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 9, Numer 1

1. Wykorzystanie energii geotermalnej do produkcji ciepła i energii elektrycznej w Polsce
Utilisation of Geothermal Energy in Production of Heat and Electricity in Poland
Władysław NOWAK, Aleksander A. STACHEL
Strony: 5-21

Omówiono podstawowe koncepcje pozyskiwania i wykorzystywania wód geotermalnych do celów energetycznych oraz przedstawiono rozwiązania geotermalnych instalacji ciepłowniczych. Ponadto scharakteryzowano wpływ parametrów wody sieciowej i geotermalnej na ilość pozyskiwanego ciepła geotermalnego, a także znaczenie stosowania instalacji niskotemperaturowych odbioru ciepła i ich oddziaływanie na ilość pozyskiwanej energii, w tym korzyści wynikające z łączenia instalacji wysoko- i niskotemperaturowych. Na tym tle scharakteryzowano funkcjonujące w Polsce ciepłownie geotermalne, podając ich podstawowe parametry i przeznaczenie. Omówiono planowane w przyszłości przedsięwzięcia zmierzające do uruchomienia kolejnych instalacji geotermalnych. Osobną część pracy stanowi omówienie możliwości wykorzystania energii geotermalnej do produkcji energii elektrycznej. W literaturze przedmiotu można znaleźć dużą ilość informacji na temat wykorzystania wód geotermalnych o wysokiej entalpii do wytwarzania energii elektrycznej, przy czym najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest system jednoczynnikowy z bezpośrednim odparowaniem wody geotermalnej zasilającej turbinę. Jednak większość tak eksploatowanych elektrowni geotermalnych wykorzystuje wody o temperaturze powyżej 130°C. Tymczasem w Polsce temperatura wód geotermalnych przekracza 120°C tylko w bardzo głębokich odwiertach, a w istniejących ciepłowniach geotermalnych wynosi maksymalnie 86°C. Z tego też względu energia wód geotermalnych w Polsce może być wykorzystywana albo do wspomagania pracy klasycznych elektrowni i elektrociepłowni zasilanych paliwami konwencjonalnymi, albo jako zasadnicze źródło ciepła w elektrowniach geotermalnych bazujących na tzw. niskotemperaturowym obiegu Clausiusa-Rankine’a. Jako ilustrację tych możliwości przedstawiono koncepcję wykorzystania wód geotermalnych do wspomagania pracy dwóch klasycznych elektrociepłowni opalanych paliwem stałym. Ponadto zaprezentowano wyniki prowadzonych prac, mających na celu ocenę możliwości wykorzystania energii geotermalnej wód o średniej i wysokiej entalpii do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach i elektrociepłowniach z tzw. organicznym obiegiem Clausiusa-Rankine’a. W pracy omówiono zasadę działania obiegów niskotemperaturowych oraz podano przykładowe wyniki obliczeń i możliwości praktycznego ich zastosowania. Omówiono również perspektywy dalszego rozwoju tej dziedziny energetyki w Polsce

Until the mid nineties of the past century geothermal waters were utilised in Poland primarily in balneology. Their practical implementation in the power sector started with commissioning in 1993 of a demonstration geothermal installation in Banska near Zakopane. Presently in Poland there are in operation six installations based on resources of hot water with temperatures ranging from +17 to +86°C. In the majority of cases these waters are exploited by means of geothermal doublets. That means that extracted to the surface water, following the removal of heat from it, is subsequently pumped back to the bed. In two cases cooled water is used for drinking purposes. In the paper discussed is a fundamental concept of acquisition and utilization of geothermal water for power production purposes as well as presented are adequate designs of thermal installations. Additionally, characterized has been the influence of parameters of geothermal water and network water on the amount of acquired geothermal heat as well as importance of application of low-temperature installations including the benefits stemming from combination of high and low temperature installations. In that light characterized have been operating in Poland geothermal heat stations by presenting their parameters and destination. Discussed have been investments underway and planned in future aimed at commissioning of further geothermal installations. A separate part of work is description of the possibilities of utilization of geothermal energy for production of electricity. In literature can be found a number of information on utilization of geothermal waters with high enthalpy for production of electricity, where most often encountered solution is a single component system with a direct evaporation of geothermal water supplying the turbine. However, majority of operated in such way geothermal power stations utilizes water with temperatures exceeding 130°C. In Poland temperature of geothermal water exceeds 120°C only in very deep boreholes and in geothermal heat stations it reaches 86°C at maximum. For that reason energy of geothermal waters can be used in Poland only in supporting operation of classical power plants and heat and power plants, or as a principal heat source in geothermal power plants based on so called low temperature Clausius-Rankine cycle. As an illustration of these possibilities in the paper presented has been a concept of utilization of geothermal waters for aiding operation of two classical heat and power stations on solid fuel. Additionally presented have been the results of activities carried out at the moment aimed at utilization of energy from geothermal waters with medium and high temperature for production of electricity in power stations and heat and power stations with a so called organic Clausius-Rankine cycle. In the paper discussed has been the principle of operation of low-temperature cycles as well as presented have been sample results of calculations and possibilities for their practical implementation. Discussed also have been perspectives of further development of that branch of power sector in Poland.

2. Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej w systemie zasilanym biogazem z oczyszczalni ścieków
Cogenerative Production of Heat and Electric Energy by the System Supplied with Biogas from a Waste-water Treatment Plant
Joanna WILK, Franciszek WOLAŃCZYK
Strony: 23-35

Zaprezentowano systemy skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej funkcjonujące w oczyszczalni ścieków w Rzeszowie. Są to dwa systemy pracujące w latach 2001-2005. System nowy zastąpił pod koniec 2003 roku starszy układ CHP (combined heat power), który pracował w oczyszczalni od 2001 roku. Nowy układ, podobnie jak i poprzedni, jest zasilany biogazem powstającym w wyniku fermentacji osadów ściekowych w wydzielonych komorach fermentacyjnych. Przeprowadzone badania eksploatacyjne pozwoliły na wyznaczenie rzeczywistych wartości podstawowych energetycznych wskaźników pracy systemów, które to w zasadniczy sposób informują o zaistniałych korzyściach energetycznych. Oszacowano również efekt ekologiczny, objawiający się zmniejszeniem emisji gazu cieplarnianego CO2. Pracujący obecnie system składający się z dwóch modułów ciepło- i prądotwórczych oraz dodatkowo włączanych kotłów na biogaz w całości zaspokaja potrzeby cieplne oczyszczalni oraz częściowo pokrywa zapotrzebowanie na energię elektryczną.

Cogenerative production of heat and electric energy based on combustion engine or gas turbine can be alternative energy source for large energetic systems. This system CHP (combined heat power) may be applied wherever the requirement of the thermal and electric energy exists in relatively small amount. Biogas fuel feeding presents an attractive option in applications for small CHP systems. The systems may be supplied with biogas which is formed, for example, during the methane fermentation of the sewage sludge in the waste-water treatment plant. Biogas energy utilization for the covering of heat water demand and electric energy demand are the main energy aspects of biogas fuel disposal in the waste-water treatment plant. Standard CHP system carefully uses waste heat through the heat exchangers, using water as the heating medium. The waste heat from the CHP unit operation is also used for central heating and for the heating of municipal water in the waste-water treatment plant. Except for the heat, the CHP unit covers a part of the electricity demand. The paper presents the old and the new systems of the cogenerative production of heat and electrical energy. The old system was working in the waste-water treatment plant in Rzeszów from 2001 to 2003. The system was modernized in January 2002. It consisted of two CHP units. Each unit consisted of Diesel engine type SW860 driving asynchronous generator. The electric power of the single unit was 90 kW, the thermal power - 130 kW, and the biogas consumption - 50 m3/h. The heat production in 2002 was 6699 GJ, and 6898 GJ in 2003. Adequately, the electric energy production in the year 2002 was 1378 MWh, and 1419 MWh in the year 2003. The new system replaced the old one in the end of 2003. The new cogeneration system consists of two modules made by MDE in Germany. The electrical power of a single module is 345 kW and the heating power is 531 kW. The biogas consumption of the single module is 140 m3/h. The heat production by the new system in 2004 was 16.108 GJ, and the electric energy production in 2004 was 3319 MWh. The effect of the replacement the old system by the new one is the considerable increase of the produced heat and electric power. The produced heat power entirely covers the heating needs of the waste-water treatment plant and the produced electric power covers the electric needs in 39%. On the basis of the exploitation investigations results the real values of the energy utilization factors were calculated. These factors allowed to obtain the economic effect resulting from CHP system application. The ecological effect as a reduction of greenhouse gas (CO2) emission was also obtained.

3. Charakterystyka nanoporowatych węgli aktywnych za pomocą izoterm adsorpcji z fazy gazowej
Characterization of Nanoporous Active Carbons by Using Gas Adsorption Isotherms
Jerzy CHOMA, Aleksandra ZAWIŚLAK
Strony: 37-48

Dla trzech przemysłowych węgli aktywnych wyznaczono metodą objętościową niskotemperaturowe (77 K) izotermy adsorpcji-desorpcji azotu w szerokim przedziale ciśnień względnych (od ok. 106 do ok. 1,0). Izotermy te wykorzystano do charakterystyki właściwości strukturalnych i powierzchniowych węgli aktywnych o bardzo dobrze rozwiniętej porowatości. W tym celu wykorzystano metodę BET i s w kombinacji z zaawansowanymi numerycznymi metodami opartymi na teorii funkcjonału gęstości i funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego. Do analizy izoterm adsorpcji z fazy gazowej zastosowano równania izoterm adsorpcji Dubinina-Stoeckli oraz Jarońca-Chomy, przydatne do opisu niejednorodnych mikroporowatych węgli aktywnych. Taka kombinacja dobrze znanych metod wraz z metodami nowymi dostarcza ilościowych informacji dotyczących mikro- i mezoporowatości badanych węgli aktywnych. Takie parametry struktury porowatej, jak: powierzchnia właściwa BET, całkowita powierzchnia właściwa, objętość mikroporów, powierzchnia właściwa mezoporów i całkowita objętość porów, ale również funkcje rozkładu objętości porów i rozkładu potencjału adsorpcyjnego wskazują na istotne zróżnicowanie badanych węgli aktywnych. O ile węgiel aktywny NP5 jest mikroporowaty, o tyle węgle WV-A900 i BAX 1500 są mikro-mezoporowate, wszystkie z bardzo silnie rozwiniętą porowatością.

Nanoporous carbons are very popular materials in science and technology. They have been widely used as adsorbents, chromatographic packings, supports, catalysts as well as materials for gas storage, electrodes and electric double layer capacitors. Adsorption application of nanoporous carbons involves such processes as purification of air, water, industrial gases, solvent recovery, separation of gas and liquid mixtures. The aim of this paper is to provide a short overview of the methodology for characterization of nanoporous carbons by using gas adsorption isotherms. In addition, a consistent thermodynamic approach is presented to study the structural and energetic heterogeneity of adsorbents. In this approach the adsorption potential distribution, which provides information about changes in the Gibbs free energy for a given system, is a key thermodynamic function. Low temperature nitrogen adsorption-desorption isotherms at 77 K were measured by a volumetric method for three commercial active carbons in the entire range of relative pressures (from about 106 to about 1.0). These isotherms were used to characterize the structural and surface properties of active carbons of well developed porosity. For this purpose use of the BET and s-plot methods in combination with advanced numerical methods based on the density functional theory calculations and adsorption potential distribution functions. The Dubinin-Stoeckli and Jaroniec-Choma equations for heterogeneous microporous carbons, are considered for the analysis of gas adsorption isotherms. The combination of well-known methods with a new ones allows for the quantitative estimation of micro- and mesoporosity of the active carbons studied. The parameters of the porous structure such as the BET surface area, total surface area, micropore volume, mesopore surface area, and total pore volume as well as pore size and adsorption potential distributions, indicate a significant differentiation of the active carbons studied. While the active carbon NP5 is microporous, WV-A900 and BAX 1500 are micro-mesoporous carbons of highly developed porosity.

4. Mikrobiologiczne zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniach uczelni
Microbiological Pollution of Indoor Air in University Rooms
Adam MUSZYŃSKI, Agnieszka CZERWIŃSKA, Ilona CHRUŚLIŃSKA
Strony: 49-59

Celem badań była ocena stopnia zanieczyszczenia powietrza wewnętrznego pod względem mikrobiologicznym w salach dydaktycznych szkoły wyższej w zależności od pory roku i typu pomieszczenia. Próbki pobierano w trzech pomieszczeniach - auli wykładowej, sali ćwiczeniowej i holu oraz na zewnątrz budynku w okresie jesiennym, zimowym i wiosennym, rano i po południu (przed i po zajęciach dydaktycznych). Oznaczano ogólną liczbę bakterii psychrofilnych i mezofilnych, gronkowców mannitolododatnich, promieniowców oraz grzybów. Wyniki podawano jako jednostki tworzące kolonie w m3 (jtk/m3). Badania wykazały wyższą zawartość bakterii psychrofilnych niż mezofilnych, co wskazuje na stosunkowo wysoką sprawność systemu wentylacji. Zauważono zależności pomiędzy ilością i rodzajem mikroorganizmów a porami roku - najwięcej mikroorganizmów z grupy bakterii psychrofilnych, promieniowców i grzybów zaobserwowano wiosną i jesienią, najmniej zimą. Dobowa zmienność zawartości mikroorganizmów w powietrzu zależała od charakteru badanego pomieszczenia. Najmniej zanieczyszczone było powietrze w sali ćwiczeniowej, gdyż w sali tej sprawność wentylacji była wyższa niż w innych badanych pomieszczeniach. Duży wpływ na wysokie stężenia mikroorganizmów w godzinach porannych w sali wykładowej miało przeprowadzane tam sprzątanie. Najwyższe zanieczyszczenie stwierdzono w holu. Nie odnotowano przekroczenia zalecanych przez Komisję Europejską wartości stężeń bakterii w powietrzu dla pomieszczeń wewnętrznych. Stwierdzono przekroczenie bardzo restrykcyjnych zaleceń WHO w stosunku do stężeń mieszaniny grzybów w powietrzu wewnętrznym.

Most of our life is spent indoors and therefore indoor air may present a greater risk to human health than exposure to atmospheric air contaminants. Among microorganisms present in indoor air there are bacteria, fungi and viruses which can be allergic, pathogenic and/or cause immunotoxic effects. The aim of the investigation was to examine the microbiological pollution of indoor air in university rooms depending on a season of the year and a type of a room. The research was carried out in autumn, winter and spring. Three types of rooms were selected: a big lecture hall, a small exercise room and an entrance hall. Outdoor air was investigated as well. For the purpose of air sampling, the impaction method was employed and MAS 100 Eco sampler, operating on the principle of the Andersen air sampler (corresponding to its 5th stage) was used. Air samples were taken in 2 series - early in the morning and late afternoon (before and after lectures). Total numbers of psychrophilic and mesophilic bacteria, mannitol-positive staphylococci, actinomycetes and fungi were determined. The cultivation method was applied and therefore only cultivable microorganisms, capable of growing on solid media, were detected. Results were presented as colony forming units in m3 (CFU/m3). The proposition of a new Polish Standard for microbiological quality of atmospheric air was used as a criterion for assessing microbiological pollution of outdoor air, guidelines of WHO and CEC - for indoor air. The investigations proved higher concentrations of psychrophilic than mesophilic bacteria in indoor air, which suggests that the ventilation system works properly and effectively. A direct correlation between a season of the year and the number and type of microorganisms in indoor air was found - higher amounts of psychrophilic bacteria, actinomycetes and fungi were observed in spring and autumn than in winter. The lowest pollution was found in the small exercise room - number of microorganisms was lower in the morning and clearly higher in the afternoon. In the lecture hall air quality in the morning was strongly affected by cleaning operations which increased concentrations of microorganisms in the air. The indoor air of lecture and exercise rooms was generally clean and numbers of bacteria did not exceed the average levels given in the guidelines. The total numbers of microorganisms (as CFU/m3) ranged between 10 and 1030 for mesophilic bacteria, 50 and 1930 for psychrophilic bacteria, 0 and 10 for staphylococci, 0 and 6 for actinomycetes, 0 and 232 for fungi. Relatively higher microbiological pollution was found in the entrance hall. The total numbers of microorganisms ranged between 380 and 1910 for mesophilic bacteria, 680 and 4460 for psychrophilic bacteria, 1 and 16 for staphylococci, 0 and 15 for actinomycetes, 13 and 762 for fungi. The number of fungi exceeded the WHO guidelines for mixture of species in indoor air. The outdoor air was generally polluted at low level.

5. Wyznaczanie emisji ciepła antropogenicznego z aglomeracji miejskiej
Anthropogenic Heat Release from an Urban Area
Zbigniew BAGIEŃSKI
Strony: 61-78

Występowanie miejskiej wyspy ciepła (MWC) jest cechą charakterystyczną aglomeracji miejskich. Wśród wielu czynników, wpływających na charakter i intensywność miejskiej wyspy ciepła, istotną rolę odgrywa strumień ciepła antropogenicznego, zmieniający się w cyklu dobowym, a dla miast położonych w umiarkowanej i zimnej strefie klimatycznej również w cyklu rocznym. Szczególny wpływ na warunki klimatyczne i sanitarne aglomeracji miejskiej posiadają źródła, z których następuje równoczesna emisja ciepła, gazowych i pyłowych zanieczyszczeń powietrza oraz pary wodnej. W pracy przedstawiono metodykę wyznaczania strumienia ciepła antropogenicznego z czterech głównych źródeł: transportu, struktury urbanistycznej, technologii przemysłowych oraz metabolizmu ludzi. Na podstawie przedstawionej metodyki obliczono wartości strumieni ciepła antropogenicznego z poszczególnych źródeł dla charakterystycznych obszarów m. Poznania. Obszary różnią się funkcjami, strukturą zabudowy oraz strukturą zaopatrzenia w ciepło. Zwracają uwagę szczególnie wysokie wartości gęstości strumieni ciepła z obszarów o dominującym udziale ogrzewań indywidualnych i lokalnych kotłowni - do 77 Wm-2 (w zimie, w ciągu dnia) w porównaniu z obszarami zasilanymi w ciepło z elektrociepłowni - do 35 Wm-2. Średni roczny strumień ciepła antropogenicznego z obszaru Poznania wyznaczono na poziomie 72 GJ na mieszkańca.

The heat island phenomenon is a very important feature of urbanized areas. Several factors can influence the creation of the urban heat island, however the most important factor is the anthropogenic heat flux. Heat release causes diurnal variation of Urban Heat Island, and for cities in moderate and cold climates also seasonal (winter/summer) variation. Simultaneous release of heat, air pollutants, CO2 and water vapor significantly influences on air quality in the cities. In this paper, the methodology of calculating the heat released from four major anthropogenic sources: vehicular traffic, building sector, industrial technology and human metabolism, has been presented. If we ignore industrial technology, the main source of anthropogenic heating in the cities of cold climate, is heat-power generation in winter. The amount of heat released depends on the heat-power supply structure in urban areas. When we know this structure and the balance of heat sources and heat users, we can estimate the total heat flux from the building sector. Heat released from vehicular traffic dominates in the summer, in daytime in urban cores of large cites. In order to estimate heat released from vehicles it is necessary to have detailed hourly profiles of traffic on major and minor roadways throughout the urban area. Heat released from human metabolism is the least important component in anthropogenic heating. Based on this methodology and the analysis of the city of Poznan (city in Poland with the population of 572,000), the heat released from major anthropogenic sources was calculated, for specific areas of the city. The areas under analysis can be distinguished by the town-planning functions, building structures and heat-power supply structures. Anthropogenic heating from city areas with large participation of individual and local boiler rooms and large density of buildings, ranges between 54 and 77 Wm-2 (in winter daytime). It is greater than the emission from areas supplied by the heat and power generating plant (2735 Wm-2). The average anthropogenic heat flux value from Poznań area range is 72 GJ per capita per year.

6. Zmiany parametrów reologicznych w wybranych procesach kondycjonowania osadów ściekowych przed ich odwadnianiem
Rheological Parameters Changes in the Chosen Conditioning Processes of Sewage Sludge before Dewatering
Lidia WOLNY, Paweł WOLSKI, Beata BIEŃ, Iwona ZAWIEJA
Strony: 79-87

Przedstawiono część wyników badań wpływu kondycjonowania na granicę płynięcia, jak również na jej związek z parametrami określającymi stopień odwadniania osadów ściekowych. Granica płynięcia, lepkość, naprężenia styczne są parametrami reologicznymi przydatnymi w praktyce do kontroli pompowania osadów, płynięcia oraz innych procesów technologicznych związanych z ich przeróbką. Na podstawie otrzymanych wyników badań odnotowano pewną zależność pomiędzy uwodnieniem końcowym, oporem właściwym osadów, potencjałem dzeta a granicą płynięcia kondycjonowanych osadów ściekowych. Zwiększenie efektywności odwadniania osadów powoduje spadek zdolności ich płynięcia poprzez wzrost granic płynięcia, a tym samym wartości naprężeń stycznych.

The article presents the part of the research project on the influence of conditioning on rheological parameters as well as their correlation with the parameters determining the degree of sewage sludge dewatering. The yield point, viscosity, shearing stress are rheological parameters applied for the control of sludge pomping, flowing and other technological processes connected with sewage sludge management. During the experiments some relationship between hydration, specific resistance, zeta potential and yield point of sewage sludge subjected to conditioning was observed. The research was conducted on sewage sludge taken from closed sludge digestion chamber of mechanical and biological waste-water treatment plant at medium daily flow Q = 57 000 m3/d. Sludge was pretreated by two polyelectrolytes (weakly cathionic and strong cathionic) as well as ultrasound field. Ultrasound generator UD-20 with a “Sandwich” concentrator with frequency of 22 kHz and amplitude 8 m was used for the physical pretreatment. The time of sonification of sewage sludge was respectively 10, 30, 60 and 120 s. The yield curve and yield point were determined by Rheometer RC 20. The research was conducted for the coagulation velocity in the range of 0÷400 s-1 at the time of the measurement 120 s. Analysing the influence of the polyelectrolytes dose on the shearing stress value, it was possible to affirm that preparing of sewage sludge by polyelectrolytes caused the increase shearing stress in comparison with nonconditioned sludge. The bigger dose was applied the increase was more intensive. Modification of ultrasound field caused the decrease of shearing stress value compared to sewage sludge pretreated only by polyelectrolytes in the same doses. In the article some relation between the degree of dewatering of sewage sludge and yield stress was considered. The yield stress is a rare determined parameter in the methodology of initial researches on sewage sludge. However, the measurement of rheologic parameters can be useful in the determination of transformation between dispersional and coagulational area of medium. Some dependence between rheological parameters and degree of dewatering of sewage sludge was noticed. Thus rheological parameters can be the important control parameter in the sewage sludge management. For the sake of different properties of each of tested sludge the preliminary sludge characteristic is demanded to determine the parameters characterizing its hydraulic abilities. Between the rheological parameters and parameters of dewatering degree of conditioned sewage sludge exact dependences exist. The increase of polyelectrolyte dose as well the sonification time prolongation caused achieving of higher values of liquid limit, which was connected with deteriovation of sludge hydraulic properties. However conditioning had influence on improvement of achieved final hydration values, which was the advantageous effect in the case of sludge disposal.

7. Ocena wpływu zanieczyszczeń ropopochodnych na uziarnienie i plastyczność gruntów spoistych
Evaluation of the Influence of Oil Pollution on Particle Size Distribution and Plasticity of Clay Soils
Elżbieta KORZENIOWSKA-REJMER, Dorota IZDEBSKA-MUCHA
Strony: 89-103

Przedstawiono wyniki wieloletnich badań wpływu zanieczyszczeń ropopochodnych na niektóre właściwości gruntów spoistych. Badania dotyczyły zmian składu granulometrycznego gruntów pylastych, stanowiących podłoże obiektów związanych z magazynowaniem paliw na terenie jednej z rafinerii Polski południowej, poddanych długotrwałym zanieczyszczeniom. Przedstawiono również wyniki badań modelowych zmian uziarnienia i granic konsystencji, przeprowadzonych na próbkach gruntów spoistych zanieczyszczanych benzyną i olejem napędowym w warunkach laboratoryjnych. Badaniami objęto grunty spoiste czwartorzędowe i trzeciorzędowe o znacznym rozprzestrzenieniu na terenie Polski oraz wzorcowe iły monomineralne: bentonit, ił illitowy i kaolinit. Przeprowadzone analizy składu granulometrycznego gruntów, pobranych z podłoża obiektów inżynierskich, jak i próbek zanieczyszczanych olejem napędowym w warunkach laboratoryjnych wykazały znaczne zmiany zawartości poszczególnych frakcji gruntu. Na skutek agresji fizykochemicznej nastąpiła znaczna redukcja zawartości frakcji piaskowej i iłowej, zwiększeniu uległa zawartość frakcji pyłowej. Uzyskane wyniki zmian granic konsystencji próbek gruntów zanieczyszczanych benzyną i olejem napędowym wskazują, że w układzie dwufazowym grunt-ciecz ropopochodna grunty spoiste mogą tracić spoistość, nabierając cech gruntów drobnoziarnistych sypkich, nie wykazują również zdolności do skurczu. Zaznacza się wyraźny spadek wartości granicy płynności, zmniejszeniu ulega wartość wskaźnika plastyczności. Zmiany uziarnienia i plastyczności badanych gruntów wpływają na zmiany wartości parametrów geotechnicznych, odpowiedzialnych za wytrzymałość i odkształcalność ośrodka gruntowego, zmieniając jego właściwości jako podłoża budowlanego. Ponadto, infiltracja zanieczyszczeń ropopochodnych przez warstwę gruntów spoistych może zmniejszyć lub wykluczyć przydatność tych gruntów jako nieprzepuszczalnej bariery ochronnej dla wielu zbiorników wód podziemnych.

This paper presents the results of many years’ investigation of oil pollution influence on selected geological-engineering properties of clay soils. Experimental material included: (1) soils polluted with oil substances in situ, exposed to the pollutant for about 50 years and (2) soils polluted with petrol and diesel oil in laboratory. The first group comprised silty soils, which were the foundation of fuel depositories in the refinery area in South Poland. The second group comprised Quaternary glacial tills and Tertiary clays, which are widespread in Poland; and pure clay minerals: Na-montmorillonite from Wyoming (USA), illite from Bukowa Góra (Poland), kaolinite from Sedlec (Czech Republic). Analyses of particle size distribution, plasticity and shrinkage parameters were made. Results obtained proved that significant changes of considered parameters take place in the oil contaminated soil. Due to physical-chemical aggressiveness of oil substances, sand and clay fraction content decreased while silt fraction content increased. Examination of soils contaminated in laboratory revealed a reduction in liquid limit, plasticity index and linear shrinkage values. This tendency is associated with differences in physical-chemical characteristic of water and oil substances. In a diphase system of solids and petroleum liquid, clay soils lose their plasticity and behave like a noncohesive soil. Alterations of particle size distribution and plasticity of clay soils result in changes of several geological-engineering parameters related to strength and deformability of the soil ground. Contaminated area should be thus carefully examined when evaluated in the aspect of land development. Results presented above also raise a question of suitability of clay soils as barriers against petroleum contaminants.

8. Stan zanieczyszczenia wód Jeziora Strzeszyńskiego w Poznaniu
Water Pollution State of Strzeszyńskie Lake in Poznań
Marlena DZIK, Michał MICHAŁKIEWICZ
Strony: 105-119

Jezioro Strzeszyńskie położone jest w środkowo-zachodniej Polsce, w granicach miasta Poznania. Powierzchnia zbiornika wynosi 34,9 ha, jego pojemność 2,847 mln m3, a maksymalna głębokość 17,8 m. Badania wody Jeziora Strzeszyńskiego oraz cieków z nim związanych przeprowadzono w trzech charakterystycznych okresach limnologicznych (wiosna, lato, jesień) w 2004 roku. Omówiono układ termiczno-tlenowy oraz scharakteryzowano dynamikę zmian wybranych wskaźników fizyczno-chemicznych określających jakość wody w zbiorniku. Uzyskane wyniki analiz fizyczno-chemicznych (np. BZT5, azotu, tlenu, fosforu) i biologicznych (seston, chlorofil a, bakteriologia) świadczą o tym, że jest to jezioro o słabym zanieczyszczeniu. Jezioro nie jest podatne na degradację, a jego wody wg klasyfikacji Kudelskiej, Cydzik, Soszki (1994) mieszczą się w zakresie II klasy czystości. Jedynie wody plosa północno-zachodniego, ze względu na zły wynik miana coli typu kałowego, określono jako III klasy czystości. Badania cieków związanych z jeziorem (dopływ i odpływy) wskazują, że posiadają one wodę, w której przeważają wskaźniki najwyższej jakości (I i II klasa). Porównując wartości istotnych wskaźników jakości wód z lat 1994 i 2004 stwierdzono, że nie nastąpiły zasadnicze zmiany jakości wody badanego jeziora.

The Strzeszyńskie Lake is situated in mid-western Poland within the city of Poznań. Surface area of the reservoir is 34.9 ha, and its total cubic content is 2.847 mln m3 of water, with the maximum depth of 17.8 m. The total area of the lake’s drainage basin is 755.9 ha. Researches of the water of Lake Strzeszyńskie were made in three characteristic limological periods (spring, summer, autumn) in the year 2004. Water samples were submitted to complete physico-chemical analysis, including the determinations of: temperature, turbidity, colour, odour, pH, alkalinity, acidity, hardness, biochemical oxygen demand, chemical oxygen demand, oxygen consumption, dissolved oxygen, total residue, mineral residue and organic residue, as well as of the concentrations of ammonia nitrogen, nitrite N, nitrate N and organic N, inorganic phosphate and organic phosphate, calcium, magnesium, chloride and sulphate. The results of investigations on thermal and oxygenic conditions, existing in the reservoir and the changes dynamics of selected physico-chemical indicators of water quality in Strzeszyńskie Lake were described. Total nitrogen concentrations fluctuated at sampling stations from 0.377 mgN/dm3 (station 1, autumn) to 2.312 mgN/dm3 (station 4, summer). Inorganic nitrogen was characterized by dominance of ammonia nitrogen. Organic phosphorus concentrations were considerably high in relation to total phosphorus. Determination of BOD5, nitrogen, oxygen and phosphorus as well as biological indicators like: dry matter of seston, chlorophyll a and sanitary bacteriology showed that the level of pollutions was rather low. It was confirmed that Strzeszyńskie Lake isn’t susceptible to the degradation. According to the classification of Kudelska, Cydzik, Soszka (1994) water of the lake was estimated in the second purity class. Comparing the values for important indicators of water quality studied during vegetation period in the years 1994 and 2004, it becomes clear that the water quality did not change significantly in the lake.