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 4

1. Mechanizmy i efektywność usuwania zanieczyszczeń mikrobiologicznych na filtrach gruntowo-roślinnych
Review on mechanisms and efficiency of removal of microbiological contaminants in constructed wetlands
Aneta Łuczkiewicz, Eliza Kulbat, Krystyna Olańczuk-Neyman, Bernard Quant, Anna Rymszewicz
Strony: 349-363

Hydrofitowa metoda jest stosowana do oczyszczania wód opadowych, ścieków bytowo- -gospodarczych z pojedynczych gospodarstw oraz odcieków ze składowisk komunalnych. Większość publikowanych wyników badań dotyczących skuteczności oczyszczania ścieków na złożach gruntowo-roślinnych koncentruje się głównie na zagadnieniach usuwania zawiesiny, substancji organicznych i pierwiastków biogennych, natomiast nieliczne tylko prace prezentują wyniki stanu sanitarnego odpływów. W pracy scharakteryzowano zasadnicze mechanizmy przyczyniające się do usuwania zanieczyszczeń mikrobiologicznych ze ścieków oczyszczanych w różnych konfiguracjach systemów hydrofitowych oraz przedstawiono ich efektywność w eliminacji bakterii wskaźnikowych. Obniżanie liczby bakterii pochodzenia kałowego, cyst pierwotniaków i jaj helmintów w procesach oczyszczania ścieków na filtrach gruntowo-roślinnych jest efektem ich zatrzymywania, eliminacji oraz obumierania. Zatrzymywanie tego typu allochtonicznych zanieczyszczeń w ośrodku porowatym jest efektem fizykochemicznych procesów, takich jak: sedymentacja, filtracja i adsorpcja, na które wpływają warunki przepływu i czas zatrzymania. Do obniżania liczby mikroorganizmów (eliminacji) przyczyniają się biologiczne procesy, wśród których do najważniejszych należą: drapieżnictwo, antagonizm, konkurencja o substancje pokarmowe lub pierwiastki śladowe i liza przy udziale bakterii lub wirusów. Obumieranie jest natomiast skutkiem niekorzystnego wpływu różnorodnych czynników abiotycznych, takich jak: odczyn (pH), temperatura, działanie promieniowania UV, brak wilgoci. Ponadto istotną rolę w usuwaniu zanieczyszczeń mikrobiologicznych odgrywają makrofity porastające systemy hydrofitowe, których skuteczność jest w znacznym stopniu związana z porą roku. Makrofity zmniejszają przepływ ścieków i sprzyjają sedymentacji drobnych cząstek zawiesiny wraz z zatrzymanymi na nich bakteriami. Również liczne substancje produkowane przez ich system korzeniowy względnie produkowane przez populacje bakterii zasiedlające korzenie są toksyczne dla bakterii pochodzenia kałowego. Z drugiej zaś strony makrofity chronią mikroorganizmy przed szkodliwym wpływem promieniowania UV. Wprawdzie skuteczność usuwania bakterii wskaźnikowych na filtrach gruntowo-roślinnych jest zbliżona do uzyskiwanej w wysoko efektywnych oczyszczalniach ścieków, to jednak odpływy z obu typów oczyszczalni nadal budzą zastrzeżenia pod względem mikrobiologicznym.

Constructed wetlands (CW) have been considered as a waste and a stormwater treatment systems for small communities or for areas with unsteady sewage flow conditions. Several investigations were undertaken for estimation suspended solids, organic matter and nutrients efficiency removal but only few focused on retention of microorganisms in constructed wetlands. In this review mechanisms of elimination of viruses, indicator bacteria as well as helminth eggs and protozoan parasites are discussed. Generally the retention and the removal efficiency of microorganisms in the wetlands systems can be attributed to the combination of filtration, sorption and inactivation, which are controlled by the retention time and the flow condition. Filtration depends on the beds’ matrix and involves the physical blocking of movement through the pores smaller than microorganisms. Binding between the solid surfaces and the microorganisms (especially bacteria cells) is mainly affected by the chemistry of the bed particles and the properties of the microbial organisms. The rate of microorganisms inactivation is probably also influenced by abiotic and biotic factors. The majority of allochtonic microorganisms die off after introduction to the “natural” treatment systems such as wetlands because of the abiotic stress. But even subpopulations better suited for survival and colonization, can also be eliminated because of predation. The bacterial phages, protozoa and nematodes as well as inhibitory substances secreted by other bacteria may also be a reason of reduction of the enteric bacteria in the wetland conditions. Also macrophytes in the wetland system are regarded as an essential in hygienisation of wastewater. However bacterial elimination in constructed wetlands is regarded as a highly efficient (> 99.9%), the final number of bacteria in the treated sewage can still affect the environmental ecosystems.

2. Specjacja metali ciężkich w kondycjonowanych osadach ściekowych stabilizowanych w procesie fermentacji metanowej
Speciation of Heavy Metals in Pre-Treated Sewage Sludge after Methanogenic Fermentation
Lidia Dąbrowska, Dorota Papis
Strony: 365-377

Prezentowane w artykule badania prowadzono w kierunku określenia przydatności kondycjonowania osadów ściekowych metodą termiczną do upłynnienia substratu organicznego i intensyfikacji procesu fermentacji. Podjęto próbę wykazania, na ile kondycjonowanie przyczynia się do przechodzenia jonów metali ciężkich z osadów do cieczy osadowych i wpływa na zmianę form ich występowania w osadach po fermentacji. Stwierdzono korzystny wpływ 6-godzinnego termicznego kondycjonowania osadów na fermentację metanową, o czym świadczy uzyskanie w procesie fermentacji osadu kondycjonowanego większej o ok. 12% sumarycznej ilości biogazu w porównaniu do osadu niekondycjonowanego. Kondycjonowanie termiczne osadu spowodowało przechodzenie jonów cynku, miedzi i niklu do cieczy osadowej, przy czym najwyższy wzrost stężenia uzyskano dla niklu. Kondycjonowanie osadów nie przyczyniło się do istotnych zmian form występowania metali ciężkich w osadach po procesie fermentacji. W przypadku miedzi 85% całkowitej zawartości było związane z frakcją organiczną. Cynk występował głównie w połączeniu z uwodnionymi tlenkami żelaza i manganu (3341%) oraz materią organiczną (2932%), odpowiednio w kondycjonowanych i niekondycjonowanych osadach. Nikiel występował w osadzie kontrolnym w podobnych ilościach we wszystkich frakcjach (po ok. 1822% w każdej frakcji), natomiast w osadzie kondycjonowanym głównie w połączeniach z tlenkami żelaza i manganu (24%) oraz materią organiczną (26%). We frakcji związków trudno rozpuszczalnych wyższą zawartość cynku i niklu stwierdzono po fermentacji w osadzie niepoddawanym kondycjonowaniu, co może świadczyć o tym, że intensyfikacja fermentacji poprzez kondycjonowanie termiczne osadów powoduje uwalnianie metali ze stabilnych połączeń.

The research presented in this paper was aimed at determining the influence of thermal pre-treatment of sewage sludge on liquefaction of organic substrates and intensification of the fermentation process. The attempt was also made to evaluate the degree, in which thermal pre-treatment may cause a release of heavy metals (Zn, Cu and Ni) from sludge to the liquid phase, and may affect changes of their forms of occurrence (speciation) in sludge after fermentation. The samples of sludge (primary, excess and fermenting) were obtained from the municipal wastewater treatment plant in Czestochowa. Mesophilic fermentation was carried out in bioreactors (V = 0.55 dm3) with the mixture of primary and excess sludge pre-treated thermally (T = 70°C, t = 6 h) and inoculated with the fermenting sludge. As a control, a bioreactor with non-treated sludge mixture was used. For quantitative determination of heavy metals speciation in sludge the sequential extraction was done according to the modified Tessier’s procedure. The profitable effect of 6-hour thermal pre-treatment on methanogenic fermentation was observed due to improved hydrolysis of organic substrates, as indicated by double increase of organic carbon content in the liquid phase, as well as by generation of 12% more biogas (in volume), as compared to the control. Thermal pre-treatment of sludge resulted in a release of all Zn, Cu and Ni ions to the liquid phase, and the highest increase of concentration was observed for Ni ions. However, after fermentation the decrease of heavy metals concentration in the liquid phase and their accumulation in sludge were found in both: test and control reactors. Thermal pre-treatment did not cause any significant changes of heavy metals speciation in sludge after fermentation. In the case of Cu ions, ca. 85% of their total amounts present, were connected with organic matter. Zn ions were mainly bound with hydrated Fe and Mn oxides (3341%) and organic matter (2932%) for pre-treated and non-treated sludge mixtures, respectively. Ni ions were present in the non-treated sludge mixtures in similar amounts in all forms of occurrence (each fraction of ca. 1822%), whereas in the pre-treated sludge they were mainly bound with Fe and Mn oxides (24%) and organic matter (26%). Higher contents of Zn and Ni found in the fraction of non-dissolved compounds after fermentation of non-treated sludge may indicate that intensification of the fermentation process by thermal pre-treatment causes the release of heavy metals from the stable complexes.

3. Badania wstępne podatności ścieków klejowych na rozkład chemiczno-biologiczny
Preliminary testes of chemical-biological degradability of adhesive wastewater
Krzysztof PIASKOWSKI, Renata ŚWIDERSKA-DĄBROWSKA
Strony: 379-394

Przedstawiono badania laboratoryjne nad wykorzystaniem układu chemiczno-biologicznego do oczyszczania ścieków poprodukcyjnych z fabryki okien i drzwi. Użycie odczynnika Fentona do procesu pogłębionego chemicznego utleniania ścieków, których dominującym składnikiem były resztki kleju oraz utwardzacza, pozwoliło na zmniejszenie o blisko 90% zawartości węgla organicznego przy stężeniu początkowym 22 780 mg/dm3. W badaniach określono optymalne warunki procesu: H2O2:Fe = 5, czas reakcji 2 godz., pH ścieków 3,5. Do dalszej degradacji ścieków wykorzystano proces osadu czynnego w badaniach przesiewowych. Obserwowano zmniejszenie skuteczności usuwania węgla organicznego wraz ze wzrostem udziału w próbkach ścieków z procesu utleniania odczynnikiem Fentona. Powyżej 60% udziału zasadniczo następowała zmiana pH oraz znaczny wzrost przewodności właściwej (do 3 mS/cm). Przy maksymalnym obciążeniu osadu 0,60,7 g/gs.m. · d (94% udziału węgla org. ze ścieków klejowych) następowała deflokulacja kłaczków osadu czynnego oraz zanik niektórych mikroorganizmów wskaźnikowych. Aktywność bakterii mierzona testem OUR zmniejszała się nawet o 6070%, jednoznacznie wskazując na szkodliwy charakter badanych ścieków.

It was presented investigation on the potential of combined chemical-biological treatment of adhesive wastewater originating from a factory producing windows and doors in this paper. The special attention was paid to the influence of advanced oxidation products on activated sludge. The using of Fenton’s reagent to remove toxic and non-biodegradable substances from wastewater allows its further biological treatment. The results of the study showed that regardless of Fe(II) and H2O2 doses, the efficiency of Fenton’s process was about 90%, considering the TOC removal. It allows further degradation of wastewater during activated sludge process (screening test), but at the same time the concentration of mineral substances increased, mainly sulphates and calcium. Before the biological step oxidized wastewater were mixed with synthetic wastewater in various proportions. The study showed that with the increase of organic carbon in wastewater, its biodegradability decreased from 55 to 5%, at activated sludge load with organic carbon up to 0.05 and above 0.6 g/gd.m. · d respectively. The increase of percentage fraction of organic carbon from adhesive wastewater above 60% significantly influenced variability of pH, the increase of electrical conductivity (up to 3 mS/cm) and destruction of activated sludge biocenose was observed. At maximal activated sludge load 0.60.7 g/gd.m. · d (94% organic carbon from adhesive wastewater) deflocculation and decay of some microorganisms were observed, which shows negative influence of adhesive wastewater on biocenose. Also microorganisms activity determinated by OUR (Oxygen Uptake Rate test) was decreased even up to 6070%.

4. Ocena parametrów fizyczno-chemicznych oraz mikrobiologicznych osadów ściekowych w zależności od sposobu ich stabilizacji
Assessment of the physical, chemical and microbiological parameters of the sewage sludge depending on the stabilization method
Anna Małachowska-Jutsz
Strony: 395-407

Porównywano stan sanitarny oraz parametry fizyczno-chemiczne osadów ściekowych w zależności od sposobu ich stabilizacji. Oceniano również możliwość wykorzystania tychże osadów do celów przyrodniczych. Badania prowadzono w dwóch oczyszczalniach ścieków pracujących w systemie „Bardenpho”. Próby osadów pobierane były w odstępach trzytygodniowych z czterech punktów pomiarowych. Wykonywano dwa rodzaje badań: mikrobiologiczne oraz fizyczno-chemiczne. W osadach z obu oczyszczalni po procesie stabilizacji nie stwierdzono obecności żywych jaj pasożytów oraz pałeczek z rodzaju Salmonella. We wszystkich próbkach osadu z oczyszczalni I stwierdzono zwiększenie miana bakterii typu coli oraz Clostridium perfringens po stabilizacji, w przypadku oczyszczalni II nie odnotowano zmiany tego wskaźnika w połowie próbek, co może wskazywać na niedostateczną higienizację osadu. W osadach z obu oczyszczalni po procesie stabilizacji stwierdzono spadek liczby bakterii Streptococcus faecalis, zmniejszenie zawartości części organicznych, a wzrost mineralnych. Na podstawie analiz fizyczno-chemicznych stwierdzono w osadach pochodzących z oczyszczalni I podwyższoną zawartość cynku, co dyskwalifikuje wykorzystanie tych osadów do celów rolniczych. Można ich jednak użyć do rekultywacji terenów zdegradowanych, jako że ustabilizowane osady ściekowe posiadają znaczną wartość nawozową.

From the general point of view, the main task of the municipal sewage treatment plant is sewage treatment. The total technological process is optimized regarding the quantity of the contamination removed. The treated sewage and sewage sediments, form the final product of the process. Regarding the quantitative aspect, the final products constitute only 1÷2% volume of the treated sewage, nevertheless their stabilization increases the costs even by 30%. This issue, arises the necessity of treating the sewage sediments like material, which has to be recycled and used to the greatest possible extent, to ensure at least partial refund. It is estimated, that about 71% of the sediments in Poland is stored. Only 29% is used for the industrial and agricultural purposes, composted or transformed by thermal methods. In EU countries the situation is quite the opposite. The purpose of the paper was to compare the number of organisms, which constitute a sanitary index and physical-chemical parameters of sewage sludge depending on the stabilization method, moreover the paper aims to assess the exploitation possibility of stabilized sediments for the scientific purposes. The research has been conducted in two sewage treatment plants that operate on Bardenpho systems. The samples of the sediments were taken in three week interval’s, from five surveying sites. Two types of research were carried out: microbiological and physical-chemical. No eggs of living parasites or Salmonella bacillus were found in the sediments from both treatment plants. In the case of the stabilized sediments’ samples collected from the 1st treatment plant, augmenter titers of cola and Clostridium perfringens bacterium were found. The samples taken from the 2nd treatment plant did not reveal any changes, due to the insufficient hygiene of the sediment. In the stabilized sediments from both treatment plants, following changes were observed: a decrease in the quantity of Streptococcus faecalis, reduction of organic matter and an increase of mineral one. On the basis of the physical and chemical analysis increased amount of zinc was observed in the sediments from the 1st treatment plant, what makes the usage of these sludges for agricultural purposes impossible. Nevertheless, it is possible to use them in land reclamation processes, as stabilized sewage sludges have significant fertilizing properties.

5. Wymywanie wwa, aox i metali ciężkich z mieszaniny gleby i osadów ściekowych
Leaching of pahs, aox and heavy metals from soil amended with sewage sludge
Maria Włodarczyk-Makuła, Marta Janosz-Rajczyk
Strony: 409-420

Przedstawiono wyniki badań wymywania wybranych metali ciężkich oraz WWA i AOX z gleb nawożonych osadami ściekowymi. Badania prowadzono z wykorzystaniem osadów ustabilizowanych biochemicznie i odwodnionych oraz gleby pobranej z terenu użytkowanego rolniczo. Do gleby zadozowano osady ściekowe w ilości zgodnej z przepisami prawnymi dotyczącymi stosowania osadów w rolnictwie. Badania prowadzono dla gleby kontrolnej, z dodatkiem osadu przefermentowanego oraz z dodatkiem osadu przefermentowanego i wapnowanego. Następnie sporządzono wyciągi wodne z przygotowanych próbek zgodnie z PN-Z-15009. W ekstraktach oznaczono wybrane metale ciężkie, 16 WWA oraz AOX. Do oznaczenia WWA wykorzystano chromatograf gazowy sprzężony ze spektrometrem masowym. Metale ciężkie, takie jak Pb, Cd, Ni, Cu, Zn oznaczano spektrofotometrycznie, natomiast analizy AOX wykonano zgodnie z normami DIN EN 1485 (ekstrakty wodne) oraz DIN 38414 S18 (materiały stałe). Średnie stężenie sumaryczne WWA w ekstraktach z gleby kontrolnej wynosiło 1,5 μg/l. W ekstraktach z gleb zmieszanych z osadem przefermentowanym stężenie 16 WWA sięgało 7,6 μg/l, a wapnowanym wynosiło średnio 6,0 μg/l. Suma badanych metali ciężkich w ekstraktach z gleby zawierającej osady przefermentowane i wapnowane wynosiła odpowiednio 0,47 i 0,56 mg/l, natomiast w ekstrakcie kontrolnym - 0,30 mg/l. Zawartość AOX w ekstrakcie z gleby kontrolnej wynosiła średnio 0,075 mg/l, a w ekstraktach z mieszaniny gleby z osadem przefermentowanym i wapnowanym odpowiednio 0,090 i 0,095 mg/l.

The results of the investigation into leaching of selected heavy metals, PAHs and AOX from soils fertilized by sewage sludges are presented in this study. The studies were carried out using biochemically stabilized and thickened sludges as well using soil originating from an agriculture area. Digested sludges as well as digested, chemically stabilized sludges were added to the soil. The following investigations were made: in the control soil (without added sludges), in the soil with added digested sludge and in the soil with added digested sludge after liming. PAHs, AOX and heavy metals were determined in the above mentioned sludge samples. Then, water extracts in the control soil, in the soil with added digested sludge as well as in the soil with added digested sludge after liming was prepared according to PN-Z-15009. Water extracts were prepared 3-times using redistilled water which was added to the both soil sample and soil with added sludges in the amount considering solid to liquid ratio (S/L) = 1:10. In the obtaining water extracts the concentration of ions of selected heavy metals, polycyclic aromatic hydrocarbons and organohalogens compounds (AOX) was determined. The gas chromatography-mass spectrometry was used to qualify and quantify the PAHs. 16 PAHs on the US EPA were analysed. The following heavy metals: Pb, Cd, Ni, Cu, Zn in formerly digested samples were analysed using atomic absorption spectrometer. AOX analysis were made in samples obtained from water extracts according to DIN EN 1485 standard, whereas in solid samples according to DIN 38414 S18, respectively. The average concentration of the 16 PAHs in soil was 224.4 μg/kg d.m. In the soil supplemented with both digested and limed sludges the concentration of PAHs was 371.3 and 227 μg/kg d.m., respectively. The average total PAH concentration in the extracts originating from the control soil ranged 1.5 μg/L. In the extracts obtained from the soils fertilized with digested sludge the concentration of 16 PAHs was 7.6 μg/L, whereas in samples of soils fertilized with sludge was 6.0 μg/L. The total concentration of 5 heavy metals in the control soil was 5.4 mg/kg d.m., whereas in the soil fertilized with digested and limed sludges was 389 and 466 mg/kg d.m., respectively. The sum of studied heavy metals in the extracts obtained from soil containing digested sludges as well as limed sludges was 0.465 mg/L and 0.558 mg/L, respectively, whereas in samples taken from the control soil was 303 mg/L. The concentration of AOX in the control soil varied from 33 to 48 mgCl/kg d.m. In the soil supplemented with digested sludge ranged 51 mgCl/kg d.m., whereas in the soil with added sludge formerly chemically digested the concentration was lower then 10 mgCl/kg d.m. The concentration of AOX in extract from the control soil was average 0.075 mgCl/L, whereas in extracts of the mixture of soil and digested sludge and limed sludge was 0.090 and 0.095 mgCl/L, respectively.

6. Porównanie wyników symulacji procesu filtracji wody w filtrze pośpiesznym dla stałej i zmiennej prędkości filtrowania
Comparison of water filtration simulation Results for the sand filter in case of constant and variable filtration velocity
Krystyna Wojciechowska
Strony: 421-434

Porównano wyniki symulacji procesu filtracji wody w filtrze pośpiesznym dla stałej i malejącej liniowo w cyklu prędkości filtrowania. Realizacja symulacji dla zmiennej prędkości filtrowania była możliwa po wcześniejszym dokonaniu przez autorkę modyfikacji klasycznego modelu współczynnika filtracji, obowiązującego dla stałej prędkości, do postaci możliwej do zastosowania w modelu procesu ze zmienną (malejącą liniowo w czasie cyklu) prędkością filtracji oraz określeniu zależności pomiędzy masowym a objętościowym stężeniem zanieczyszczeń odłożonych w złożu. Wyniki przeprowadzonych w pracy symulacji numerycznych przedstawiono w postaci wykresów 3D i 2D. W uzyskanych wynikach dla procesu filtracji ze zmienną prędkością filtrowania pokazano, że dla typowych parametrów prowadzenia procesu rozkłady zanieczyszczeń w filtrowanej wodzie dla stałej i malejącej w cyklu filtracyjnym prędkości filtrowania mają podobny charakter jakościowy w początkowej fazie cyklu filtracji. Efekt będący konsekwencją ujemnego współczynnika filtracji, występującego w procesie z malejącą prędkością, pojawia się dopiero pod koniec cyklu filtracji. W przypadku malejącej prędkości filtracji funkcja stężenia zanieczyszczeń odłożonych w złożu jest bardziej „płaska” niż dla prędkości stałej, czyli zanieczyszczenia są bardziej równomiernie rozłożone wzdłuż głębokości złoża, co jest efektem korzystnym ze względu na czas trwania cyklu filtracyjnego. W przypadku rozkładu ciśnień zasadnicza zmiana w wynikach symulacji dla procesu ze zmienną prędkością filtrowania pojawia się dopiero pod koniec cyklu filtracji i jest konsekwencją różnic, w rozkładzie zanieczyszczeń odłożonych w złożu, dla procesu ze stałą i zmienną prędkością.

In the paper simulation results of water filtration process for: i) constant, and ii) decreasing linearly in time, filtration velocity are presented, analyzed and compared. Simulation of filtration for decreasing filtration velocity is possible due to generalization of filtration coefficient model given by Ives onto the case of variable filtration velocity as well as determination of bulk concentration of particles deposited in the bed as function of mass concentration of particles and filtration velocity. Simulation results for the concentration of particles in the filtered water, concentration of particles deposited in the bed and the pressure in the bed are presented as 3D and 2D plots for linearly decreasing velocity of filtration and for generalized coefficient of filtration. They are consistent in quality with the values obtained in the physical process and exhibit phenomena like: filling up of consecutive bed layers to their assumed accumulative capacity and filtration front shift. It was shown that for typical parameters of filtration process in the initial phase of filtration cycle concentration of particles in filtered water for constant and decreasing filtration velocity are similar. Effect of negative filtration coefficient become visible at the end of filtration process when particles absorbed for higher velocity on sand grains are detached back to the filtered water. Due to this, concentration of particles in filtered water can be higher than inlet concentration. In the case of decreasing velocity of filtration concentration of particles deposited in the bed the function of bed depth is more flat than this for constant filtration velocity or in other words particles are deposited more uniformly what is profitably with respect to length of filtration cycle. In the case of pressure distribution similarly as for concentration difference between simulations for constant and decreasing filtration velocity occurs at the end of filtration cycle. Higher concentration of particles deposited in deeper part of the bed causes more uniform distribution of the pressure in the bed. The developed numerical model may serve as a new tool for development and control of water treatment plants working with slowly variable filtration rate.

7. PAX-XL w układach koagulacji wspomaganej ultradźwiękami
PAX-XL in the systems of ultrasound aided coagulation
Longina STĘPNIAK, Urszula KĘPA
Strony: 435-443

Przedstawiono wyniki badań, których celem była ocena wpływu ultradźwięków na skuteczność koagulacji chlorkiem poliglinu PAX-XL60 zanieczyszczeń koloidalnych zawartych w wodzie. Uzdatniana woda charakteryzowała się niską mętnością i podwyższoną barwą, a dodatkowym problemem technologicznym była jej bardzo mała zdolność buforowa (zasadowość 0,4 mval/dm3). W tej sytuacji zastosowano wysokozasadowy koagulant, który przy potwierdzonej wysokiej skuteczności korygował jednocześnie alkaliczność wody. Badania przeprowadzono również dla wody o mętności preparowanej roztworem kaolinu. Testy koagulacji obejmowały symulację: mieszania szybkiego, flokulacji oraz sedymentacji. Eksperymenty prowadzono wstępnie zhydrolizowanym koagulantem PAX-XL60. W badaniach zastosowano dawkę optymalną, dawkę zmniejszoną oraz dawkę zmniejszoną wspomaganą polem ultradźwiękowym. Do nadźwiękawiania wykorzystano generator UD-20 (22 kHz) o mocy 180 W. Dla zróżnicowania natężenia wytwarzanego pola ultradźwiękowego stosowane były skrajne wartości zakresowe amplitudy drgań, tj. A = 8 i 16 μm. Po koagulacji i sedymentacji w porównywanych układach technologicznych wykonywano oznaczenia mętności, barwy, zasadowości, pH. Korzystny efekt stosowania ultradźwięków określany był poprzez wzrost skuteczności koagulacji, odnoszący się do dwóch wskaźników jakości wody, tj.: mętności i barwy. W przedstawionych wynikach testów dla badanego koagulantu uzyskano potwierdzenie efektu wspomagania koagulacji ultradźwiękami. Wzrost skuteczności procesu w wodzie o niskiej mętności był wyższy dla amplitudy 16 μm - 23% (mętność) i 14% (barwa). W wodzie o wysokiej mętności wspomaganie koagulacji zanieczyszczeń zachodziło korzystniej przy niższej amplitudzie drgań 8 μm, odpowiednio - 23 i 11%. W tym drugim przypadku stosowanie ultra-dźwięków połączone było z lepszą sedymentacją kłaczków. Czas ich powstawania podczas flokulacji nie uległ jednak zmianie. W procesie prowadzonym z udziałem badanego koagulantu odnotowano niższy efekt wspomagania koagulacji ultradźwiękami niż we wcześniejszych eksperymentach przy zastosowaniu siarczanu glinu. Zwiększenie skuteczności koagulacji związane z zastosowaniem pola ultradźwiękowego umożliwia obniżenie wprowadzanej dawki koagulantu.

This paper presents the results of the research, the aim of which was to evaluate the impact of ultrasounds on the efficiency of the coagulation by polyaluminium chloride PAX-XL60 of colloidal impurities in water. Treated water was characterized by low turbidity and raised colour, moreover, the additional technological problem was its very low buffer ability (alkalinity 0.4 mval/dm3). In this situation, a high-alkaline coagulant, which at the proved high efficiency, simultaneously corrected water alkalinity. The research was also conducted for water of high turbidity (prepared by kaolin solution). The coagulation tests covered the simulation of: quick mixing, flocculation and sedimentation. Experiments were conducted with the preliminarily hydrolized coagulant PAX-XL 60. In the research we used coagulant in the optimal dose, decreased dose and decreased dose aided by ultrasonic field. The generator UD-20 (22 kHz) of power 180 W was used to sonification. Two vibration amplitudes A = 8 and 16 μm were used for the differentiation of the intensity of the generated ultrasonic field. After coagulation and sedimentation, in the compared technological systems, the assay of turbidity, colour, alkalinity, pH was made. The positive effect of the use of ultrasounds was described as the growth of coagulation efficiency referring to the both water quality factors: turbidity and colour. For the examined coagulant, there was gained the prove of the ultrasounds coagulation aiding effect. The growth of the process efficiency in water of low turbidity was higher for amplitude 16 μm: 23% - turbidity and 14% - colour. In the water of high turbidity, the impurities coagulation aiding had better results at the lower amplitude of vibrations 8 μm - 23 and 11% respedively. In the second case, the use of ultrasounds was connected with the better flocs sedimentation. The time of their arising during flocculation did not change. In the process conducted with the examined coagulant, it was noticed that there is the lower effect of ultrasounds aiding than at the use of aluminium sulfate. The increase of the coagulation effectiveness, connected with the use of ultrasound field, enables to decrease the applied coagulant dose.

8. Ocena czystości rzeki Warty na podstawie danych z monitoringu wód powierzchniowych. Część 2. Ocena stanu zanieczyszczenia osadów dennych rzeki Warty
An Assessment of Pollution of the River Warta (Poland). Part 2. The Quality of Sediments
Katarzyna Kipigroch, Szymon Hoffman
Strony: 445-456

Omówiono zasady prowadzenia monitoringu osadów w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska, w tym sposób poboru próbek i dokonywania oznaczeń. Na podstawie wyników monitoringu osadów rzeki Warty, pochodzących z 17 punktów obserwacyjnych z lat 2003-2005, przedstawiono ocenę czystości tych osadów. Do oceny wykorzystano metody pozwalające sklasyfikować osady rzeczne na podstawie wartości tła geochemicznego, wartości dolnych i górnych limitów (PEL i TEL) oraz procedurę używaną do klasyfikacji urobku zanieczyszczonego. Klasyfikacji dokonano na podstawie czterech grup wskaźników: wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, sumy polichlorowanych bifenyli, pestycydów chloroorganicznych oraz metali ciężkich.

The River Warta, with the length of 808 km, is one of the longest rivers in Poland. The River Warta flows across the urban areas and passes some big cities like Czestochowa, Sieradz, Konin, Poznan, Gorzow Wielkopolski. The river is covered by a water quality monitoring system. There are 17 sediment monitoring sites situated along the course of the river. In this paper, the sediment quality assessment was performed by exploration of monitoring data, gathered through the years 2003-2005. The analysed set of data included the contents of 20 elements in the sediment samples: Ag, As, Ba, C (as Corg), Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mg, Mn, Ni, P, Pb, S, Sr, V, Zn. For the samples from 4 sites there were also available the contents of some toxic organic compounds, such as PCBs, PAHs and pesticides. The sediment quality in the river was evaluated according to the three different systems of classification. The classification results showed that sediment contamination with persistent organic pollutants (POPs) is not threatening for the environment. Much more worrying occurred the contents of some trace metals, like Ag and Cd. However, the contents of metals were very changeable along the river (for different monitoring sites) and that bad quality of sediments is not distinctive for all the river course.

9. Zdolności adsorpcyjne modyfikowanych bentonitów wobec adsorbatów kationowyc
Adsorption Abilities of Modified Bentonites towards Cationic Adsorbates
Dorota Ziółkowska, Urszula Szymańska, Katarzyna Waszak, Alexander Shyichuk
Strony: 457-466

Przemysłowy bentonit sodowy poddano obróbce chemicznej za pomocą roztworów NaOH i H2SO4 oraz obróbce termicznej. Próbki bentonitu surowego oraz modyfikowanego badano pod kątem ich przydatności jako ekonomicznych adsorbentów stosowanych do usuwania barwników kationowych oraz jonów metali z roztworów wodnych. Wielkości powierzchni właściwych adsorbentów oszacowano na podstawie adsorpcji błękitu metylenowego. Stwierdzono, że tak określone powierzchnie właściwe bentonitów nie korelują z powierzchniami wyznaczonymi metodą BET. Izotermy adsorpcji błękitu metylenowego i jonów Ni(II) dla bentonitu surowego oraz próbek modyfikowanych wyznaczono metodą statyczną w temperaturze pokojowej. Surowy bentonit jest skutecznym adsorbentem dla błękitu metylenowego, osiągając pojemność adsorpcyjną 122 mg/g. Bentonit może być także stosowany do usuwania jonów Ni(II) z roztworów wodnych, gromadząc 21 mg Ni2+/g. Jego pojemność adsorpcyjna względem jonów Ni(II) zwiększa się o 14% na skutek przemywania roztworem NaOH.

Industrial Na-bentonite was examined as an economic adsorbent employed for elimination of cationic dyes and metal ions from aqueous solutions. Four adsorbent samples were prepared: a non-modified bentonite, that washed with 1M H2SO4 solution, that washed with 1M NaOH solution as well as that heated at 750°C. The adsorption isotherms of methylene blue as well as Ni(II) ions were determined for all the bentonite samples. The batch experiment was carried out at the room temperature. Adsorbate concentrations were determined with the spectrophotometric method ( = 666 nm) for methylene blue and AAS for Ni(II) ions. Experimental adsorption isotherms were described with the Langmuir and Freundlich equations. Bentonite was found as the effective adsorbent for both the dye and the Ni(II) ions comparing to other clay minerals - its adsorption capacity reaches values 122 and 21 mg/g, respectively. The methylene blue dye appeared to have a quite high affinity to bentonite (the isotherms are of the Langmuire shape) whereas Ni(II) ions have less affinity to bentonite (almost all the isotherms are of the Freundlich shape). Adsorption capacity of bentonite towards Ni(II) ions was improved by 14% as a result of washing with NaOH solution or by 20% as a result of calcination. It is worth to notice that basic modification of adsorbent is efficient at low concentrations of nickel in the solution. It was also observed that specific surface areas of bentonite samples depicted with BET method do not agree with those obtained with the aid of methylene blue adsorption.

10. Wpływ ph na usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków w bioreaktorze hybrydowym
Effect of ph on removal of pollutants from sewage in a hybrid biological reactor
Małgorzata Makowska, Grzegorz Skaliński
Strony: 467-479

Skuteczność usuwania zanieczyszczeń metodami biologicznymi zależy w dużym stopniu od warunków panujących w reaktorze. Reaktor hybrydowy pozwala wykorzystać jednocześnie zalety technologii osadu czynnego i złoża biologicznego. Wykonano badania procesu oczyszczania ścieków w reaktorze hybrydowym w układzie przepływowym ze zmiennym napowietrzaniem. Równolegle pracowały trzy reaktory o pojemności 75 dm3 każdy, z osadnikami wtórnymi o pojemności 30 dm3. W reaktorach umieszczono nośniki biomasy z tworzywa sztucznego, o średnicy i wysokości 13 mm i powierzchni właściwej 560 m2/m3. Badania wykonano w trzech seriach. W dwóch reaktorach podwyższono pH do wartości 8,0÷8,8, a w poszczególnych seriach zmieniano stopień wypełnienia reaktora nośnikami od 60 do 20% (z uwzględnieniem objętości nasypowej złoża). Czas retencji ścieków wynosił 0,5 doby. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że najlepsze efekty usuwania zanieczyszczeń uzyskano w reaktorze z wypełnieniem i pracującym przy podwyższonym pH. Zawartość związków azotu i związków organicznych w ściekach oczyszczonych w tym reaktorze we wszystkich seriach badań odpowiadała wymaganiom dla oczyszczalni do 2000 RLM. Maksymalna skuteczność wynosiła odpowiednio 85 i 99%. Wraz ze wzrostem stopnia wypełnienia reaktora wzrastała skuteczność usuwania azotu. Stwierdzono, że w warunkach podwyższonego pH zachodził proces symultanicznej nitryfikacji - denitryfikacji (SND), co istotnie zwiększyło skuteczność usuwania azotu całkowitego. Jako wystarczający do uzyskania żądanego efektu dla systemów oczyszczania do 2000 RLM uznano stopień wypełnienia reaktora wynoszący 20% przy pH w zakresie 8,0÷8,8.

Hybrid reactors combine advantages of activated sludge and biofilm technologies. Removal of nitrogen compounds in such reactors can be enhanced thanks to the moving bed, intermittent aeration and a proper pH value. A hybrid reactor with continuous flow, recirculation and intermittent aeration was investigated. Three parallel reactors of volume 75 dm3 with a secondary settler (30 dm3) were operated. The sewage was preliminary treated in a septic tank. The moving bed was consisted of biomass carriers made of polypropylene cylinders of diameter 13 mm and height 13 mm. The specific surface was 560 m2/m3. The investigations were realized in three series. Factor pH in reactors and the degree of packing were diversified in series. Raw and treated sewage was monitored by measuring concentration of nitrogen compounds and carbon compounds (as BOD5 and COD). In the reactors the following parameters were measured: pH, concentration of dissolved oxygen and concentration of suspended and attached biomass. Concentrations of pollution in raw sewage were: BOD5 = 96÷101 gO2/m3, COD = 177÷201 gO2/m3, TN = 48÷55 gN/m3. Retention time was equal to 12 hours. The number of moving bed carriers in two reactors was 6000, 4000 and 2000 in the subsequent series; one reactor was operated without carriers. Lime solution was added to two reactors (with - carriers and without - carriers) to increase pH value up to 8.0÷8.8. On the basis of the studies it was found that the best quality of the treated sewage was provided by the reactor with carriers and at higher pH. Contents of nitrogen compounds in the effluent in all research series met Polish standard requirements for up to 2000 p.e. Maximum efficiency of N removal was equal to 85%. Contents of carbon compounds in all reactors also met the standards. Maximum efficiency of COD removal reached 99%. The higher number of carriers the better efficiency of nitrogen compounds removal was observed. That relationship was confirmed by statistical tests. The study revealed that under conditions of high pH, simultaneous nitrification - denitrification (SND) was proceeding; the efficiency of total nitrogen removal was increased. These research results were obtained for low BOD/N on average 1.8:1. In the study it was observed, that 2000 carriers were enough to obtain a good efficiency of treatment for systems up to 2000 p.e. in a reactor with high pH. The effect of nitrogen removal depends on aeration time and frequency, biomass carriers’ number and pH value.