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 10, Numer 3

1. Podczyszczanie ścieków poprodukcyjnych zawierających kleje organiczne w procesie sorpcji
Study on Pre-Treatment of Post Production Wastewater Containing Organic Glue by the Process of Sorption
Barbara Juraszka, Tadeusz Piecuch
Strony: 173-192

Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych jednego węzła układu technologicznego podczyszczania ścieków przemysłowych, których dominującym składnikiem były resztki kleju oraz utwardzacza. Przed przystąpieniem do badań procesu sorpcji prowadzono proces koagulacji i sedymentacji grawitacyjnej ścieków surowych z dodatkiem Ca(OH)2. Wodorotlenek wapnia dawkowano stopniowo do momentu osiągnięcia pH w granicach 11, kiedy dawka wodorotlenku wapna wynosiła około 1,5 g/dm3. Następnie po dwóch godzinach sedymentacji sklarowaną ciecz nadosadową poddano procesowi filtracji grawitacyjnej na złożu piaskowym, którego wysokość wynosiła 1,0 m, a średnica przeciętna ziaren złoża d60 = 1,38 mm. Praca zawiera zestawienie i analizę wyników badań wpływu wysokości złoża, średnicy przeciętnej ziaren złoża d60 węgla aktywnego oraz stopnia zanieczyszczenia ścieków wprowadzanych na złoże na wartość eluatu w odniesieniu do takich wskaźników zanieczyszczeń, jak ChZT, OWO, substancje rozpuszczone, ekstrakt eterowy, zawiesina ogólna. Zastosowanie procesu sorpcji umożliwiło zmniejszenie o ok. 58% stężenia substancji organicznych trudno rozkładalnych wyrażonych jako ChZT (przy stężeniu początkowym 3200 mgO2/dm3) oraz o około 90% stężenia węgla organicznego dla początkowej wartości 2840 mgC/dm3. Na podstawie uzyskanych wyników badań można też stwierdzić, że złoże sorpcyjne pracowało jako filtr mechaniczny, ponieważ stężenie zawiesiny ogólnej zmniejszyło się o około 62% w stosunku do wartości początkowej równej 250 mg/dm3. Jako optymalne warunki procesu przyjęto wysokość węgla aktywnego HS = 1 m oraz średnicę przeciętną ziaren złoża d60 = 1,63 mm. Wartości wskaźników zanieczyszczeń w eluacie zależały ściśle od stężenia początkowego w ściekach, przy czym zależność ta (spadek) była liniowa. Na podstawie uzyskanych wyników badań wyznaczono, stosując metodę punktu centralnego, równania analityczno-empiryczne, opisujące wpływ poszczególnych parametrów niezależnych na wartości parametrów wynikowych. W celu weryfikacji otrzymanych równań matematycznych analityczno-empirycznych wykonano dodatkowo kilka losowych doświadczeń przy dowolnie wybranych wartościach poszczególnych zmiennych x1, x2, x3, mieszczących się w badanych poprzednio przedziałach zmian, celowo dobranych w taki sposób, aby nie kojarzyły się te wartości z punktem centralnym aproksymacji, lecz tylko z przestrzenią wokół tego punktu, a więc przestrzenią, w której przyjmuje się, iż otrzymane równania można stosować.

This publication presents the results of a laboratory study of one node of the technological system of pre-treatment postproduction wastewater containing mainly glue and hardener leftovers. Before sorption process raw wastewater was treated by process of coagulation and gravitational sedimentation using Ca(OH). Carbonate hydroxide was added gradually until pH 11 was reached. Ca(OH)2 dose was about 1.5 g/dm3. Then, after 2 hour sedimenta- tion, wastewater was treated by gravitational filtration on a sand bed. Bed height was 1.0 m, and average grain size d60 = 1.38 mm. The publication contains results and their analysis of study on influence of bed height, average active carbon grain size d60 and level of contamination of wastewater before process on values of following parameters in wastewater after the process: COD, TOC, dissolved substances, ether extract, total suspension. Concentration of hardly digestible organic compounds (COD) and organic carbon (TOC) in the wastewater before process (COD = 3200 mgO2/dm3 and TOC = 2840 mgC/dm3) was reduced about 58% for COD and about 90% for TOC. Gained results also show, that sorptional bed also worked as mechanical filter, because concentration of total suspension was also reduced about 62% in this process (initial value of total suspension was 250 mg/dm3). Optimal parameters of sorption process determined by authors are: bed height 1 m and average active carbon grain size d60 = 1.63 mm. Values of examined parameters in wastewater after the process strictly depended on their initial value in the wastewater before the process. The dependence (decrease) was linear. Based on the results of the study, the analytical-empirical equation describing the influence of specific independent parameters on the value of result indicators was established using the method of central point. Analytical-empirical equations were applied to randomly selected experiments in order to verify the results achieved during this study. Randomly selected values for the variable independent parameters x1, x2, x3 stayed within tested range of changes. Measures were taken to insure that these values were not linked to the value of the central point of approximation, but stayed within the range of which it is assumed the equations could be tested.

2. Zmiany jakości osadów ściekowych w basenach trzcinowych
Changes of Sewage Sludge Quality from Reed Basins
Hanna Obarska-Pempkowiak, Katarzyna Kołecka
Strony: 193-204

Metoda hydrofitowa wykorzystująca złoża trzcinowe do unieszkodliwiania osadów ściekowych zyskuje na popularności. Osady ściekowe w wyniku odwadniania i stabilizacji uzyskują skład chemiczny zbliżony do substancji humusowej, co umożliwia ich rolnicze wykorzystanie. Pojawia się jednak problem obecności metali ciężkich, które mogą być niebezpieczne dla środowiska przyrodniczego. W Polsce pojawiły się jedynie pilotowe obiekty trzcinowe, unieszkodliwiające osady ściekowe, natomiast w Danii są one eksploatowane w pełnej skali w dużych oczyszczalniach ścieków. Materiał badawczy pobrano z czterech duńskich obiektów o długim czasie eksploatacji, wynoszącym od 7 do 15 lat. Obiekty te zlokalizowane były na terenie oczyszczalni: Rudkobing, Vallo, Naskov i Helsinge koło Kopenhagi, obsługujących od 9000 do 40 000 mieszkańców. Przeprowadzono badania zmian zawartości suchej masy, materii organicznej oraz sześciu metali ciężkich: Cd, Cu, Cr, Zn, Ni, Pb wzdłuż profilu podłużnego warstwy osadów ściekowych zgromadzonych w oprzyrządowanych kwaterach analizowanych obiektów. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano, że zawartość suchej masy ulegała zwiększeniu, natomiast zawartość materii organicznej obniżała się wraz z głębokością. Stwierdzono również, że zawartości analizowanych metali ciężkich w osadach ściekowych były poniżej wartości dopuszczalnych, co umożliwia ich wykorzystanie w rolnictwie.

In the last years methods using reed basins for the utilisation of sewage sludge gain the popularity. This method is similar to traditional sludge beds. A presence of reed and a simulation of conditions characteristic for wetland systems cause that this method is more effective and safe as regards sanitary. Until now it was proved that sewage sludge in reed basins is stabilized. Chemical composition of the obtained product is similar to humus, so it can be used in agriculture. The problem is the presence of heavy metals whose accumulation in sewage sludge can be dangerous for the environment. In Poland in the last years reed objects dewatered sludge have only pioneer character. The cooperation with Danish Hadelskabet Company made possible to study of changes in quality of sewage sludge dewatered in reed basins which has been in operation during 7-15 years. The material to investigations was taken from four objects located on WWTPs served from 9000 to 40000 pe: in Rudkobing, in Vallo, in Naskov, and in Helsinge near Kopenhagen, dewatered following amounts of sludge: 232 t d.m./a, 300 t d.m./a, 870 t d.m./a, 630 t d.m./a, respectively. The changes of concentrations of organic substance and heavy metals: Cd, Cu, Cr, Zn, Ni, Pb along to profile of sewage sludge layer from selected basins of analysed objects were carried out. Basing on obtained results it was found that contents of organic matter decreased with depth. Zinc had the highest concentration in sewage slugde in all analysed objects. Concentrations of Zn changed from 358.91 to 698.67 mg/kg d.m. While in all objects it was observed that cadium had the lowest concentration. The concentration of this metal changed from 0.58 to 1.32 mg/kg d.m. It was found that in object in Helsinge Cd, Cu as well as Ni had higher concentrations than in other objects. Concentrations of Cr, Zn and Pb were the highest in object in Rudkobing in comparison to other objects. It was also found that concentrations of analysed heavy metals in sewage sludge were below permissible values, so they can be use in agriculture.

3. Zmiany właściwości osadu czynnego podczas degradacji n‑butanolu i izobutanolu
Changes of Activated Sludge Properties during Degradation of n‑butanol and isobutanol
Krzysztof Barbusiński, Helena Kościelniak
Strony: 205-216

Przedstawiono wyniki badań dotyczących zmian właściwości osadu czynnego podczas oczyszczania ścieków zawierających n-butanol i izobutanol. Zasadnicze badania prowadzono przez 40 dni w dwóch bioreaktorach przepływowych dodatkowo zasilanych n-butanolem i izobutanolem. Początkowo osad czynny przez kilka dni zasilano ściekami syntetycznymi na bazie mleka, po czym rozpoczęto wprowadzanie alkoholi butylowych we wzrastających dawkach w zakresie 100-800 mg/dm3, wycofując stopniowo ze ścieków mleko. Po 12 dniach, przy dawce alkoholi 300 mg/dm3, obydwa rodzaje butanolu stały się jedynym źródłem węgla dla osadu czynnego. n-butanol i izobutanol ulegały biodegradacji z efektywnością przekraczającą 90%. Przy dawkach 150-200 mg/dm3 alkohole te okazały się toksyczne dla bakterii nitkowatych, a przy stężeniach przekraczających 200 mg/dm3 powodowały niekorzystne zmiany struktury kłaczków oraz wzrost wartości indeksu objętościowego. Bardziej wyraźne zmiany struktury powodował izobutanol. Potwierdziły to również obserwowane zmiany powierzchni właściwej oraz indeksu objętościowego osadu. n-butanol i izobutanol w stężeniach 600-800 mg/dm3 niszczyły w sposób nieodwracalny strukturę kłaczków, wywołując ich rozpad i w konsekwencji wzrost stężenia zawiesiny w odpływie. Generalnie, bardziej negatywny wpływ na osad czynny wykazywał izobutanol.

The present article discusses the results of investigations concerning changes of activated sludge properties during purification of wastewater containing n-butanol and isobutanol. The main investigations have been conducted for 40 days in two continuous-flow bioreactors, additionally filled with n-butanol and isobutanol respectively. Initially, the activated sludge, which was taken from the municipal wastewater treatment plant, has been feeded for a few days by synthetic wastewater on the basis of milk. Next, the adaptation of activated sludge to increasing concentrations of butanol alcohols has been started. The dose of butanol has been increased during the investigation in the range of 100800 mg/dm3. At the same time, milk has been gradually withdrawn from the wastewater. After 12 days (when the dose of alcohols equalled 300 mg/dm3) both kinds of butanol have become the only source of organic carbon for the activated sludge. The effects of wastewater treatment have been analysed on the bases of COD measurements. Moreover, activity of microorganisms (oxygen uptake rate), sludge volume index and physical properties of flocks (average size and flock size distribution, elongation as well as specific surface) have been determined. An average size (one half of the sum of the longest and shortest dimension of flock) and elongation (ratio of the longest to shortest dimension) of flocs has been determined with the help of microscope, while the specific surface of activated sludge has been determined by the dye absorption method using the Lissamine Scarlet 4R dye. In addition, routine microscope observations of activated sludge have been carried out. Both n-butanol and isobutanol undergo biodegradation with effectiveness exceeding 90%. However, when the doses of these alcohols amounted to 150-200 mg/dm3 they proved to be toxic for filamentous bacteria, and when the concentration exceeded 200 mg/dm3 they destroyed the structure of flocks, caused their decay and increased the sludge volume index. A more visible destruction of flocks has been caused by isobutanol, which was also confirmed by the changes of specific surface and the sludge volume index. It has been found that in order to preserve the proper structure of activated sludge flocks, the safe doses of n-butanol and isobutanol should not exceed 200 mg/dm3. n-butanol and isobutanol at the concentration of 600-800 mg/dm3 irreversibly destroyed the structure of flocks, causing their decay, and as a result the concentration of activated sludge in effluent increased. In general, isobutanol proved to have a more negative influence on activated sludge.

4. Wpływ wapnowania osadów na ługowanie wybranych mikrozanieczyszczeń organicznych
The Impact of Sewage Sludge Limed on Selected Micropollutants Organic Leaching
Maria Włodarczyk-Makuła, Marta Janosz-Rajczyk
Strony: 217-229

Przedstawiono wyniki badań wymywania mikrozanieczyszczeń organicznych, takich jak WWA, PCB i AOX, z osadów przefermentowanych i przefermentowanych dodatkowo wapno wanych tlenkiem wapnia. Oznaczono stężenie WWA, PCB i AOX w próbkach stałych (osadach przefermentowanych oraz przefermentowanych i wapnowanych), a także w wyciągach wodnych z tych osadów. Osady pobrano z dwóch oczyszczalni: miejskiej o przepustowości 60 000 m3 i małej, do której dopływa średnio 5000 m3/d. Wymywanie prowadzono w warunkach statycznych, zachowując proporcję cieczy do suchej masy wynoszącą 10:1. Ekstrakty wodne uzyskano po zdekantowaniu cieczy po dwukrotnym zalaniu osadów wodą destylowaną. Oznaczenia WWA i PCB przeprowadzono z wykorzystaniem zestawu GC-MS. Analizy AOX wykonano w Niemczech, zgodnie z procedurą, odpowiednio dla próbek ciekłych i stałych: ISO 9562 i DIN 38414 S18. Stężenie WWA wynosiło odpowiednio 397 i 1741 μg/kg s.m. w osadach przefermentowanych. Po wymieszaniu z CaO sumaryczne stężenie WWA wynosiło odpowiednio 694 i 951 μg/kg s.m. w osadach pochodzących z małej i dużej oczyszczalni. Stężenie WWA w wyciągach wodnych z osadów przefermentowanych było w zakresie od 3,0 do 3,6 μg/l. W wyciągach wodnych z osadów przefermentowanych z dodatkiem tlenku wapnia stężenie WWA wynosiło średnio 4,2 i 4,6 μg/l. Stężenie PCB w osadach przefermentowanych z miejskiej oczyszczalni ścieków sięgało 104 μg/kg s.m., natomiast w osadach z małej oczyszczalni PCB oznaczono jednie w osadach przefermentowanych wymieszanych z CaO (7 μg/kg s.m.). Stężenie tych związków w ekstraktach było w zakresie od 0,03 do 0,34 μg/l dla osadów przefermentowanych i w zakresie od 0,25 do 0,71 μg/l w przypadku osadów wapnowanych. Stężenie AOX w osadach przefermentowanych z oczyszczalni miejskiej i osiedlowej wynosiło odpowiednio 3700 i 425 μg/kg s.m. W osadach wapnowanych oznaczone stężenie było na poziomie 51 i 84,5 μg/kg s.m. W wyciągach wodnych z osadów wapnowanych stężenie AOX było od 5- do 80-krotnie wyższe od stężeń AOX w wyciągach z osadów przefermentowanych odpowiednio dla osadów z miejskiej i osiedlowej oczyszczalni.

Introducing of sewage sludge into soil is one of possibilities of natural utilization of this waste material. This way of sewage sludge utilization is connected with the necessity of liming. Sewage sludge contains not only components fertilizing soils but also toxic micropollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated biphenyls (PCBs) and adsorbable organic halogens (AOX). These compounds are organic micropollutants having carcinogenic and mutagenic properties. The aim of the experiment was to evaluate PAHs, PCBs and AOX leaching from: digested sewage sludge and digested sewage sludge mixed with calcium oxide. Digested sewage sludge was collected from two treatment plants. PAHs, PCBs and AOX concentration were determined in solid samples of sewage sludge and sewage sludge mixed with calcium oxide and in water extracts. Leaching tests were done under static conditions. Liquid to solid phase (dry mass) ratio (L:S) was 10:1. Sterile distilled water was two times added to digested sewage sludge and to sewage sludge mixed with calcium oxide. The water extracts were carefully separated from solid phase. PAHs and PCBs concentrations were quantified with GC-MS technique. AOX analysis in water extract and solid samples was done according to ISO 9562 and DIN 38414 S18 standards, respectively. The results confirm presence of PAHs, PCBs and AOX both in digested and modified with calcium oxide sludge. Total PAHs concentration was in the average from 397 to 1741 μg/kg d.m. in the digested sewage sludge. PAHs concentration in the sludge modified with calcium oxide were 694 and 951 μg/kg d.m. in the samples from small and from big municipal treatment plants respectively. PAHs concentrations in water extract from digested sewage sludge was equal to 3.0 and 3.6 μg/L. PAHs concentration in water extract from digested sewage sludge mixed with calcium oxide was higher (4.24.6 μg/L). PCB concentrations from municipal treatment plant were equal to 104 and 83 μg/kg d.m. in digested sewage sludge and in digested sewage sludge modified with CaO, respectively. In sewage sludge from small treatment plant, PCB concentration was determined in sewage sludge mixed with calcium oxide only (7 μg/kg d.m.). PCB concentrations in water extracts from sewage digested sludge and digested sewage sludge mixed with CaO were in the range from 0.03 to 0.34 μg/L and from 0.25 to 0.71 μg/L respectively. AOX concentration in digested sewage sludge was in the range from 425 to 3700 µg/kg d.m. After liming concentration of AOX in sewage sludge varied between 51 µg/kg d.m. and 84.5 µg/kg d.m. AOX concentration in water extract separated from digested sewage sludge taken from small and big municipal treatment plant were equal to 21 and 170 µg/L respectively. Higher AOX concentration was determined in water extract separated from sewage sludge mixed with calcium oxide: it was in the range from 980 to 1000 µg/L (big municipal treatment plant) and in the range from 1300 to 2000 µg/L (small treatment plant).

5. Deemulgatory organiczne w ochronie środowiska
Organic Deemulsifiers in Environmental Protection
Tadeusz KOMOROWICZ
Strony: 231-239

Poruszono problem utylizacji przepracowanych emulsyjnych cieczy obróbkowych, zwanych chłodziwami lub cieczami chłodząco-smarującymi. Są to emulsje oleju w wodzie, o niskim stężeniu oleju, zawierające szereg dodatków. Podkreślono znaczenie rozwiązania problemu utylizacji tych cieczy w skali Polski dla ochrony środowiska (zrzut rzędu 100 000 Mg/rok) i znaczne rozproszenie źródeł ich powstawania. Wskazano na nieekonomiczność zbiórki i transportu emulsji przepracowanych do centralnej instalacji odzysku oleju ze względu na znaczną zawartość w nich wody. Stwierdzono, że emulsje powinny być wstępnie rozdzielone tanią i prostą metodą w miejscu ich powstawania. Opisano doświadczalne badania efektywności rozdziału wybranych, przepracowanych emulsyjnych cieczy obróbkowych na fazę olejową i wodną przy zastosowaniu różnych deemulgatorów organicznych. Porównano i oceniono skuteczność użytych deemulgatorów na podstawie obserwacji rozdziału, stosunku ilości otrzymanych faz oraz wartości ChZT fazy wodnej. Przedyskutowano otrzymane wyniki i przedstawiono stosowne wnioski wskazujące na zalety prezentowanej metody.

A wide variety of industries generates oily waste water in the form of oil-in-water emulsions. Highly stable oil-in-water emulsions are often used in metal machining. The emulsions are prepared from concentrates - soluble oil fluids - and are used in a diluted form (usual concentration varies from only 3 to 10% of oil). Soluble oil fluids consist mainly of a base mineral oil and emulsifiers to help produce a stable emulsion. They also contain a variety of additives, e.g. rust inhibitors, bactericides. The problem of utilization of used oil-in-water emulsions, particularly from machining process, is of great importance; because the quantity of these emulsions in Poland reaches 100 000 tons/year and the „producers” of these emulsions are dispersed all over Poland. According to the Polish Act on Wastes, there are not possibilities for discharging these emulsions to waste water collectors. On the other hand, it is not profitable to transport the emulsions to the central point of utilization because of high water concentration. The emulsions have to be separated into oil and water phases on the spot. The oil phase can be then transported to a recovery plant or can be burnt. The water phase has to be recycled or diluted and discharged. The investigations of separation efficiency of some used emulsive cutting fluids into oil and water phases by means of various organic deemulsifiers have been described in this paper. Two groups of deemulsifiers were used: OILBREAK (Stockhausen) and FLOQUAT (Floerger). The results of separation have been presented and discussed on the base of process observations, the ratio of oil/water quantity, and the value of COD of water phase. Some conclusions concerning the advantages of this method have been formulated as well. The advantages of this method are: simple apparatus set-up consisting of mixer, feeder and separator, moderate process temperature. They result in low capital and operating costs. The method is not invasive for environment.