, silica, nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, oxygen consumption and absorbance (254 nm). The results of statistical tests show a significant difference among the values of turbidity, total hardness, sulfates(VI), total iron, aluminum, silica, nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, permanganate COD and absorbance (254 nm) in the water during the whole process. 63% of total iron, 76% of aluminum and 24% of silica were removed during the first three stages. The results described previously had shown that the formation of cake layer was the main reason for the fouling phenomenon occurring on the investigated membranes. It was strictly connected with the presence of suspended solids in the raw water. It is significant that 75% of the suspension has been removed during the pretreatment stages. These results were confirmed by the scanning microscope observations of the suspension received after filtration of a 500 cm3 sample of water from each stage. X-ray photography of contaminations deposited on the filters surface showed that the main inorganic chemical compounds found in suspension were silica, aluminosilicates and calcium carbonate. The hydrobiological observations show the presence of Bacillariophyceae, and Cyanophyta which may produce the biofouling. The Bacillariophyceae’s cell walls containing silica can produce a hardly soluble deposit on the membrane surface. It is possible to remove them during the coagulation and prefiltration stages. The investigations results show that it is possible to protect the polypropylene membrane against the fouling occurring inside membrane pores as well as the formation of the cake layer. The use of a hybrid process combining the traditional raw water pretreatment with a membrane process may be well-founded.

7. Przydatność wstępnie zhydrolizowanych koagulantów glinowych w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych z wody
On the Usefulness of Prehydrolysed Coagulant to Organic Matter Removal from Water
Marta RAK, Maria ŚWIDERSKA-BRÓŻ
Strony: 347-359

Porównano przydatność siarczanu glinu oraz 5 wstępnie zhydrolizowanych chlorków poliglinu (PAC, PAX-18, PAX-XL3, PAX-XL60 i PAX-XL61) o różnej alkaliczności w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych z wody. Przedmiotem badań były roztwory modelowe oraz wody naturalne z rzek Odry i Oławy, różniące się temperaturą i poziomem zanieczyszczenia. Wyniki badań wykazały, iż chlorki poliglinu były bardziej przydatne w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych niż siarczan glinu, a ich skuteczność zwiększała się wraz ze wzrostem alkaliczności. Koagulanty wstępnie zhydrolizowane były ponadto mniej wrażliwe na zmianę odczynu i niską temperaturę oczyszczanej wody. Zakwaszenie wody zwiększyło stopień eliminacji zanieczyszczeń organicznych, natomiast zwiększenie stężenia jonów OH- miało wpływ odwrotny, szczególnie wyraźny w przypadku usuwania RWO (rozpuszczonego węgla organicznego). Zastosowanie chlorków poliglinu, głównie charakteryzujących się największą alkalicznością (ok. 70%), wyeliminowało konieczność zakwaszenia wody przed koagulacją oraz zapewniło zmniejszenie dawki koagulantu gwarantującej efekt usuwania zanieczyszczeń organicznych porównywalny z uzyskanym w wyniku koagulacji prowadzonej siarczanem glinu.

The objective of the study was to examine the effect of alum coagulants basicity on the removal of organic matter from water. The experiments were carried out with model solutions and river water samples (collected from Odra river and its tributary, Oława river), which differed in temperature and pollution level. Coagulation followed by 1-hour sedimentation of flocs was performed on a laboratory scale with water samples of natural or adjusted pH (pH = = 6.0 to 8.5). The coagulants used for the purpose of the study were alum and five polyaluminium chlorides (PAC, PAX-18, PAX-XL3, PAX-XL60 and PAX-XL61), which differed in basicity. The removal of permanganate COD, total organic carbon (TOC) and its colloidal (COC) and dissolved (DOC) fractions was analysed as a function of basicity and dose of the coagulant. The effect of pH and temperature of the water to be treated was also evaluated. The study revealed that the organic matter removal increased with a coagulant dose and prehydrolyzed coagulants were more effective than alum. When the basicity of the coagulants increased so did their removal efficiency for permanganate COD, TOC and DOC fraction, which is particularly difficult to remove. The proportion of DOC in TOC was a major factor which affected the performance of the investigated coagulants. Thus, as the value of the DOC/TOC ratio increased, the efficiency of organic matter removal decreased. Another major factor affecting the efficiency of the process was the pH of the water to be treated. Hence, organic matter removal increased at region of acidic pH and decrease at alkaline pH. The effect of pH was especially distinct for the removal of DOC. In general, the efficiency of the investigated coagulants increased with the degree of prehydrolization, irrespective of the pH level. When alum was substituted with polyaluminium chloride (especially when the basicity of the latter one was equal to about 70%), there was no need to decrease pH to the acidic level prior to coagulation. In this way it was possible to decrease the corrosive tendency of the treated water. Furthermore, when the basicity of polyaluminium chlorides increased, it was possible to decrease their dose required for a removal efficiency comparable with that of alum. Another major advantage of using polyaluminium chlorides instead of alum was the noticeably higher removal efficiency at low water temperature (5 to 12°C).

8. Sorpcja organicznych domieszek wody na sferycznym sorbencie węglowym AGL
Organics Adsorption from Water on Spherical Carbon Sorbent AGL
Marek MOŁCZAN
Strony: 361-370

Badano właściwości sorpcyjne nowo wytworzonego sferycznego węgla aktywnego AGL w porównaniu z dobrze poznanym węglem aktywnym WD-ekstra o cylindrycznym kształcie ziaren. Wyniki doświadczeń zaprezentowano w formie izoplan oraz izoterm adsorpcji. Wyznaczono wartości podstawowych parametrów adsorpcji, jak: początkowa wysokość strefy wymiany masy, czas ochronnego działania warstwy, względne stężenie frakcji niesorbowanej RWO oraz względne stężenie RWO w odpływie w fazie plateau, a także pojemność sorpcyjną. Stwierdzono niemal identyczną pojemność sorpcyjną obu węgli przy istotnych różnicach w kinetyce jej wysycania. Sorbent WD-ekstra cechuje się dłuższym czasem ochronnego działania warstwy oraz niższą wartością stężenia odpływowego RWO w fazie plateau. Węgiel AGL charakteryzuje się istotnie niższą wartością frakcji niesorbowanej RWO oraz szybszym tempem wysycania pojemności sorpcyjnej, co w większym stopniu niż w uzdatnianiu wody predestynuje go do stosowania np. w analityce chemicznej.

Adsorption properties of recently formed spherical activated carbon AGL in comparison to well-known WD-ekstra sorbent with the cylindrical particle shape were researched. Results of investigations were presented as a form of adsorption breakthrough and isotherm curves. Experimental points of breakthrough curves were approximated with the help of exponential function suggested by Carlson taking some modifications, perceiving layer protective phenomenon, into consideration. Isotherms were described by Langmuir formula, modified considering the existence of dissolved organic carbon (DOC) fraction which can not be adsorbed under particular conditions of the research. The basic adsorption parameters were assigned. Their values, for 1.0 m high sorbent beds, respectively for AGL and WD-ekstra sorbents, are equal to: 0.5 and 0.5 m for initial length of the mass transfer zone, 2.8 and 4.8 days for layer protective time, 0.18 and 0.29 for effluent concentration ratio (DOCeff/DOCinf) of nonadsorbable DOC fraction, 0.74 and 0.72 for DOC effluent concentration ratio during the plateau phase, 8.2 (18.6) and 8.6 kg DOC/m3 (18.8 g DOC/kg) for adsorption capacity. Almost identical adsorption capacities for both sorbents were noted, in the face of significant differences in kinetics of its saturation. WD-ekstra is characterized by higher value of layer protective time and lower value of effluent DOC concentration during the plateau phase. AGL has lower concentration of nonadsorbable DOC fraction and faster rate of adsorption capacity saturation, this is why it can be probably more useful for chemical analysis than for water treatment.

9. Immobilizacja metali ciężkich w środowisku gruntowo-wodnym z wykorzystaniem dodatków organicznych
Immobilisation of Heavy Metals in Soil and Groundwater by Organic Additives
Grzegorz MALINA, Jolanta KWIATKOWSKA
Strony: 371-390

Omówiono metody immobilizacji metali ciężkich w środowisku gruntowo-wodnym z wykorzystaniem dodatków organicznych, polegające na zwiększaniu pojemności sorpcyjnej kompleksu gruntowego, biowytrącaniu, biostabilizacji i biosorpcji. Dokonano przeglądu substancji organicznych możliwych do zastosowania w celu immobilizacji i ograniczenia migracji metali ciężkich w środowisku gruntowo-wodnym wraz z oceną ich skuteczności. Scharakteryzowano mechanizmy działania Bakterii Redukujących Siarkę (SRB) oraz Bakterii Dysymilacyjnych Redukujących Metale (DMRB). Przedstawiono nowoczesne metody immobilizacji przy udziale mikroorganizmów z wykorzystaniem: Przepuszczalnych Barier Aktywnych (PRB), Substancji Oddających Wodór (HRC), mat mikrobiologicznych oraz biologicznej detoksykacji cyjanków.

Immobilisation refers to techniques that decrease mobility of heavy metals in the subsoil environment, and takes into account the use of soil properties that are responsible for mobility of heavy metals. As a result of immobilisation, concentrations of heavy metals in a soil solution decrease due to applying additives, which enlarge the sorption capacity of soil. Mobility of metal ions in soil and groundwater is influenced by the character of organic and mineral combination of a complex, metal ion saturation degree in a complex, sorption of a complex on mineral matrix, and biodegradation of an organic fraction of a complex. Immobilisation potentials of selected organic additives towards specific heavy metals were addressed. Organic additives with significant contents of organic carbon and high sorption capacity are used for chelate formation. They comprise: fine brown coal, biohumus, vermicomposts. Natural sorbents, that may be applied include: soil microorganisms, seaweeds, algae, fungi, bark and tannins, lignins, chitins, gelatine, modified wool and cotton, mosses and peat. The essential sources of humus in soil are organic fertilizer (manure, liquid manure), ploughed plants and straw, harvest residues. The application of unconventional organic materials may not only enrich soil with organic matter but also utilize waste (composted sewage sludge, composts, floatable soils of sugar beet, molasses and vinasse, stillage, sawdust, bark, tannery sludge, apple malt residues, waste diatomite from breweries). An overview of immobilisation techniques of heavy metals in soil and groundwater was made. Immobilisation can be achieved by increasing the sorption capacity of soil complexes, biostabilisation, biosorption and bioprecipitation. Heavy metals can be immobilised by inducing the Sulphate Reducing Bacteria (SRB) to reduce sulphates into sulphides, which leads to precipitation of heavy metals as insoluble metal sulphides. A carbon source in excess has to be provided as a substrate to induce the SBR and to remove oxygen, as a low redox potential is required. Novel biological techniques comprise application of Permeable Reactive Barriers (PRB), Hydrogen Release Compound (HRC), Microbial Mats in a Funnel-and-Gate Confi-guration, Dissimilatory Metal-Reducing Bacteria (DMRB), and biological detoxification of cyanides.

10. Analizy form chemicznych glinu w matrycach środowiskowych
A Speciation Analysis of Aluminium in Environmental Matrices
Elżbieta BEZAK-MAZUR
Strony: 391-405

Omówiono możliwości analizy glinu w takich matrycach środowiskowych, jak: osady denne i ściekowe, gleby oraz próbki biologiczne. Ze względu na zależność toksyczności glinu od jego form chemicznych konieczne jest tu stosowanie analizy specjacyjnej, pozwalającej na wyizolowanie i oznaczenie poszczególnych form chemicznych, w tym oddzielne oznaczenie form toksycznych. W przypadku analizy specjacyjnej osadów dennych dokonano przeglądu literaturowego stosowanych procedur specjacji operacyjnej. Pokazano, że udziały poszczególnych frakcji otrzymywanych w ten sposób są zależne od warunków środowiskowych (pH, potencjał redox, obecność związków organicznych - potencjalnych ligandów kompleksujących). Podczas omawiania możliwości analizowania glinu w glebach zwrócono uwagę na tzw. glin wymienny, czyli frakcje pobierane przez systemy korzeniowe roślin. W badaniach form glinu w glebach, zwłaszcza form monomerycznych, zwrócono uwagę na wpływ zakwaszenia środowiska. W pracy zaprezentowano także możliwości analizowania glinu w próbkach biologicznych. Ze względu na konieczność poznania fizjologicznej aktywności glinu w organizmach żywych stosuje się specjację chemiczną, funkcjonalną i kinetyczną. Wydzielone formy glinu są analizowane najczęściej metodami chromatograficznymi lub elektrochemicznymi.

Possibilities of analyzing aluminium in matrices of such media as bottoms, sludge, soils and biological samples were discussed here. Owing to the dependences of toxicity of aluminium on its chemical forms, it is necessary to use speciation analysis which makes it possible to isolate and determine individual chemical forms, including the separate determination of toxic forms. In the case of the speciation analysis of bottoms, the practical procedures of operational speciation to be found in due literature were reviewed. The contributions of individual fractions thus obtained are dependent on medium conditions (pH, redox potential, presence of orga- nic compounds - potential complexation ligands). While discussing possibilities of analyzing aluminium in soils, attention was paid to the socalled replaceable aluminium, i.d. fractions absorbed by the root system of plants. In the investigations of aluminium forms in soils, especially monomeric forms, the effect of environmental acidifying was considered. Possibilities of analyzing aluminium in biological samples were also considered here. Owing to the necessity of learning more about the physiological activity of aluminium in living organisms, chemical, functional and kinetic speciations are in use. Aluminium forms isolated are analyzed mostly by chromatographic or electrochemical methods.

11. Analiza rozkładu przestrzennego zanieczyszczenia gleb Warszawy i okolic cynkiem, miedzią i ołowiem z zastosowaniem krigingu wskaźnikowego
Spatial Distribution Studies of Zn, Pb and Cu Contamination in the Soils of Warsaw and its Vicinity
Jarosław ZAWADZKI
Strony: 407-424

Artykuł prezentuje analizę rozkładów przestrzennych zawartości Cu, Pb i Zn w glebach Warszawy i okolic. Analizę tę wykonano z zastosowaniem metody krigingu wskaźnikowego. Kriging wskaźnikowy jest nowoczesną metodą geostatystyczną estymacji przestrzennej, pozwalającą precyzyjnie wyznaczyć rozkłady przestrzenne prawdopodobieństwa zawartości badanego pierwiastka w glebie, nawet w przypadku skomplikowanych zbiorów danych. Wynika- mi tych obliczeń są mapy rozkładów przestrzennych zawartości badanych pierwiastków oraz mapy prawdopodobieństwa przekroczenia wybranych wartości progowych zanieczyszczenia. Takie rozkłady stanowią precyzyjną i niezwykle wygodną informację na temat wielkości zanieczyszczenia badanego obszaru. Stwierdzono, że zawartość Cu w glebach Warszawy i oko-lic jest stosunkowo wysoka. Poziom 300 mg/kg jest przekroczony głównie na północy i zachodzie dzielnicy Centrum. W przypadku Pb zanieczyszczenia przekraczające 200¸250 mg/kg obserwowane są na większości obszaru Warszawy. Stosunkowo najmniejsze zanieczyszczenie Pb występuje w dzielnicach południowych i wschodnich, takich jak: Ursynów, Wilanów, Wawer oraz Wesoła. W przypadku Zn zanieczyszczenie gleb Warszawy jest najczęściej małe. Obszary niskich zawartości Zn są rozłożone głównie w centrum Warszawy oraz w jej zachodnich okolicach, głównie na obszarach miejskich.

The systematic studies of Cu, Pb and Zn concentrations in the soils of Warsaw and its immediate vicinity were done in the past. It was shown that concentrations of these elements in the soil have similar statistical and geostatistical characteristic expressed by appropriate parameters or functions (e.g. correlation coefficients or semivariances). However, it was also interesting to determine spatial distribution of soil contamination by these elements in the investigated region. This paper presents the results of studies on spatial distribution of Cu, Pb and Zn concentrations in the soils of Warsaw and its vicinity, carried out using the indicator kriging method. The accurate evaluation and interpretation of spatial extent of soil pollution is a very important but difficult task. Many environmental data exhibit trends, are usually clustered, biased, non-stationary or spatially correlated. These data often have not normal or even log-normal distribution. The use of classical interpolation methods for such data, as e.g. inverse-distance weighting or, least-square methods leads to non-realistic distributions of pollution. Indicator kriging, which is a sophisticated, non-parametric geostatistical method of spatial estimation, takes into account spatial correlations, does not require the assumption of global stationarity, or normal (log-normal) distribution of data. The spatial distribution for Cu, Pb and Zn concentrations in the soils of Warsaw and its immediate vicinity were calculated, presented graphically and shortly discussed. The probability maps showing the risk that concentration of studied metals exceeds given thresholds (with 95% confidence interval), have been also calculated using indicator kriging.

12. Ocena systemów wykorzystania energii geotermalnej w dwuotworowych układach wydobywczo-zatłaczających
Estimation of the Geothermal Energy Utilisation Systems in the Two Bore-Hole Extraction-Injection Systems
Władysław NOWAK, Aleksander A. STACHEL
Strony: 425-439

W zależności od temperatury wydobywanej wody geotermalnej oraz temperatury wody sieciowej powrotnej w dwuotworowych systemach geotermalnych są stosowane dwa podstawowe rozwiązania instalacji, a mianowicie: z użyciem wyłącznie wymienników ciepła współpracujących z kotłami szczytowymi lub z zastosowaniem wymienników ciepła i pomp grzejnych oraz kotłów szczytowych. W niniejszej pracy przedstawiono rozważania dotyczące pierwszego wariantu instalacji współpracującej z pojedynczym dubletem wydobywczym. W ciepłowni geo- termalnej jednostkowy koszt pozyskiwania ciepła oraz jednostkowy koszt uzyskanych efektów ekologicznych są tym mniejsze, im większa jest ilość ciepła odebranego od wody geotermalnej, w stosunku do możliwej do uzyskania teoretycznej wartości maksymalnej. W związku z tym, w pracy przedstawiono nowy sposób oceny wykorzystania energii geotermalnej za pomocą dwóch współczynników, tj. współczynnika obciążenia systemu geotermalnego Φ oraz współczynnika efektów ekologicznych Ψ. Analizę prowadzono pod kątem efektywności i opłacalności wykorzystania wody geotermalnej dla różnych warunków, tj. dla różnych objętościowych stru- mieni wydobywanej wody oraz różnych jej temperatur na wypływie z otworu wydobywczego. Na wydajność cieplną systemu dwuotworowego ma wpływ zarówno objętościowa wydajność wody geotermalnej, jak i jej temperatury w otworze wydobywczym i zatłaczającym. Wyprodukowane w centralnym źródle ciepło na potrzeby tylko centralnego ogrzewania rozprowadzane jest za pomocą sieci ciepłowniczej do odbiorników ciepła. Do sieci ciepłowniczej włączone są budynki z ogrzewaniem grzejnikowym oraz budynki z ogrzewaniem podłogowym. Takie połączenie wpływa korzystnie na obniżenie temperatury wody sieciowej powrotnej oraz na obniżenie temperatury zatłaczanej wody geotermalnej, co umożliwia zwiększenie pozyskiwanej energii geotermalnej. Uzupełnieniem przedstawionej metody oceny systemów wykorzystania energii geotermalnej są przytoczone przykładowe wartości współczynników Φ i Ψ, obliczone dla wybranej instalacji geotermalnej.

Depending on the temperature of extracted geothermal-water as well as return water of the heat distribution network, two basic heating plants are used on the geothermal-water side and for two bore-hole systems, namely: plants with heat exchangers solely which act simultaneously with the peak-demand water heaters, or plants with heat exchangers and heat pumps as well as the peak-demand water heaters. In this work only the former variant, that interacts with a single extractive-doublet, is presented. In a geothermal heat plant the unit cost of exploi- tation of heat and the unit cost of obtained ecological effects decrease when the amount of acquired heat from the geothermal water increases in comparison to the possible maximum value. In this connection in the paper there is presented the new way of estimation the utilisation of geothermal energy with the help of two coefficients - the geothermal system load factor Φ and the ecological effect coefficient Ψ. Analysis has been made from the point of view of efficiency and profitability to make use of geothermal water in diverse exploitation conditions, i.e. for various volumetric flow rates and temperatures of water flowing out from the producing well. Both volumetric performance and temperature of geothermal water in producing as well as injection bore-holes influence on calorific effect of the two bore-hole system. As an appendix of the presented method of estimation, the values of coefficients Φ and Ψ obtained as the results of calculations conducted for the chosen geothermal installation were presented.

13. Wpływ na stan wody w Brynicy zrzutu ścieków i wód dołowych
The Effect of Waste and Underground Water Discharge on the Quality of Water in the River Brynica
Janusz GIRCZYS, Jolanta SOBIK-SZOŁTYSEK
Strony: 441-453

Rzeka Brynica w swoim górnym biegu uległa w wyniku antropopresji silnym przeobrażeniom. W prezentowanej publikacji poddano analizie przyczyny i zakres tych przemian. Wskazano na zmianę ilości prowadzonych wód, spowodowaną ujęciem wody pitnej ze zbiornika wybudowanego na 28 km rzeki. Równocześnie poddano analizie skutki jakościowe i ilościowe zrzutów wód z kopalń węgla kamiennego i górnictwa rud Zn-Pb. Wskazano na możliwość poprawy parametrów jakości wody w wyniku doprowadzenia spoza zlewni Brynicy dodatkowej ilości dobrze oczyszczonych ścieków. Wykazano, że komponowanie dołowych wód górnictwa i ścieków może doprowadzić do uzyskania korzystniejszych parametrów w połączonych zrzutach niż w każdym z nich indywidualnie.

The river Brynica, in its headwaters, was subject to severe alterations as a result of anthropopressure. The paper analyses the causes and scope of these changes. It has been pointed at the change of the amount of carried water resulting from drinkable water intake constructed at the 28-th kilometre of the river. At the same time, the qualitative and quantitative consequences of the discharge of coal - and Zn-Pb ore mines water were analysed. It has been pointed at the possibility of improvement of the quality parameters of water in consequence of conveying an additional volume of the well-cleaned sewage from outside of the Brynica river basin. It has been shown that the process of composing the mining - discharged and sewage water can result in obtaining more advantageous parameters in the combined water discharge as compared to each of them taken individually. The observations of the Brynica have shown that at the section of Piekary Śląskie only 3% of its water does not come from technological discharges. The water supply of this river is mainly composed of municipal sewage discharges with various degrees of purification, and of water coming from already liquidated or being liquidated ore and coal mines. The underground waters from zinc - lead ore mines are characterised by excess values of heavy metals and sulphates, and their current inflow to the Brynica, being 0.495 m3/s, constitutes 47% of its flow after discharging. On the other hand, the inflow from coal mines contains, first of all, high concentrations of chlorides and sulphates. Specific for both inflows is a low level of other pollutants that are typical for municipal sewage, such as BOD5, COD, nitrogen and phosphorus. Diluting such water with well - cleaned municipal sewage fed from outside the Brynica river basin may result in the stabilisation of all the quality parameters at a satisfactory level. The proposed hydrotechnical intervention will result in a reduction of sulphate content by 17%, and zinc by 12%, as compared to the current condition. It should be stressed at the same time, that the cleaned waste water delivered in the volume of about 0,3 m3/s will ensure the river a minimum flow, which can be disturbed by the planned changes of the water drainage system of liquidated coal mines. This will result in directing the water hitherto supplying the Brynica into the Oder river basin.

14. Wpływ parametrów procesu dezintegracji ultradźwiękowej na intensyfikację beztlenowego rozkładu związków organicznych w osadach ściekowych
The Influence of Parameters of Ultrasonic Disintegration on the Intensification of Anaerobic Biodegradation of Organic Compounds from Sewage Sludge
Ewa ZIELEWICZ-MADEJ
Strony: 455-467

Dezintegracja ultradźwiękowa osadów ściekowych wpływa na intensyfikację biochemicznego beztlenowego rozkładu związków organicznych zawartych w osadach komunalnych. Badania wykazują, iż intensywny rozkład związków organicznych w fazach: hydrolitycznej, acidogennej i octanogennej (monitorowany za pomocą przebiegu zmian takich parametrów, jak ChZT, LKT, REDOX i zawartość substancji organicznej w trakcie fermentacji osadu nadźwiękawianego i nienadźwiękawianego) powoduje także wzrost wydzielania biogazu w fazie metanowej. Celem badań prezentowanych w referacie było określenie, w jakim stopniu parametry technologiczne i techniczne procesu dezintegracji ultradźwiękowej, takie jak stężenie suchej masy w osadzie, częstotliwość i moc ultradźwięku oraz parametry geometryczne obszaru nadźwiękawiania wpływają na efekt rozkładu związków organicznych w pierwszych trzech fazach fermentacji osadu nadźwiękawianego oraz na pozyskiwanie biogazu. Dezintegracja osadów była prowadzona w warunkach statycznych w polu ultradźwiękowym o częstotliwościach 10, 20 lub 30 kHz. Próbki osadów, jednakowej objętości, nadźwiękawiano w stalowych cylindrach o średnicach 50, 80 lub 100 mm. Testowano także wpływ głębokości zanurzenia sonotrody pod zwierciadłem osadu. Badania wykazały, że najlepszą efektywność procesu dezintegracji, jak również procesu fermentacji uzyskano dla osadów o stężeniu suchej masy rzędu 3%, nadźwiękawianych polem o częstotliwości 20 kHz. Dla nadźwiękawiania w cylindrze o średnicy 80 mm i przy zanurzeniu sonotrody odpowiadającym ok. 0,5 wysokości napełnienia uzyskano największy przyrost rozpuszczonego ChZT, któremu towarzyszyło najlepsze pozyskiwanie lotnych kwasów tłuszczowych.

The ultrasound disintegration of municipal sewage sludge involves the intensification of biodegradation of organic compounds. The studies indicate that the intensification of the first three digestions phases, i.e.: hydrolisis, acidogenesis and acetogenesis (controlled by measuring the change of: COD, VFAs, redox potential and organic substances dissolved in the sludge water), results in increased generation of biogas in the methanogenic phase. The aim of the research was to determine, if and to what degree the technological and technical parameters of ultrasounds, as well as geometrical parameters of sonicated vessel may affect biodegradation of biomass from sludge and biogas generation during the fermentation process of the excess sludge. The disintegration of sludge was carried out in the field at the frequency values of 10, 20 and 30 kHz. The samples of sludge which had various concentration of dry matter was sonificated in the vessels of three diameters as 50, 80 and 100 mm. Also the influence of the different immersion of sonotrode was checked. The investigation showed that the best efficiency of disintegration and fermentation processes was obtained for the disintegration at the frequency 20 kHz for the sludges at about 3% concentration of dry mass. The best value of COD and VFAs was obtained for disintegration in the vessel of diameter 80 mm and immersion 3 cm.

15. Solidyfikacja odpadów organicznych i mineralnych w technologii plazmowej
Organic and Mineral Waste Solidification by Arc Plasma Technology
January B. BIEŃ, Jurand D. BIEŃ, Witold BIALCZAK, Katarzyna WYSTALSKA
Strony: 469-477

W badaniach zastosowano prototypowy reaktor plazmowy, który został uruchomiony w Instytucie Inżynierii Środowiska Politechniki Częstochowskiej. Reaktor ten wykorzystywany jest do termicznej utylizacji odpadów niebezpiecznych. Jest hermetyczny i może pracować przy szerokim zakresie ciśnień. Moc maksymalna łuku wynosi 150 kW przy natężeniu prądu od 50 do 1300 A. W artykule zamieszczono również wyniki badań wstępnych. Badania polegały na przeprowadzeniu plazmowej utylizacji pozostałości po termicznej utylizacji osadów ściekowych, odpadów medycznych i przemysłowych. Osady ściekowe pobrano jako przefermentowane z Centralnej Oczyszczalni Ścieków w Częstochowie. Osady poddawane były procesowi suszenia, a następnie procesowi pirolizy niskotemperaturowej. Do badań wykorzystano również pozostałości po termicznej utylizacji odpadów medycznych utylizowanych w dwustopniowym układzie spalania wg technologii Purotherm. W tej technologii w pierwszym stopniu utylizacji następuje piroliza, czyli dokładnie regulowane odgazowanie i zgazowanie odpadów w atmosferze o obniżonej zawartości tlenu. Wprowadzanie tlenu w strefę reakcji ułatwiło zarówno spalanie substancji łatwopalnej, jak i zestalanie w jednym urządzeniu. Fazę ceramiczną otrzymaną z pozostałości po przekształceniu osadów ściekowych metodą pirolizy można sklasyfikować jako żużel. Fazę metaliczną, również otrzymaną z pozostałości po termicznej utylizacji osadów ściekowych metodą pirolizy, można określić jako stop metaliczny. Pozostałość po procesie witryfikacji odpadów przemysłowych poddano analizie na wymywanie metali ciężkich. Zastosowanie technologii plazmowej utylizacji spowodowało zmniejszenie stopnia wymywania metali ciężkich z odpadów.

The paper presents a prototypical plasma reactor that has been started up in Institute of Environmental Engineering, Czestochowa University of Technology. This reactor is used for thermal plasma utilization of hazardous waste. The reactor is hermetic and can operate at the wide range of pressure. The installation consists of direct current (DC) plasma torch. The maximum plasma arc power reaches 150 kW at 50 to 1300 A. The paper presents preliminary research results. The research included tests on plasma utilization of residues after thermal treatment of sewage sludge, medical and industrial waste. Samples of fermented sewage sludge were provided by the Central Wastewater Treatment Plant in Czestochowa. The samples were dried and the process of pyrolysis was carried out. Residues from medical waste thermal treatment obtained by Purotherm two-stage incineration technology were the subject to the research as well. Introduction of oxygen into the reaction zone faciliated both after-incineration of combustible matter and solidification achieved in one system. Ceramic phase obtained from residues after sewage sludge pyrolysis can be classified into slag. Metallic phase, obtained from residues after sewage sludge pyrolysis can be considered as alloy cast steel. Vitrified end-products obtained from residues after thermal treatment of medical and industrial waste were analyzed for heavy metal leaching. The using plasma technology causes the significant decrease in heavy metal leaching.