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 7, Numer 3-4

1. Bakterie i wirusy w wodzie wodociągowej
Bacteria and Viruses in the Drinking Water Distribution Systems
Krystyna OLAŃCZUK-NEYMAN, Aleksandra SOKOŁOWSKA
Strony: 259-276

Wyprodukowanie w stacji uzdatniania wody do spożycia, spełniającej obowiązujące standardy jakościowe, nie daje gwarancji, iż woda pobierana przez odbiorców jest równie dobrej jakości. Przyczynia się do tego wtórny rozwój mikroorganizmów zachodzący w wodzie rozprowadzanej w sieci wodociągowej i na powierzchni osadów, który jest związany m.in. z obecnością biodegradowalnych substancji organicznych i pierwiastków biogennych. Znaczna część mikroorganizmów rozwijających się w sieci wodociągowej należy do nieszkodliwych heterotrofów, lecz wśród nich mogą występować bakterie oportunistyczne, zagrażające zdrowiu ludzi, głównie osób z uszkodzonym systemem immunologicznym. Zgodnie z raportem Światowej Organizacji Zdrowia, w procesie oczyszczania wody priorytet ma usuwanie z wody mikroorganizmów chorobotwórczych (np.: E. coli, Salmonella, Shigella, Campylobacter jejuni), a ponadto bakterii oportunistycznych chorobotwórczych dla ludzi (np.: Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas spp., Legionella spp., Mycobacterium spp.), zdolnych do rozmnażania się w wodzie. Natomiast w mikrobiologicznych badaniach rutynowych kontrolowana jest jedynie obecność bakterii wskaźnikowych, których obecność wskazuje na zanieczyszczenie wody materiałem pochodzenia kałowego, a zatem na potencjalną możliwość występowania organizmów chorobotwórczych pochodzenia jelitowego, przenoszonych drogą wodną. W pracy scharakteryzowano najgroźniejsze wirusy, bakterie chorobotwórcze oraz bakterie oportunistyczne chorobotwórcze dla ludzi, pochodzenia wodnego, ich rozprzestrzenianie w wodzie wodociągowej, a także potencjalne zagrożenie spowodowane spożyciem zanieczyszczonej mikrobiologicznie wody. Podkreślono, że w celu zapobiegania gromadzeniu się mikroorganizmów konieczne jest maksymalne ograniczenie liczby cząstek oraz stężenia substancji organicznych w wodzie produkowanej w stacjach uzdatniania, usuwanie osadów i błony biologicznej gromadzących się w przewodach sieci oraz utrzymanie odpowiedniego stężenia środka dezynfekcyjnego.

Regardless of the fact, that drinking water produced at the water treatment plants fulfils the admissible quality standards, the water received by the consumers usually is not of the same good quality. A drinking-water distribution system provides a habitat for microorganisms, which are sustained by organic and inorganic nutrients present in the pipe and in the conveyed water. The multiplication of bacteria in the distribution system negatively influences on the water quality. Excessive microbial activity can lead to deterioration in aesthetic quality (e.g. taste, odours, turbidity and colour). Most microorganisms developing within the distribution network are harmless heterotrophs but some of them are opportunistic pathogens which are presenting potential health concern to consumers. Opportunistic pathogens are creating risks for vulnerable individuals (e.g. people with acquired immune deficiency syndrome (AIDS) and other immunocompromised individuals). According to the World Health Organization report, the highest attention in the water treatment process should be paid to the removal of not only pathogenic bacteria (E. coli, Salmonella spp., Shigella spp., C. jejuni), as well opportunistic pathogenic bacteria which are able to multiply in water in favourable conditions (Ps. aeruginosa, Aeromonas spp., Legionella spp., Mycobacterium spp.). During routine microbiological tests only the presence of indicator bacteria is tested. Presence of these microorganisms indicates pollution of water with faecal material, and potential presence of pathogenic waterborne microorganisms of enteric origin. The most dangerous, waterborne viruses (Adenoviruses, Calciviruses, Coxackieviruses, Echoviruses), pathogenic bacteria (Escherichia coli, Salmonella spp., Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni, Helicobacter pylori) and opportunistic pathogens (Legionella spp., Aeromonas spp., Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium spp.) are characterized, their presence in the distribution system and relationship to public health is described. The general recommendations on the inhibition of bacterial proliferation in the distribution systems are: the minimizing the number of particles and the restriction on the biodegradable organic content in water leaving the treatment works, together with preventing the accumulation of deposits and biofilms in the distribution system. Additionally, in countries where it is usual to maintain a disinfectant residual to control bacterial multiplication in distributed drinking water, minimizing the factors causing the consumption of residual disinfectant is necessary.

2. Wpływ usuwania domieszek wód powierzchniowych na efektywność destrukcji mikrocystyn w procesie chlorowania
Effect of Surface Water Treatment on Microcystins Degradation by Chlorination
Andrzej JODŁOWSKI, Tomasz JURCZAK, Joanna MANKIEWICZ, Marcin SOBIERAJ
Strony: 277-290

Przedstawiono wyniki badań nad wpływem usuwania domieszek występujących w wodzie naturalnej na skuteczność destrukcji mikrocystyn (MC) w procesie chlorowania. W badaniach wykorzystano wodę naturalną pobieraną ze Zbiornika Sulejowskiego, którą zanieczyszczono dodatkowo ekstraktem zawierającym MC. Wodę poddawano oczyszczaniu w procesie filtracji oraz porównawczo koagulacji i filtracji. Chlorowanie prowadzono z użyciem podchlorynu sodu. Badania obejmowały wpływ dawki chloru na stopień usuwania MC z wody oraz zależność stopnia destrukcji MC od czasu kontaktu z chlorem. Stwierdzono, że efektywność destrukcji MC wzrastała wraz ze zwiększaniem stopnia usuwania domieszek wody. Destrukcja MC następowała we względnie krótkim czasie, wynoszącym 15 minut. Wymagana dawka chloru umożliwiająca destrukcję MC była pięciokrotnie mniejsza w przypadku wody oczyszczonej w procesie koagulacji i filtracji niż wody surowej.

Periodical occurance of intense blue-green algal blooms in impounded water which is used for municipal supply is an indication of the elevated nutrient level. Some blue-green algae (cyanobacteria) such as Microcystis produce cyclic heptapeptide toxins including microcystins (MCs). MCs are commonly classed as hepatotoxins due to the damage of liver cells after consumption. There are currently known more than 70 structural variations of MCs. That diversity is caused by the presence of variant amino-acids. MC-LR is the most toxic among them. MCs can be removed during water treatment by activated carbon or by ozonation but these methods are relatively expensive. Chlorination may be an effective and practical method for the removal of MCs from drinking water. The drawback of this process is the formation of undesirable byproducts in the case of organic matter presence in the treated water. Chlorine is the reagent commonly employed in the disinfection of drinking water. The low natural organics concentration ensures the target compounds (MCs) destruction. Results of the investigations on the effect of natural organic matter removal on MCs degradation by chlorination during surface water treatment are presented in the article. Natural surface water taken from the Sulejów Reservoir contaminated additionally with MCs generated by the blue-green algae Microcystis aeruginosa was purified in the laboratory by the application of filtration or coagulation/filtration methods. The MCs concentrations were similar to those typically observed in raw water (about 10 mg/l). Sodium hypochlorite was used as a chlorinating agent. Effect of chlorine dosage and contact time on the MCs degradation was assessed in this work. The destruction of the toxins was monitored using three methods including PPIA (Protein Phosphatase Inhibition Assay), ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) and HPLC-DAD (High Performance Liquid Chromatography). The kinetics of the MCs destruction and chlorine consumption for the chlorination of natural organic matter with an excess of chlorine was investigated. MCs destruction and chlorine consumption could be described by second order kinetics. Rate constants for MCs destruction were between 0.027 l/mg min. for MC-LR, similar to that obtained for total MCs (0.016 l/mg min.) and 0.077 l/mg min. for MC-YR (pH = 7). It was stated that toxins degradation efficiency increased as the water contamination decreased. Degradation of MCs took place within relatively short time of 15 minutes. Rate constants for the destruction of total MCs were of 0.042 l/mg min. in the water after filtration and 0.079 l/mg min in the water after coagulation/filtration processes when the pH was equal 7. The required dosage of chlorine for the MCs destruction was five times lower when water treatment by the coagulation/filtration processes was applied.

3. Charakterystyka energetycznej i strukturalnej niejednorodności węgli aktywnych metodą termodynamiczną
Characterization of Energetic and Structural Heterogeneity of Active Carbons by Thermodynamic Method
Jerzy CHOMA
Strony: 291-304

Dla serii przemysłowych węgli aktywnych wyznaczono niskotemperaturowe (77 K) izotermy adsorpcji i desorpcji azotu w szerokim przedziale ciśnień względnych. Izotermy te wykorzystano do charakterystyki strukturalnych i powierzchniowych właściwości węgli aktywnych za pomocą metod BET, αs oraz termodynamicznej metody analizy funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego. Charakterystyczne minima tego rozkładu wykorzystano do wyznaczenia całkowitej powierzchni właściwej i objętości mikroporów badanych węgli aktywnych. Termodynamiczna analiza funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego wyznaczonych dla tych węgli potwierdza wielostopniowy mechanizm procesu adsorpcyjnego, który obejmuje tworzenie monowarstwy na powierzchni węglowej, całkowite zapełnienie mikroporów i równoczesne tworzenie wielowarstwy na powierzchni mezoporów, które kończy się ich kondensacyjnym zapełnieniem oraz obejmuje tworzenie wielowarstwy na powierzchni makroporów. Badane węgle aktywne wykazują znaczną strukturalną i energetyczną niejednorodność.

Low temperature (77 K) nitrogen adsorption and desorption isotherms were measured for a series of commercial active carbons (EDB-40R, MED-FE, WG-15 from Gryfskand, Inc. Hajnowka, Poland, FILTRASORB from Calgon Carbon Co., Pittsburgh, PA, USA and WS-4 from Chemviron Carbon, Germany) over a wide range of relative pressures. Nitrogen adsorption measurements were collected for all carbons studied using an ASAP 2010 volumetric adsorption analyzer from Micromeritics, Norcross, GA, USA. This sorption analyzer is equipped with 1000, 10, and 1 Torr transducer, which allows for high accuracy and resolution of measurements, even at lowest accessible relative pressures (ca. 10-5). Nitrogen adsorption isotherms were used for characterization of structural and surface properties of these carbons by means of the BET method (evaluating SBET specific surface area) and αs-plot method (evaluating the micropore volume and the specific mesopore surface area as well as the method based on the analysis of the adsorption potential distribution (thermodynamic method). Characteristic minima on this distribution were used to evaluate the total surface area St,X(A) and micropore volume of the active carbons studied. Thermodynamic analysis of adsorption potential distributions measured for those carbons confirmed multistage adsorption mechanism, which includes the formation of monolayer on the carbon surface, the completion of volume filling of micropores and simultaneous formation of multilayer on the mesopore surface followed by the capillary condensation in mesopores and formation of multilayer on the macropores surface. The active carbon exhibits a significant structural and energetic heterogeneity.

4. Dobór węglowych sit molekularnych do rozdziału wybranych mieszanin gazowych
Selection of Carbon Molecular Sieves for Separation of Gas Mixtures
Mieczysław BAŁYS, Bronisław BUCZEK, Janusz ZIĘTKIEWICZ
Strony: 305-316

Porównano produkowane przemysłowo i wytwarzane laboratoryjnie węglowe sita molekularne pod kątem możliwości ich zastosowania do wydzielania metanu z mieszanin CH4/N2 w procesach kontrolowanych przez równowagę adsorpcyjną oraz sita molekularne do wydzielania metanu z mieszanin CH4/CO2 oraz azotu z powietrza w procesach kontrolowanych przez kinetykę adsorpcji. Badania obejmowały charakterystyki adsorpcyjne, badania izoterm adsorpcji metanu i azotu przy podwyższonych ciśnieniach, badania izoterm i kinetyk adsorpcji CO2 i metanu. Przeprowadzono także testy dynamiczne w laboratoryjnej aparaturze przepływowej. Na ich podstawie wytypowano adsorbenty o największej przydatności dla otrzymywania metanu w procesach adsorpcji zmiennociśnieniowej.

Selection of Carbon Molecular Sieves for Separation of Gas Mixtures Methane recovery from gaseous mixtures has both economical and ecological aspect. Methane from different waste gases like mine gases, nitrogenated natural gases and biogases can be treated as the local source for production electric and heat energy. And also occurs the problem of atmosphere pollution with CH4 that shows over 20 times more harmful environmental effect in comparison with CO2. One of the ways of utilisation such gases is enrichment in methane in the PSA process, which requires appropriate adsorbents. Carbon molecular sieves (CMSs) produced in industrial and laboratory scale were selected in terms of their application to the process of methane recovery: i) from mixtures CH4/N2 - in the process controlled by adsorption equilibrium; ii) from CH4/CO2 in the process controlled by kinetic of sorption. Additionally CMSs were used for separation N2 and O2 in the air mixure. For the first group of CMSs porous structures from isotherms of sorption of N2 at 77 K were calculated. Also isotherms of sorption of methane and nitrogen at elevated pressure and ambient temperature were measured. In the result the separation coefficient was calculated. Dependence of that coefficient on the microporous structure of adsorbents was discussed. For the second CMSs group investigation of isotherms and kinetics of CH4 and CO2 sorption were carried out. In the case of carbon molecular sieves separation process is controlled by two main factors stronger adsorption and faster diffusion of CO2. Separation abilities of the CMSs were checked in test apparatus in dynamic conditions. Methane concentration was measured in outflow gas during the step of constant pressure, cocurrent flow. Gas with 95% content of methane was obtained. Time in which concentration of methane in outlet rapidly decreases can be used as the parameter which differentiates adsorbents usability for separation processes.

5. Modyfikacja właściwości węgla aktywnego dla procesu adsorpcyjnego chłodzenia
Modification of Active Carbon Properties for Adsorption Cooling Systems
Eliza KLIMOWSKA, Bronisław BUCZEK
Strony: 317-326

Wciąż rosnąca liczba zanieczyszczeń środowiska naturalnego oraz kryzys energetyczny zmusiły do szukania nowych rozwiązań technologicznych. Badania pokazują, że technologie adsorpcyjne stanowią obiecujący kierunek rozwoju w porównaniu z tradycyjnymi technologiami absorpcyjnymi. Adsorpcja metanolu na węglu aktywnym jest wyjątkowo atrakcyjna wśród procesów adsorpcji w układzie gaz-ciało stałe, może znaleźć zastosowanie w układach termodynamicznych, takich jak: pompy cieplne i układy chłodzące. W pracy badano adsorpcję metanolu na węglach aktywnych specjalnie modyfikowanych w celu zmiany ich właściwości adsorpcyjnych. Porowatą strukturę węgla aktywnego modyfikowaną przez ścieranie zewnętrznych warstw w złożu fontannowym, demineralizację oraz utlenianie oceniono na podstawie adsorpcji azotu i par metanolu. Stwierdzono, że proponowane metody preparowania węgla aktywnego dają możliwość kontrolowania struktury porowatej oraz natury powierzchni węgla aktywnego dla układów adsorpcyjnego chłodzenia.

The present-day ecological awareness and the energetic crisis cause the development of new adsorption technologies applied in the heat exchange systems. Research has shown that solid adsorption technology has a promising potential for competing with conventional absorption ones. Among the gas-solid adsorption processes the active carbon-methanol adsorption seems to be interesting for use in thermodynamic systems such as heat pumps and cooling systems. Methanol is easily desorbed from active carbon when it is heated and can evaporate at a temperature largely below 273 K. The adsorption depends on the surface area and pore size distribution which in turn are resulted from the nature of the raw material and the method of activation used. The porous structure of active carbon modified by successive removal of external layers from a particle surface by abrasion in the spouted bed, next by demineralisation and oxidation was evaluated on the basis of nitrogen adsorption data and those for methanol. The preparations of active carbon improved its densimetric characterstics and heat effects of methanol adsorption. The methods for calculation of heat effects of methanol adsorption in wide range of temperature and pressure were discussed. The method proposed for active carbon preparation gives the possibility to control porous structure and nature of surface of active carbon for adsorption refrigeration systems.

6. Charakterystyki reologiczne osadów ściekowych preparowanych polielektrolitami oraz polem ultradźwiękowym
The Rheological Characeristics of Sewage Sludge Being Conditioned with Polyelectrolytes and Ultrasonic Field
January B. BIEŃ, Beata MATYSIAK-BIEŃ, Jurand D. BIEŃ
Strony: 327-340

Przedstawiono wyniki badań wpływu kondycjonowania osadów ściekowych na ich charakterystyki reologiczne. Do badań eksperymentalnych użyto dwóch rodzajów osadów: osady przefermentowane z komunalnej oczyszczalni ścieków oraz osady mineralne pochodzące z galwanizerni. Osady kondycjonowano polielektrolitami dostępnymi na rynku krajowym. Dawki polielektrolitów dobrano na podstawie przeprowadzonego testu CSK. Jako drugi czynnik kondycjonujący osady stosowano pole ultradźwiękowe o częstotliwości 22 kHz oraz amplitudzie 8 mm. Materiał badawczy poddawano działaniu pola ultradźwiękowego przez określony czas. Otrzymane rezultaty wykazały, że w przypadku osadów kondycjonowanych polielektrolitami uzyskiwana wartość granicy płynięcia ma wartość znacznie wyższą niż gdy osady poddano jedynie działaniu ultradźwięków. Z kolei wpływ pola ultradźwiękowego, w szczególności jego specyficznych właściwości związanych z dyspersją i koagulacją, wywołuje różne zmiany granicy płynięcia osadów. Równoczesnym potwierdzeniem różnego wpływu czynników kondycjonujących na charakter osadów są uzyskane krzywe reologiczne. W przypadku osadów kondycjonowanych polielektrolitami obserwowano gwałtowny wzrost naprężenia stycznego przy wzroście gradientu prędkości aż do granicy plastyczności, a następnie jego zmniejszanie wraz z dalszym wzrostem gradientu prędkości. Dla osadów nadźwiękawianych brak jest wyraźnego piku, będącego granicą plastyczności, a zależność pomiędzy naprężeniem stycznym a gradientem prędkości w szerokim zakresie ma charakter liniowy, co świadczy o newtonowskim charakterze płynięcia osadów. Stwierdzono, że działanie pola ultradźwiękowego wpływa pozytywnie na płynięcie osadów ściekowych.

The paper presents the results of studies of the impact of sludge conditioning on its rheological properties. Two kinds of sludge were used: digested sludge from the municipal wastewater treatment plant and mineral sludge from the electroplating plant. The sludge samples were under conditioning process using organic polyelectrolytes. Kationic polyelectrolytes such as Zetag 7633 and Zetag 7565 were used for municipal sludge conditioning and anionic polyelectrolytes Praestol 2515, Praestol 2350 and Rokrysol WF2 were used for mineral sludge conditioning. The polyelectrolyes doses were chosen based on CST test. The ultrasonic field of frequency around 22 kHz and amplitude of 8 mm was also used for sludge conditioning. Sludge was sonicated within certain periods of time: 15, 30, 60, 90, 120, 180 s. The rheological tests were carried out using RC20 rheometer at the controlled shear rates from 0 to 1000 s-1 during 120 s. The samples were analysed at a constant temperature of 20°C kept using a ultra-thermostat. Results showed that the values of yield stress for sludge being conditioned with polyelectrolyte are higher than the values of yield stress obtained in case when sludge was sonicated. The ultrasonic field has a various impact on sludge yield stress. It is assumed the situation is because of specific properties of ultrasounds related to dispersion and coagulation. The similar situation was observed during rheological tests. The shapes of rheograms for the samples being conditioned with polyelectrolyte and sonicated are different. For sludge being conditioned with polyelectrolyte it’s to observe that as the shear rate increases the shear stress strongly increases till yielding point and afterwards the shear stress decreases. The higher dose the higher stress is achieved in the rheological tests. When sonicated samples are used it can be seen that the relation between shear stress vs shear rate is lineral presenting a Newtonian-like fluid behaviour. The sludge conditioning with ultrasounds has a positive impact on sludge flow.

7. Wpływ dezintegracji ultradźwiękowej osadów ściekowych na przebieg procesu stabilizacji beztlenowej
The Influence of the Ultrasonic Disnitegration of Sewage Sludge on the Course of the Anaerobic Stabilization Process
January B. BIEŃ, Iwona SZPARKOWSKA
Strony: 341-352

W układach technologicznych realizujących proces oczyszczania ścieków powstają znaczne ilości osadów nadmiernych charakteryzujących się słabą podatnością na biochemiczny rozkład w warunkach beztlenowych. Podatność substancji organicznej zawartej w osadzie na biodegradację zwiększa się ze wzrostem stopnia upłynnienia osadu oraz wzrostem rozdrobnienia cząstek fazy stałej. Kondycjonowanie osadów ściekowych polem ultradźwiękowym przed procesem stabilizacji beztlenowej może być istotnym czynnikiem dezintegrującym. Efektem skutecznej dezintegracji jest intensyfikacja procesu fazy kwaśnej fermentacji, wyrażająca się zwiększeniem stężenia i szybkości przyrostu lotnych kwasów tłuszczowych (LKT), powodując w rezultacie wzrost wydajności produkcji biogazu. Przeprowadzono proces mezofilowej fermentacji metanowej osadu nadmiernego niekondycjonowanego oraz poddanego czynnemu działaniu pola ultradźwiękowego. Jako kryterium oceny zmian wywołanych czynnym działaniem pola ultradźwiękowego przyjęto intensywność wydzielającego się biogazu. Podczas procesu wykonywano następujące oznaczenia fizyczno-chemiczne osadów: lotne kwasy tłuszczowe, sucha masa, sucha masa mineralna, sucha masa organiczna, pH oraz zasadowość.

The aim of the study was the analysis of the influence of the ultrasonic disintegration on the efficiency of the anaerobic stabilization process. The process was conducted in the closed sludge digester, made in a form of glass cylinder of the active capacity of 5 dm3, equipped with the installation maintaining constant temperature of the process (35°C), the device providing appropriate rate of mixing (120 r.p.m.) and the installation serving to diminish the biogas. The process of periodical digestion lasted for 28 days. The organic matter present in the excessive sludge is difficult to biodegradation. The basic part of it are living microorganisms, which are not substrate, they can alone participate in the process of conversion of the matter but not going under the biodegradation. During the 28-days period of digestion they leave the digester in an active state. Therefore in order to intensificate the hydrolysis phase, the excessive sludge was ultrasonic pretreated before the anaerobic digestion process. The ultrasound amplitude was varied within the range from 8 to 16 μm. The impact of different amplitude and time of pretreatment on the extent of the disintegration was examined. The efficiency of the pretreatment, the direct result of which is disintegration of the sludge, was evaluated on the basis of the chemical oxygen demand (COD). The anaerobic digestion of excessive sludge following ultrasonic pretreatment was significantly intensified. Volatile fatty acids, dry mass, organic mass and mineral mass, pH, alkalinity were the main parameters studied during the anaerobic stabilization process. There was noticed the increase in the volatile solids reduction as well as the increase in the biogas production. The intensity of the biogas release plays in this connexion an important role in the control of conversion undergoing during the process.

8. Badania toksyczności w procesie biodegradacji endosulfanu
Toxicity in the Endosulfan Biodegradation Process
Maria ŁEBKOWSKA, Monika ZAŁĘSKA-RADZIWIŁŁ, Mirosław SZYŁAK-SZYDŁOWSKI, Radosław KALINOWSKI
Strony: 353-366

Insektycydy chloroorganiczne ze względu na swoje właściwości, tj.: wysoką toksyczność (zarówno ostrą, jak i chroniczną), migrację w łańcuchu pokarmowym oraz skomplikowane szlaki przemian metabolicznych, wymagają szerokich badań nad rozkładem oraz nad właściwościami powstających metabolitów. W pracy przedstawiono wyniki badań nad biodegradacją pestycydu chloroorganicznego - α-endosulfanu w środowisku wodnym metodą testu OECD MITI(I)-301C oraz zmodyfikowaną metodą testu rzecznego. Przeprowadzone badania wykazały, iż α-endosulfan ulega w wodzie procesom biodegradacji w powyżej 60% po okresie adaptacji. W czasie biochemicznego rozkładu pestycydu wykonano badania toksyczności i genotoksyczności metabolitów testami LUMIStox i SOS-Chromotest. W zależności od zastosowanego testu uzyskano odpowiednio inhibicję (test rzeczny) i stymulację (test MITI(I)-301C) bioluminescencji u bakterii Vibrio fischeri. W obecności mikroorganizmów stanowiących zaszczepienie próbek nie wykryto metabolitów genotoksycznych, natomiast w warunkach abiotycznych testu MITI(I)-301C pojawiły się metabolity o charakterze promutagennym. Wyniki badań toksyczności potwierdziły konieczność prowadzenia kontroli toksykologicznej nie tylko substancji aktywnych, ale również metabolitów powstających w procesach degradacji. Wykazano, że do oceny biodegradacji substancji chemicznych niezbędne jest rozszerzenie badań testowych.

Pesticides, especially chloroorganic insecticides may cause serious risk in the environment. The reason of the situation is that these compounds show high toxicity (both acute and chronic) and that they may easy migrate in the food web in aquatic environment. Complex metabolic pathways as well as higher toxicity of metabolites than initial substances indicate that studies of biodegradation should be completed with toxicity testing of metabolites. The article contains the research results of the biodegradation of chloroorganic pesticide α-endosulfan in water environment. To obtain the results MITI (I)-301C test and modified river test methods were used. During the pesticide biochemical degradation the toxicity and genotoxicity tests (LUMIStox and SOS Chromotest) of metabolites were performed. The results proved that α-endosulfan was biodegraded in above 60% after the adaptation time. Biodegradation of α-endosulfan was higher and faster in the river test then in the MITI(I)-301C test. It could be caused by higher growth of bacteria in the river test. The number of bacteria in the river test exceeded their number in the MITI(I)-301C test one order of magnitude. α-endosulfan metabolites affected bacterial metabolic activity in both tests. Depending on the biodegradation method used, the inhibition of bioluminescence in Vibrio fischeri bacteria in the river test and stimulation in the MITI (I)-301C test were observed. It should be pointed out that in the first day of research no changes in activity were detected. In the presence of microorganisms used as inoculum for the samples, the influence of metabolites on E. coli DNA was not detected. During the MITI (I)-301C test performance in abiotic conditions, pro-mutagenic metabolites were observed. Basing on the activity of alkaline phosphatase in the river test and the MITI(I)-301C test it was proved that no cytotoxic effect was observed. The obtained results confirmed necessity of using toxicity tests during the biodegradation process. It was shown that biodegradation studies of chemical substances should be extended to more tests.

9. Ocena toksycznego oddziaływania przeproacowanego oleju silnikowego na wybrane oleje
Used Oil Phytotoxicity Studies
Anna MAŁACHOWSKA-JUTSZ
Strony: 367-380

Badano fitotoksyczny wpływ przepracowanego oleju silnikowego. Badana gleba (glina lekka pylasta glp) została skażona przepracowanym olejem silnikowym w następujących stężeniach: 1, 10, 25, 50, 75, 100, 125 i 150 g/kg gleby. Oceny toksycznego oddziaływania oleju dokonano, opierając się na porównaniu świeżej masy korzeni i części nadziemnych oraz na określeniu stopnia zahamowania syntezy chlorofili typu „a” i „b” roślin rosnących w glebie skażonej i kontrolnej. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że rośliną najwrażliwszą był rzepik, ponieważ 50-procentowe zahamowanie przyrostu masy korzeni IC50 powodowało stężenie 7 g przepracowanego oleju silnikowego/kg gleby, podczas gdy u rzeżuchy ten sam efekt wywoływała dopiero dawka 100 g/kg gleby, a u pszenicy 141 g/kg gleby. Analogiczną sytuację stwierdzono dla części nadziemnych. Wzrost dawki zastosowanego ksenobiotyku powodował silniejsze zahamowanie przyrostu świeżej masy korzeni i części nadziemnych oraz zahamowanie syntezy chlorofilu.

Used oils contain quantities of substances which could contaminate air, soil and ground water. They may contain trace metals, chlorinated solvents, gasoline, polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs), glycols and PCBs. All of these are potentially harmful to the environment and human health, especially PAHs. The various types of PAHs can be very dangerous to human health. Some have been identified as having the potential to cause cancers or genetic mutations. The total emission of heavy metals from used oil fuel in 2002 was potentially on the same scale as the combined emissions from all of California’s large stationary pollution sources, such as refineries and other manufacturing plants. These staggering results suggest that Poland - and others in the Europe - should support recycling and re-refining programs to reduce this environmental burden. Oil decomposes very slowly and the main impact is when used oil gets into water. Only 1 liter of oil can contaminate 1 million liters of drinking water. Oil forms make a film on the surface of rivers and lakes which can reduce the level of oxygen in the water, making difficult fish to breathe. It can also coat plants and animals that contact with it. Used oil dumped on soil can be taken up into plants from the soil and enter the food chain, or could leach into groundwater and affect human health when a groundwater supply is used for drinking. Oil dumped in landfills can also leach into groundwater affecting drinking water supplies. Physical, chemical and biological methods can be useful for the remediation of contaminated sites, but biological treatment is known to be advantageous for both environmental and economic reasons. Due to the low aqueous solubility and strong sorption properties of used oil ingredients, plants may be useful for the cleaning of areas polluted with used oils. The obiective of this study was to determine the phytotoxic effects of used oil. The effect of increasing concentration of the used oil in the soil (1, 10, 25, 50, 75, 100, 125, 150 g/kg of soil) on: the root elongation, biomass of roots, the stalk elongation, biomass of stalk and synthesis of chlorophyll of Cardamine pratensis, Agrimonia eupatoria, Triticum vulgare was studied. The obtained results demonstrated that the used oil concentration increasing inhibited: the root elongation, biomass of roots, the stalk elongation, biomass of stalk and synthesis of chlorophyll by all plant species. The studied species showed different sensitivity for the various content of used oil.

10. Modelowanie przestrzennego rozkładu stężeń jonów Cl- w wodach podziemnych na przedpolu zbiornika odpadów poflotacyjnych "Żelazny Most"
The Modeling of Spatial Distribution of Chlorine Ion Concentration in Groundwater from Post-Flotation Reservoir „Żelazny Most”
Jarosław ZAWADZKI, Małgorzata KUCHAREK, Wiktor TREICHEL
Strony: 381-392

Celem przeprowadzonych badań było modelowanie rozkładu oraz migracji zanieczyszczeń na przedpolu zbiornika „Żelazny Most”. Do analizy wybrano pomiary własności fizykochemicznych wody z piezometrów usytuowanych na przedpolu zapory wschodniej i północnej. Badania oparte zostały o kampanię pomiarową wykonaną w 2000 roku. Wyznaczenie granicy rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń wód podziemnych jest złożonym zadaniem, wymagającym stosowania różnych metod. W pracy wykorzystano różne metody interpolacji danych: metodę odwrotnych odległości, metody krigingu punktowego i wskaźnikowego. Przeanalizowano wyniki otrzymane każdą z metod ze szczególnym uwzględnieniem krigingu wskaźnikowego. W ocenie wzięto pod uwagę skomplikowaną budowę geologiczną wokół składowiska. Porównano mapy zasięgu zanieczyszczeń i ich rozkład w wodach podziemnych. Prawidłowa ocena zasięgu i stężenia zanieczyszczeń wód podziemnych jest zasadniczym zagadnieniem ochrony środowiska naturalnego w pobliżu składowiska odpadów poflotacyjnych i wpływa na decyzje związane z ograniczeniem jego wpływu na środowisko.

This paper presents the studies on a spatial distribution of groundwater salinity that comes from copper mining wastes. The main topic of this article is a modeling spatial distribution and migration of groundwater contamination. The samples were collected from the monitoring network surrounding reservoir of post-flotation contaminants, which is called „Żelazny Most”. Such a big object like „Żelazny Most” constitutes major hazard to the environment and to the health. To be able to protect this area, it is necessary to make very precision map of contaminant distribution. The goal was achieved by using the method of indicator kriging. This paper shows that the indicator kriging provides more precise information than other methods. The measurements were made in the year 2000 and included concentration of chlorine in groundwater. The accurate evaluation and interpretation of spatial extent of ground water pollution is very important but difficult task. Three methods were compared: the inverse distance method, point kriging and indicator kriging. The analysis focused on indicator kriging that is very sophisticated geostatistical method of spatial interpolation. It is appropriate for the data with very diversified distribution. This type of data are very popular in environmental problems. In contrast to other methods the indicator kriging allowed to generate probability distribution of pollution. This paper presents the results of interpolation of chlorine contamination. It was found significant differences between concentration of groundwater pollution depended on interpolation methods. The main goal of this work was to elicit credible information from the small data set. Described method can help to make decision about environmental policy and to give the possibility of maximum effective groundwater protection.

11. Mobilność i biodostępność metali ciężkich w środowisku glebowym
The Mobility and Bioavailability of Heavy Metals in Soil Environment
Krystyna NIESIOBĘDZKA
Strony: 393-400

Badaniami objęto gleby porośnięte roślinnością trawiastą, stanowiące naturalne pastwiska, rozpościerające się wokół Warszawy w promieniu około 10 km. Wytypowano 14 punktów poboru, nieleżących w bliskim sąsiedztwie dużych szlaków komunikacyjnych (w celu wyeliminowania bezpośredniego wpływu motoryzacji). Pobraną glebę (warstwa 0¸20 cm) suszono w temperaturze pokojowej i przesiewano przez sito o rozmiarze 1 mm (materiał do analizy chemicznej) w celu usunięcia kamieni i resztek korzeni. Zakres badań obejmował analizę fizykochemiczną gleb, oznaczenie całkowitych stężeń metali ciężkich (Cu, Pb, Zn) oraz ich form biodostępnych. W ramach przeprowadzonych badań oznaczono całkowite stężenia wybranych metali ciężkich, takich jak: Pb, Cu, Zn, oraz ich form biodostępnych. Na podstawie wyników przeprowadzonej analizy dokonano charakterystyki fizykochemicznej gleb. Stężenia metali ciężkich w glebach oscylowały na poziomie wartości określanych jako tzw. tło geochemiczne. Średni udział form biodostępnych metali ciężkich w ogólnej ich zawartości zmieniał się w następującym porządku: Cu > Zn > Pb. Stwierdzono istotne korelacje pomiędzy stężeniami form biodostępnych a całkowitymi stężeniami metali ciężkich w glebach (z wyjątkiem ołowiu) oraz niektórymi parametrami fizykochemicznymi gleb.

The metal pollution in soil can be brought about by several anthropogenic activities such as sewage sludge application, mining and smelting operations and application of commercial fertilizers. In recent years, trace metals accumulation in plants has been a serious environmental concern, primarily because their uptake by plants from contaminated soils is the principal process by which trace metals enter the food chain. The total content of trace metals in soils is a very poor indicator of their bioavailability. The heavy metals may occur in differently bound fractions in the soil, and their mobility and bioavailability are governed by physical-chemical soil properties. The soil samples used in this study were collected from 14 different rural regions near Warsaw, representing a wide range of chemical and physical properties. They are all from natural uncultivated soils and the samples were taken from the surface layer (0¸20 cm). Physicochemical characteristics of soils were made. Soil parameters: pH, content of organic matter, carbonates, the sum of exchangeable calcium, magnesium, sodium and potassium (S), cation exchange capacity (T), organic carbon (C org.) were determined by standard techniques. The data of total heavy metals concentrations (Pb, Cu and Zn) and their bioavailability forms in soils were presented. The chemical separation of bioavailability forms was based on exstraction with using chelating reagent - 0,05 M EDTA (method reported by A.M. Ure). The total concentrations of heavy metals in the soil and their concentrations in extracts were determined by AAS. The content of heavy metals in studied soils was variable and depended on soil properties but did not exceed the natural level. The percentage of the bioavailability forms in total content of heavy metals followed the sequence: Cu > Zn > Pb. Some correlations between the bioavailability forms concentrations and total concentrations of heavy metals have been found with the exception of Pb. Amount of Cu, Pb and Zn extracted by EDTA was correlated with some physicochemical parameters of soils.

12. Natlenianie zanieczyszczonych osadów dennych podczas tymczasowego składowania
Oxygenation of Contaminated Dredged Sediments during Temporary Upland Disposal
Grzegorz MALINA, Johannes VERMEULEN, Magdalena KROMER
Strony: 401-420

Dla badanych osadów określono indeks dojrzewania, stopień kurczenia, współczynnik dyfuzji oraz dystrybucję tlenu. W celu odwodnienia osadów i uzyskania różnych etapów fizycznego dojrzewania osadów zastosowano potencjały matrycowe w zakresie od –100 do –1 000 000 hPa. Sprawdzono wpływ zastosowanego potencjału matrycy na występowanie miejsc pozbawionych tlenu w agregatach osadowych. Przeprowadzone badania pozwoliły na wypracowanie efektywnej metody pomiaru centrów tlenowych w osadach dennych. Dostarczyły one danych o wpływie kurczenia się agregatów na wzrost współczynnika dyfuzji tlenu, a w konsekwencji na wzrost natlenienia, co ma istotne znaczenie dla bioremediacji osadów zanieczyszczonych substancjami organicznymi (np. substancje ropopochodne, WWA) podczas ich tymczasowego składowania.

Temporary disposal is the most widely adopted alternative for sediments dredged annually in some countries (e.g. the Netherlands) for both maintenance and environmental reasons. For good management of disposal sites, knowledge is required about controlling the behaviour of sediments during disposal. A short overview was made about processes that take place during temporary disposal, and how they can affect the biodegradation of organic contaminants. The method of oxygenation measurements within sediments aggregates was developed and improved in order to evaluate the bioremediation potentials during temporary disposal of sediments contaminated with organic compounds. The parameters determined for three studied sediments (I, II and III) included: the ripening index, shrinkage, diffusion coefficient and oxygen distribution in sediment aggregates. To enhance dewatering and to simulate diverse stages of sediment ripening, matrix potentials from –100 to –1,000,000 hPa were applied. The effect of diverse matrix potentials on the formation of oxic and anoxic zones within the aggregates was also determined. The complete transformation of sediments into soil was taking place at matrix potentials between –1000 and –2000 hPa when the ripening indexes for all sediments dropped below 0.7. For lower ripening indexes an increase of pore volumes filled with air was observed. The highest ripening index of 0.5 was for sediment III, in which the highest organic matter content was found. Decreasing matrix potentials resulted in an increase of the O2 penetration depths in sediment aggregates. At the matrix potential of –16,000 and lower, the whole aggregates were fully aerated. Increased organic matter contents limited the depth of O2 penetration. The diffusion coefficients were higher proportionally to the decreased matrix potentials. Shrinkage of aggregates affected the diffusion coefficients and oxygenation, which is an important factor to be considered for bioremediation of sediments contaminated with organic substances (oil hydrocarbons, PAHs) during temporary disposal. Thus, the physical ripening of dredged sediments is a promising technique to enhance aerobic bioremediation of polluted sediments.

13. Kompostowanie odpadów garbarskich bezchromowych
Composting of Chromium-Free Tannery Wastes
Maciej A. URBANIAK
Strony: 421-434

Kompostowanie odpadów garbarskich bezchromowych Praca dotyczy racjonalnego zagospodarowania uciążliwego odpadu białkowo-tłuszczowego, jakim są bezchromowe odpady garbarskie. Zwrócono uwagę na procesy tlenowe właściwe kompostowaniu. Przygotowano szereg pryzm. Odpady zebrano w proporcjach typowych dla przerobu skór surowych bydlęcych oraz skór surowych świńskich. Stwierdzono możliwość oddziaływania na wynik procesów przez dobór ilości materiału strukturalnego, wartości pH i czasu. Warunki procesu mają zasadniczy wpływ na zawartość składników nawozowych w kompoście (NPK) oraz składników glebotwórczych (substancje organiczne trudno rozkładalne). W zależności od warunków procesu komposty z odpadów garbarskich bezchromowych mogą wykazywać przedłużone działanie w zakresie uwalniania azotu z trudno rozkładalnych białek oraz przedłużone działanie glebotwórcze. Zawartość azotu jest zawsze większa od jego zawartości w przeciętnym oborniku, zawartość fosforu jest podobna, a potasu mniejsza. Uciążliwość procesu można ograniczyć, stosując dodatek wapna. Uzyskane wyniki sugerują, aby kompostowanie bez dodatków wapna prowadzić w warunkach kontrolowanych w bioreaktorach.

The paper concerns rational management of chromium-free tannery wastes that are arduous protein-fat waste raw material. The attention has been paid to aerobic processes of composting. There were prepared several piles. Wastes were collected in a tannery in proportions typical for bovine and pig hides processing. The research has shown a possibility of influencing on the results of processes by adequate matching of the amount of structural material, pH value and time. The process conditions have a fundamental influence on the content of fertilising components (particularly nitrogen) and soil-forming components (hardly decomposable organic matter) in compost. Depending on processing conditions, composts from chromium-free tannery wastes may show prolonged release of nitrogen from hardly decomposable proteins and prolonged soil-forming activity. The nitrogen content is always bigger than in average manure, the phosphorus content is similar, and the potassium content is smaller. The nuisance of process may be reduced by the addition of lime. Composting of waste without the addition of lime is advisable to be run in bioreactors which allow to control the conditions.