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 8, Numer 1

1. Badanie fizykochemicznych właściwości chemicznie modyfikowanych węgli aktywnych
Study of Physicochemical Properties of Chemically Modified Activated Carbons
Marta REPELEWICZ, Jerzy CHOMA
Strony: 5-17

Badano fizykochemiczne właściwości węgli aktywnych otrzymanych przez modyfikację węgla handlowego poprzez osadzanie depozytu węglowego z rozkładu chlorku metylenu. Na podstawie niskotemperaturowej adsorpcji azotu wyznaczono podstawowe parametry struktury porowatej. Stosując metodę Boehma, wyznaczono stężenie powierzchniowych grup funkcyjnych zawierających tlen. Metodą inwersyjnej chromatografii gazowej (IGC) wyznaczono izotermy adsorpcji alkoholi alifatycznych od C=1 do C=4 oraz benzenu i chloroformu. Na podstawie otrzymanych izoterm adsorpcji obliczono wartości izosterycznego ciepła adsorpcji qst. Stwierdzono istotny wpływ depozytu węglowego na właściwości strukturalne i powierzchniowe węgla aktywnego.

Physicochemical properties of activated carbons prepared by chemical modification of a commercial active carbon were studied. The modification consisted in forming so-called carbon deposit from methylene chloride pyrolysis. The obtained modified activated carbons contained carbon deposit within the range of 7.28 to 20.91% by weight. The basic parameters of porous structure were calculated by means of low-temperature nitrogen adsorption. The specific surface, determined by BET method within the range of relative pressures (p/p0) 0.01 to 0.2, is going down regularly from 790 m2/g (the commercial carbon) to 360 m2/g (the carbon containing 20.91% by weight carbon deposit). Moreover, the micropore volume (calculated by means Barrett, Joyner and Halenda method) changes also regularly from 0.34 to 0.15 cm3/g, similarly as total pore volume from 0.40 to 0.19 cm3/g. The results point out that, forming a carbon deposit has a great influence on the pore structure of the carbon materials, and during the modification adsorptive properties to nitrogen are getting worse markedly. Using the Boehm method the concentration of surface acidic functional groups containing oxygen such as: carboxylic, lactic, carbonyl and phenyl groups, were determined. The total concentration of surface functional groups is almost the same for the studied carbons except carbon possessing 20.91% by weight carbon deposit (here the concentration is smaller). On the other hand, the carbons differ in the concentration of individual groups. This effect is most visible in the concentration of carboxylic groups: the commercial carbon contains 0.016 mmol/g carboxylic groups and the all modified carbons contain about 0.55 mmol/g of these groups. Adsorption isotherms of aliphatic alcohols (C=1 to C=4), benzene and trichloromethane on all studied carbons were determined by means of inverse gas chromatography (IGC). The measurements were carried out by a Mera-Elmet type N-504 chromatograph, using a thermoconductometic detector (TCD), helium as a carrier gas, within the temperature range from 333 to 493 K. The adsorption isotherms were calculated by the peak profile method by graphic integration of an individual chromatogram. The measurements of adsorption isotherms at various temperatures permit to calculate isosteric adsorption heat (qst). It can be said generally that the isosteric adsorption heat is going up with the degree of surface covering. If the degree of surface covering is small, the magnitude of heat effect depends mainly on interaction between adsorbate-adsorbent. Whereas for the increasing degree of surface covering there can be additional adsorbate-adsorbate interaction. Additionally, the molecules of aliphatic alcohols can create hydrogen bonds with the carbon surface having adequate surface functional groups. The obtained values of isosteric adsorption heats are about 60 kJ/mol to the extent of degree of surface covering to 30 mol/g. It can suggest that the dominant adsorption mechanism is physical adsorption.

2. Kryteria doboru węgla aktywnego do pochłaniaczy par organicznych
The Criteria of Activated Carbon Selection to Combined Filters of Organic Vapour
Wioletta KWIATKOWSKA-WÓJCIK, Zygmunt DĘBOWSKI
Strony: 19-29

Przeprowadzono badania nad doborem węgla aktywnego przydatnego do elaboracji pochłaniaczy par organicznych. Do badań użyto węgli aktywnych produkowanych z różnych surowców, tj. węgla kamiennego, z torfu i z łupin orzecha kokosowego metodą aktywacji parowo-gazowej. Dla węgli tych zostały wyznaczone takie wskaźniki techniczne, jak gęstość nasypowa, nasiąkliwość wodna, uziarnienie oraz powierzchnia zewnętrzna ziarenek. Zostały również wyznaczone niskotemperaturowe izotermy azotu, które wykorzystano do obliczenia powierzchni właściwej standardową metodą Brunaera, Emmeta i Tellera, oraz objętości kapilar w pięciu zakresach wymiarowych. Pomiary aktywności (chłonności) dynamicznej i statycznej węgli aktywnych wobec par benzenu zostały przeprowadzone na aparacie dynamicznym typu DAS. Dla węgli użytych w badaniach zostały obliczone zarówno za pomocą wzoru Michaela-Treybola, jak i w oparciu o równanie Szyłowa następujące wartości: wysokość strefy wymiany masy, długość tzw. warstwy martwej oraz prędkość przesuwania się strefy wymiany masy wzdłuż warstwy węgla aktywnego. Czasy ochronnego działania zostały wyznaczone z pomiarów bezpośrednich i obliczone z wykorzystaniem pomiarów aktywności statycznej oraz długości warstwy martwej. Następnie zostały obliczone wysokości warstw węgla aktywnego w pochłaniaczu, który ma spełniać gwarantowany czas ochronnego działania. Przeprowadzone badania wykazały, że wszystkie użyte w badaniach węgle aktywne można zastosować do elaboracji pochłaniaczy par organicznych, z tym że najwyższe wskaźniki adsorpcyjne wobec par benzenu ma węgiel produkowany z łupin orzecha kokosowego.

There has been conducted the research on the choice of activated carbon to the organic vapour adsorbers. The carbon used in the experiment has to fulfill some determined requirements. The most important are: great adsorption capacity towards the test substance, that is benzene, mechanical strength for stamping and attrition, weak resistance of the layer offered to the flowing of air - vapour mixture and the low desorption of previously adsorbed vapour at the flow of clean air through the layers of activated carbon. To the research, there have been used activated carbons produced from different raw materials like: brown coal, peat and coconut shells, by means of gas-steam activation method. For these carbons there have been determined technical indices such as: bulk density, water absorbability, graining and outer surface of granules. There have also been determined the low-temperature isotherms, which have been used to the calculating of the specific surface by means of the standard Braunaer, Emmet and Teller’s method and to the calculating of the volume of capillaries in five dimensional ranges. The obtained results show that adsorption capacities of particular activated carbons correlate with the volumes of microcapillaries.The measurements of dynamic and static activity (absorbing capacity) of activated carbons in relation to benzene vapour have been conducted on the dynamic apparatus, type: DAS. The principle of action of this apparatus consists in passing a suitable intensity of air, mixing it with benzene vapour and proper moistening. Next, the mixture prepared in such a way, is directed to the measurement tubes, which are filled up with the examined activated carbon. The air-benzene mixture, after passing through the measurement tubes is directed to the hydrocarbons analyser, which works on the basis of flame ionization detector (FID). For the carbons used in the research, there have been calculated (both with the use of Michael Treybol formula and on the basis of Szyłow equation) the following values: the height of mass exchange zone, the length of so called `dead` layer and the shifting velocity of mass exchange zone along the layer of activated carbon. The protective action times have been determined on the basis of direct measurements and have been calculated with the use of static activity measurements and the length of dead layer. Next, there were calculated the heights of activated carbon layers in the adsorber, which had to meet requirements as to the guaranteed protective action time. There have been made the absorbers with the counted heights of activated carbon layers. The measurements of the guaranteed protective action time in the absorbers have been acknowledged, but for two carbons, only after, taking additionally into consideration the average velocity of mass exchange zone. In addition, the conducted research has shown that all activated carbons used in the research may be used to the elaboration of organic vapour absorbers. However, the highest adsorption indices in relation to benzene vapours has got the carbon produced from the coconut shells.

3. Rozwiązania równań energii i odskoku w korycie o trapezowym przekroju poprzecznym
Solutions for Energy and Hydraulic Jump Equations for a Trapezoid Cross-Section
Adam Józef KISIEL
Strony: 31-44

Przedstawiono bezwymiarowe rozwiązania równań energii i odskoku hydraulicznego w korycie o trapezowym przekroju poprzecznym. Rozwiązania te umożliwiają w prosty sposób obliczanie głębokości sprzężonych odskoku hydraulicznego bez konieczności korzystania z wykresów pomocniczych. Obok analitycznych rozwiązań równań energii i odskoku zostały również przedstawione ich rozwiązania przybliżone. Rozwiązania przybliżone charakteryzują się bardzo dużą dokładnością otrzymywanych wyników. Jest ona wystarczająca do obliczeń w praktyce inżynierskiej. Do wymiarowania trapezowych wypadów stopni wodnych na rzekach podgórskich w artykule zaprezentowano również formuły obliczeniowe, które zostały opracowane przez autora na podstawie jego własnych prac badawczo-doświadczalnych dokonanych na modelach fizycznych stopni korekcyjnych w korytach trapezowych. Na szczególną uwagę zasługują formuły umożliwiające wymiarowanie trapezowych wypadów z odwrotnie nachylonym dnem. Wypady konstruowane w korycie o trapezowym przekroju poprzecznym wymagają odpowiedniego ukształtowania napływu strumienia wody ze stanowiska górnego stopnia na płytę wypadu. W rozwiązaniach stopni wodnych ma to istotne znaczenie dla hydraulicznie poprawnego działania stopnia. Możliwość posługiwania się nieskomplikowanymi procedurami obliczeniowymi będzie miała znaczący wpływ na szersze niż dotąd stosowanie wypadów trapezowych w praktyce. Trapezowe wypady nie są tak rozpowszechnione i tak dobrze rozpoznane w praktyce inżynierskiej jak wypady prostokątne. Taki stan rzeczy powodowany jest przede wszystkim dwiema przyczynami: • konstrukcje dolnych stanowisk budowli wodnych z reguły narzucają prostokątny przekrój wypadu, • w przypadkach, gdy zastosowanie trapezowego przekroju wypadu byłoby uzasadnione kształtem koryta regulacyjnego, realizowane są jednak wypady prostokątne, bowiem charakteryzują się prostą konstrukcją i wiarygodną co do uzyskiwanych wyników procedurą obliczeniową. Stosowanie trapezowych wypadów w wielu praktycznych przypadkach jest koniecznością dla zapewnienia efektywnego rozproszenia energii wody. Również walory estetyczne realizowanego obiektu wodnego w naturalnym środowisku powinny współdecydować o wyborze ukształtowania wypadu. Szczególnie dotyczy to regulacyjnych trapezowych przekrojów potoków czy rzek podgórskich. Stosowane w celu redukcji spadku podłużnego stopnie korekcyjne winny być tak ukształtowane, by z jednej strony były one korzystne hydraulicznie, zaś z drugiej strony stanowiły kompozycję krajobrazową niekolidującą z walorami naturalnego środowiska. Trapezowe ukształtowanie wypadu stopni na rzekach podgórskich posiada zatem istotne eksploatacyjne i krajobrazowe uzasadnienie.

In the paper some non-dimensional solutions for energy and hydraulic jump equations for trapezoid open channels are presented. These solutions allow for calculating in a simplified way the coupled depths of a hydraulic jump without using additional graphs. Besides analytical solutions, the approximate solutions of the equations are provided as well, which are enough precise for the calculations in engineering practices. In order to calculate trapezoid lower stands of stages of fall at mountain creeks and rivers, some formulas are presented, which are developed based on original author’s research carried out in physical models. In particular, the formulas are provided that allow to design trapezoid lower stands with an adverse inclined bed. The lower stands built in channels with a trapezoid cross-section require adequate shaping of an inflow of a water jet flowing from an upper stage of fall to a lower stand. It is important for the proper hydraulic functioning of a stage of fall. The possibilities of simplified calculation procedures may have a positive impact on more frequent practical applications of trapezoid lower stands. Trapezoid lower stands are not so widely developed and applied in practice as rectangular ones mainly because of two reasons: • construction of lower stations of water plants usually imposes a rectangular cross-section of a lower stand, • in the case where a trapezoid lower stand could be applied because of a shape of a control channel, still rectangular stands are used due to a simple construction and a reliable calculation procedure. However, applying trapezoid lower stands in many practical solutions is required to assure an efficient dissipation of energy of a water jet. Also the aesthetic reasons of constructed water plants, which should be compatible with the environment, should play a role in selecting a shape of a stand. It is important, especially in the case of trapezoid regulatory cross-sections of mountain creeks and rivers. The correction stages of fall used in order to reduce the longitude slope should be shaped to be hydraulically correct on one hand, and to create a harmony with the natural environment, on the other hand. Thus, trapezoid lower stands of the stages of fall have an important implication from both: hydraulic and landscape viewpoints.

4. Ocena technologii likwidacji zagrożenia pożarowego w zwałowisku odpadów górniczych
Assessment of Technology of Fire Hazard Liquidation in Mine Waste Dump
Jolanta GUMIŃSKA
Strony: 45-54

Procesowi eksploatacji węgla kamiennego towarzyszy konieczność zagospodarowania ogromnych ilości odpadów pogórniczych, średnio w ilości 0,40,5 t na 1 t wydobytego węgla. Pomimo wielu działań zmierzających do wykorzystania jak największych ilości tych odpadów (składowanie pod ziemią, wykorzystanie do produkcji materiałów budowlanych, w robotach inżynieryjnych, do niwelacji i rekultywacji terenów zdegradowanych) znaczne ich ilości są nadal umieszczane na zwałowiskach. Ze względu na to, iż odpady pogórnicze zawierają nawet do 30% substancji węglowej możliwy jest rozwój zjawisk pożarowych w miejscu składowania tego materiału. Dlatego też budowanie obiektów z wykorzystaniem skały płonnej powinno być prowadzone zgodnie z technologią, która zabezpieczy obiekt przed rozwojem zjawisk termicznych. Powszechnie stosowana technologia opiera się na prawidłowym zagęszczeniu i uszczelnieniu materiału odpadowego w celu eliminacji dopływu tlenu. Niestety w przypadku wielu „starych” zwałowisk zapominano o profilaktyce przeciwpożarowej. Technologia lokowania, polegająca na usypywaniu zwałowisk odpadów powęglowych, umożliwiała rozwój zjawisk pożarowych. W niniejszym artykule zaprezentowano stosowane technologie likwidacji zjawisk pożarowych oraz dokonano oceny ich skuteczności dla wybranego aktywnego termicznie obiektu.

During hard coal exploitation an enormous quantity of waste rock is transported to the surface and located there. Taking into consideration the fact that the waste rock contains even several per cent of combustible substances it is a big risk of spontaneous fire inside objects where waste rock is stored. Technologies which are nowadays used during waste rock dumping in the majority of cases prevent the object from fire hazards. However, the problem of spontaneous fire was neglected in the past. Waste rock was poured on the ground without any proper technologies. As a result, atmospheric air penetration into the object was easy, especially during blasts of wind. It was the reason of development of thermal activity phenomena in many waste rock dumps. All three conditions which are essential for thermal activity development were met i.e. easy air access inside the object, proper amount of combustible substances susceptible to atmospheric oxidation and proper accumulation conditions inside the object. That is why a lot of „old” waste rock objects run into the problem of fire-fighting. It is not an easy task. Continuous reactivation of thermal activities in objects consisted of waste rock confirms the importance of the problem. Technologies of fire extinguishing rely on limiting of oxygen inflow into thermally active object. To reach this target the object is sealed for example with the use of fine-grained inertial materials. Sealing may also be carried out by sink hole injection when sealing emulsion (on the base of fly-ash) are fed under pressure inside the object. To limit air inflow the most thermally active parts of objects may be isolated by absorption trenches filled by water-ash pulp. Methods based on consolidation of waste rock by vibration rolls may also be applied. It is quite common that combination of several the above-mentioned methods are used i.e. sealing (mixing waste rock with fine-grained material and consolidation of waste rock (for coarse-grained material). In the last years a new technology of spontaneous fire extinguishing was implemented. It is based on making a lagging bank around a waste rock dump. In this method waste rock is poured and consolidated layer by layer starting from the bottom to the top of the dump. Fire extinguishing and new technologies of fire prevention carries large costs without any certainty to solve the problem effectively. In such situations it is crucial to minimize negative effects so that to prevent dumps from violent burning. In this paper effectiveness of the technologies applied to fire extinguishing of the thermally active waste rock dump was estimated. It was made on the bases of the results of thermal state measurements and visual observations.

5. Kinetyka procesu mokrego utleniania nadmiernego osadu ściekowego po wstępnej termohydrolizie
Wet Oxidation Kinetics of Excess Sewage Sludge after Preliminary Thermohydrolysis
Jarosław MUCHA, Maciej URBANIAK
Strony: 55-72

Proces mokrego utleniania nadmiernego osadu ściekowego należy do technik zaawansowanego utleniania w temperaturze 150350C, pod ciśnieniem tlenu 1,516,0 MPa i odbywa się najczęściej z jednoczesnym procesem termohydrolizy. Podczas tego procesu następuje konwersja związków organicznych zawartych w masie reaktywnej w małocząsteczkowe związki organiczne, wodę i CO2. W literaturze przedmiotu najczęściej nie rozdziela się obu procesów. Autorzy zaproponowali inny sposób analizy tego złożonego procesu poprzez oddzielenie termohydrolizy prowadzącej do rozdzielenia zawiesiny osadu ściekowego na hydrolizat - produkt stały i hydrolizat - produkt ciekły od zasadniczego procesu mokrego utleniania obu produktów. Wykonano badania kinetyki mokrego utleniania w różnych temperaturach obu produktów na podstawie pomiaru TOC (całkowitego węgla organicznego) w czasie procesu z zastosowaniem wysokociśnieniowego reaktora typu PARR. Jednocześnie zaproponowano równanie kinetyczne opisujące proces mokrego utleniania hydrolizatu ciekłego i stałego. Rozkład produktu ciekłego prowadzi do powstania nierozkładalnego produktu końcowego oraz gazowego, rozkład produktu stałego poprzez pośredni produkt ciekły również prowadzi do powstania produktu końcowego oraz gazowego. Otrzymane rozwiązanie równań kinetycznych opisujące zależność względnego stężenia węgla organicznego od czasu dobrze opisują wyniki doświadczalne. Na podstawie dopasowania krzywych teoretycznych do wyników eksperymentów (za pomocą programu OriginLab Origin) wyznaczono parametry kinetyczne procesu: stałe szybkości kolejnych reakcji i energie aktywacji procesów, zakładając rzędy reakcji procesów n = 1 i m = 0 względem stężenia tlenu (który występuje w procesie w ilości nadmiarowej). W przypadku produktu ciekłego stałe szybkości reakcji prowadzącej do produktów końcowych są wyższe niż do produktów gazowych. Z kolei energia aktywacji procesów utleniania do produktów gazowych jest wyższa niż do produktów końcowych. Energia aktywacji procesu powstawania z fazy stałej produktów gazowych jest niższa od energii aktywacji powstawania produktów gazowych z fazy ciekłej. Wynika to z faktu, że związki organiczne z tej fazy najłatwiej ulegające rozkładowi przeszły do fazy gazowej w pierwszej kolejności. W przypadku procesu mokrego utleniania produktu stałego założono, że w etapie drugim rozpadu ciekłego produktu pośredniego stałe szybkości są takie same jak uprzednio otrzymane dla produktu ciekłego. Pozwoliło to na wyznaczenie stałych szybkości reakcji prowadzących do wytworzenia produktów gazowych i ciekłego produktu pośredniego powstałych z rozkładu produktu stałego. W tym etapie następuje szybszy spadek TOC produktu stałego i rozpuszczanie produktów reakcji w wodzie (zmniejszenie masy cząsteczkowej związków organicznych). Zachodzi gwałtowny wzrost stężenia węgla organicznego w fazie ciekłej (co jest zgodne z niezależnymi wynikami doświadczalnymi).

Wet oxidation process is one of the advanced oxidation techniques which is carried out at temperatures 150350C, under pressure of 1.516.0 MPa and proceeds due to contact of gas phase (containing oxidant) with the sewage sludge. During the process, organic compounds from the reactive mass are oxidized and in the effect CO2, water and some low molecular organic acids are created. More often the process is carried out together with thermohydrolysis. Authors have proposed another way of analysis of the complicated process by dividing of thermohydrolysis process (leading to solid and liquid products) from main reaction of wet oxidation process of both products. The study of wet oxidation process of excess activated sludge after preliminary thermohydrolysis was carried out. The results of wet oxidation (TOC - total organic carbon versus time) obtained at various temperatures have shown that both products - solid and fluid separated after thermohydrolysis oxidize at various rates. However, solid product degrades in two steps, first to the fluid product and then to the final and gaseous products. Kinetic models of wet oxidation process for both products were proposed. It was found well fitting of model equations to experimental results. The kinetic parameters of wet oxidation process: rate constants and activation energies if reaction order equal 1 is taken are determined. In the case of liquid product, rate constants of wet oxidation reaction leading to end products are higher than to the gas products. The activation energy of oxidation process of the first reaction leading to end products is lower than ones leading to gas products. For solid products the activation energy of wet oxidation leading to gas products has lower value than that of liquid products. It results from the fact that most unstable organic compounds from solid phase convert to gas phase very early. In the case of wet oxidation of solid product it was assumed that in the second step of decomposition of liquid intermediate product, rate constants are the same as was calculated for liquid product. It allows to determine rate constants of decomposition reactions of solid product leading to gas and intermediate liquid product. This step follows the fast decrease of TOC of solid products and dissolution of reaction products in water (decreasing of molecular mass of organic compounds). It also follows the fast increase of TOC in liquid phase (in agreement with independent experimental results).

6. Oczyszczanie ścieków zeolitami w SBR przy różnych układach faz procesowych
Wastewater Treatment using Zeolites in SBR at the Different Operational Schedules in a Cycle
Anna M. ANIELAK, Krzysztof PIASKOWSKI
Strony: 73-86

Przedstawiono badania przeprowadzone w skali laboratoryjnej nad oczyszczaniem ścieków syntetycznych zeolitami naturalnymi w porcjowym reaktorze sekwencyjnym SBR. Przyjęte w badaniach różne układy faz procesowych (zmienne warunki atoksyczne, anaerobowe i aerobowe) umożliwiły dokonanie oceny skuteczności i zasadności dozowania do komory biologicznego oczyszczania naturalnych zeolitów. Badania prowadzono w dwóch reaktorach, z których pierwszy stanowił poziom kontrolny, w drugim - proces osadu czynnego wspomagano zeolitem, stanowiącym aktywny nośnik biofilmu. Stężenie zeolitu w SBR nie przekraczało 1 g/l. Uzyskane wyniki badań wykazały znaczny wzrost efektywności oczyszczania ścieków w obecności zeolitu. Stanowił on dobre podłoże dla rozwoju mikroorganizmów, stabilizował pracę osadu czynnego oraz poprawiał jego właściwości sedymentacyjne. Nie stwierdzono negatywnego oddziaływania zeolitu na bakterie osadu czynnego. Pomimo wprowadzanych zmian układu faz procesowych 8-godzinnego cyklu reaktora SBR w obecności zeolitu obserwowano każdorazowo wzrost intensywności nitryfikacji i denitryfikacji oraz defosfatacji w stosunku do reaktora kontrolnego.

This paper describes lab-scale experiments of wastewater treatment in sequencing batch reactor at the different process phases using zeolites. These natural minerals, due to their skeleton structure have such properties as: sorption, ion exchange and molecular-sieve, used in sewage treatment technologies too. Researches were conducted in two reactors, working at the range of decantation coefficient 0.5. The first one was a control reactor and sewage was treated only in the process of activated sludge. The second reactor was operated with the zeolite added, which was a carrier of biofilm. At the end of aeration phase excess sludge was removed to maintain total sludge age of 10 d. Synthetic wastewater used in the experiment consisted of organic (peptone and bouillon) and mineral (NH4Cl, NaCl, CaCl2, MgSO4, KH2PO4, K2HPO4) compounds. Once a day dusted zeolite, with graining less than 250 μm were dosed reaching fixed concentration on level of 1 g/L. Reactors were operated with a cycle time of 8-hours. Each cycle consisted of phases: filling, mixing in anoxic - anaerobic condition, aerating, settling and decantation of purified wastewater. During the tests the time-sequenced anoxic/toxic phases were changed. A comparison of gained treatment results allowed to estimate the effectiveness and legitimacy of the zeolites dosage to the biological treatment chamber. These results showed that wastewater treatment with added natural mineral even at different phases of SBR operation was more effective. Zeolites had a positive influence on activity of activated sludge, sludge settleability (adding zeolites influenced on decreasing the sludge volume index SVI), and increased concentrations of biomass (growth at interface and in pores of mineral). The higher reduction of COD, BOD5, TP and TKN was observed in a purified sewage from reactor with added zeolite. These minerals increased the efficiency of organic and phosphorus removal, nitrogen transformation and removal from the wastewater. Zeolite made convenient breeding ground for microorganisms. Removing phosphorus compounds from the wastewater in presence of zeolite was the result of higher biological stimulation of microorganisms while removing of nitrogen compounds was a result of both physico-chemical and biological process.

7. Alternatywne uzdatnianie wody z wykorzystaniem ciśnieniowych procesów membranowych w usuwaniu estrogenów
Alternative Water Treatment Using Pressure-driven Membrane Processes in Removal of Estrogens
Mariusz DUDZIAK, Michał BODZEK
Strony: 87-98

Steroidowe hormony płciowe i odpowiadające im związki syntetyczne są przedstawiane jako substancje, które przy bardzo niskich stężeniach (pg/l lub ng/l) wywołują alarmujący efekt estrogenny u organizmów wodnych, przejawiający się zjawiskiem feminizacji. Dodatkowo estrogeny upośledzają prawidłowe funkcjonowanie układu hormonalnego i są przyczyną niebezpiecznych konsekwencji obserwowanych również u ludzi (wpływają na rozwój, wzrost i rozrodczość). W pracy przebadano retencje naturalnych (estron i 17β-estradiol) i syntetycznych (17α-etinylestradiol) estrogenów w trzech rodzajach procesów membranowych: odwrócona osmoza (RO), nanofiltracja (NF) i ultrafiltracja (UF), z wykorzystaniem systemu cross-flow i czterech typów membran (RO-DS3SE, NF-DS5DK, UF-DSGM i UF-PSF-14). Celem pracy była ocena efektywności tych procesów w usuwaniu estrogenów z wód. Estrogenów dodawano do wody w stężeniu 1 μg/l. W pracy do badania współczynnika retencji w procesach membrano- wych zastosowano ekstrakcję do fazy stałej (SPE) i chromatografię gazową. Estrogeny wydzielano z wody z wykorzystaniem kolumienek J.T. Baker, a w analizie identyfikacyjno-ilościowej użyto chromatografu gazowego (GC) z detektorem masowym (MS). Metodę tę z powodzeniem zastosowano do kontroli usuwania zarówno naturalnych, jak i syntetycznych estrogenów z wód. Membrany były testowane z wykorzystaniem standardowych procedur, po czym prowadzono filtrację wody dejonizowanej z dodatkiem estrogenów. W drugim kroku w procesie ultrafiltracji filtrowano wodę dejonizowaną, zawierającą estrogeny i kwasy humusowe w stężeniu 10 mg/l. Efektywność separacji wiązała się z zastosowanym procesem membranowym i właściwościami mikrozanieczyszczeń (wyrażonymi poprzez logKow) oraz z obecnością substancji humusowych. Uzyskane wyniki określiły proces odwróconej osmozy jako obiecujący w oczyszczaniu wód z estrogennych mikrozanieczyszczeń. Efektywność usunięcia z wykorzystaniem membran ultrafiltracyjnych była w przedziale 58,935,4% (UF-PSF-14) i 55,335,3% (UF-DSGM) oraz w zależności od współczynnika podziału w układzie n-oktanol/woda (logKow), charakteryzującego dany estrogen. Stopień usunięcia estrogenów z wody, gdy zawierała ona kwasy humusowe, wzrósł do poziomu 71,190% (UF-PSF-14).

Steroidal sex hormones and related synthetic compounds provoke alarming estrogenic effects in aquatic organisms, such as feminization, at very low concentrations (pg/l or ng/l). Estrogens disrupt normal hormonal functions and cause a risk, for humans too. The aim of this paper is to evaluate the efficiency of estrogens removal from water. Retention of the natural (estrone and 17β-estradiol) and synthetic estrogens (17α-ethinylestradiol) by three kinds of membrane processes: reverse osmosis (RO), nanofiltration (NF) and ultrafiltration (UF) was investigated, using cross-flow systems and four types of membranes (RO-DS3SE, NF-DS5DK, UF-DSGM and UF-PSF-14). Estrogens were added to water at a concentration of 1 μg/l. The solid phase extraction and gas chromatography method were applied to study the retention coefficients of estrogens in membrane processes. For estrogens extraction from water J.T. Baker columns and gas chromatography (GC) with (MS) detector where used. This method was successful in the control of removed estrogens (natural and synthetic) from water. Membranes were tested according to the standard procedures and then the samples of estrogene mixture in distilled water were filtrated. In the second step distilled water containing estrogens and humic acids at concentration of 10 mgTOC/L was filtrated. Separation efficiency was related to membrane processes, micropollutants properties (logKow) and humic substances content. Taking into account the results presented in this study, reverse osmosis appears to be the most promising process for treating estrogens micropollution in water. The removal efficiency of the ultrafiltration membranes can vary in the range 35.455.3% (UF-PSF-14) and 35.355.3% (UF-DSGM) as a function of the n-octanol/water partition coefficient (logKow). Estrogens removal by ultrafiltration increases from 71.1 to 90% (UF-PSF-14) in the presence of humis acids.

8. Substancje powierzchniowo czynne w środowisku wodnym
Surfactants in Water Medium
Jadwiga KALETA
Strony: 99-115

Scharakteryzowano substancje powierzchniowo czynne występujące w wodach naturalnych. Dokonano ich podziału na naturalne (mydła) i sztuczne, jonowe (anionowe, kationowe i amfoteryczne) i niejonowe, miękkie (łatwo rozkładalne) i twarde (trudno biodegradowalne). Przedstawiono źródła tych zanieczyszczeń w wodach naturalnych. Przeanalizowano zawartość substancji powierzchniowo czynnych w wybranych wodach powierzchniowych i podziemnych oraz w osadach rzecznych i morskich. Zestawiono dopuszczalne stężenia substancji powierzchniowo czynnych w wodach powierzchniowych ujmowanych do picia oraz w wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Omówiono wpływ substancji powierzchniowo czynnych na organizmy wodne i człowieka. Dokonano przeglądu procesów jednostkowych usuwania substancji powierzchniowo czynnych z roztworów wodnych. Skutecznymi procesami okazały się: filtracja, infiltracja, koagulacja, utlenianie chemiczne, sorpcja, wymiana jonowa, procesy membranowe oraz procesy biochemiczne. Ich efektywność w dużym stopniu jest uzależniona od składu wody, rodzaju substancji powierzchniowo czynnych oraz warunków prowadzenia procesu. Bardzo często dobre efekty uzyskuje się, stosując metody kombinowane, składające się z kilku procesów jednostkowych. Ustalenie układu technologicznego uzdatniania wód zawierających substancje powierzchniowo czynne powinno być każdorazowo poprzedzone szczegółowymi i wnikliwymi badaniami technologicznymi.

The paper presents the characteristics of surfactant substances occurring in natural waters. They are grouped into natural (soaps) and artificial, ionic (anionic, cationic and amphoteric) and non-ionic, soft (easily decomposable) and hard (slowly biodegradable) substances. Sources of those impurities in natural waters, i.e. household and industrial wastewaters as well as municipal landfills and damps, are presented. Contents of surfactant substances in selected surface and ground waters as well as in river and sea sediments are analyzed. Surfactants, accumulated in sediments, may be a secondary source of water pollution with those compounds. Acceptable concentrations of surfactant substances in surface waters taken in for drinking purposes are juxtaposed as well as in water intended for use for human consumption. The effect of surfactants on water organisms; direct or indirect, consisting in raising the solubility of many hazardous impurities such as pesticides, WWA is discussed. Surfactants accumulate on the surface of skin and gill, thus making oxygen exchange more difficult. The dose of ion detergents that is toxic for fish ranges from 6 to 7 g/m3, while that of non-ionic detergents ranges within 23 g/m3. Harmful effects of detergents for humans may occur as a result of water consumption or during bathing. Their bio-accumulation in internal organs of humans and animals lead to changes in protein structure. They may cause allergies and changes in the skin. The presence of surfactants at the level of 1 g/m3 reduces water aeration capacity by 60%, thus leading to inhibition of water self-cleaning processes and to fish kill. The presence of surfactants makes wastewater purification processes more difficult and water conditioning more complicated. A review of individual processes and methods of removing surfactants from aqueous solutions is included. Such processes as filtration, infiltration, coagulation, chemical oxidation, sorption, ion exchange, membrane processes and biochemical processes appear effective. Their effectiveness is affected to a high degree by water composition, types of surfactants and by process conditions. Very good results are achieved by employing combined methods, consisting of several processes. The choice of water conditioning processes to be employed for surfactant polluted waters should be determined in each case with thorough technological studies.

9. Wpływ zastosowania biopreparatów na liczebność bakterii i grzybów w glebach o różnym poziomie skażenia ropą naftową
Influence of Bioaugmentation on Bacteria and Fungi Number in Soil with Different Concentration of Crude Oil Pollution
Ewa ZABŁOCKA-GODLEWSKA, Wioletta PRZYSTAŚ
Strony: 117-128

Badaniom poddano glebę o różnym poziomie skażenia ropą naftową: 0, 20, 40 i 80 ml ropy/kg gleby. Celem pracy było określenie wpływu zawartości zanieczyszczenia oraz zastosowanych biopreparatów (bakteryjnego i grzybowego) na ogólną liczebność bakterii i grzybów, w tym również degradatorów ropy naftowej. Wprowadzone biopreparaty stanowiły mieszaniny szczepów zaadaptowanych do obecności zanieczyszczeń ropopochodnych. Zanieczyszczenie badanej gleby ropą naftową w początkowym okresie eksperymentu nie wpłynęło hamująco na liczebność organizmów w tej glebie. Wprowadzenie do środowiska biopreparatu bakteryjnego skutkowało zmniejszeniem się liczebności grzybów, natomiast zastosowanie szczepów grzybowych hamowało rozwój bakterii. Zmiany liczebność bakterii rozkładających ropę naftową pokrywały się ze zmianami ogólnej liczby bakterii. Natomiast zmiany liczebności grzybów rozkładających węglowodory ropopochodne nie pokrywały się ze zmianami ich ogólnej liczebności. W końcowym etapie eksperymentu obserwowano tendencje spadkowe liczebności wszystkich grup organizmów we wszystkich próbach.

Presence of petroleum pollution is still one of the crucial problems in environment protection. Differences in the concentration of pollutant cause different range of changes in environment from the slight biological balance perturbations to its complete degradation. Among different methods of soil remediation the most economic and accessible are bioremediation techniques, based on bioaugmentation of polluted ecosystems. A common method of bioaugmentation is introduction to environment bacterial strains. Less popular method is introduction of fungal strains. It is important to remember that introduction of allochthonic microorganisms to environment can influence on structure of biocenosis, and then can disturb the basic soil processes and contaminants degradation. The goal of experiment was evaluation of the influence of pollutant concentration on soil microflora (bacteria and fungi). Effects of bacterial and fungal strain introduction into polluted soil were also studied. Soil used in experiment was contaminated with different concentrations of crude oil (0 - control soil, 20, 40 and 80 ml crude oil per kg of soil) and augmented with mixture of bacterial or fungal strains adapted to pollutant. Microbiological analysis included: total bacteria number on MPA, total fungi number on Sabouraud and Martin medium, number of bacteria and fungi active in degradation of petroleum hydrocarbons on solid mineral medium (©i¹kinej-Trocenko) covered with thin film of crude oil. Crude oil contamination did not decrease total number of microorganisms at the beginning of experiment and even stimulation of bacteria growth was observed. Introduction of bacterial strains to soil caused the decrease of fungi number and introduction of fungal strains caused the decrease of bacteria number. Changes of crude oil degrading bacteria number were similar to changes of total bacteria number. At the same time correlation between total fungi number and number of fungi degrading crude oil was not observed. At the end of experiment (between 29th and 43rd day of experiment) number of all groups of microorganisms dropped down. It was probably connected with depletion of organic substances and decrease of bioavailability of biogens (especially in heavy polluted soil). The reason of such effects could be also the presence of toxic crude oil metabolites.