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 11, Numer 4

1. Analiza efektywności odsiarczania spalin przy zmianie miejsc dozowania sorbentu
Analysis of effectiveness of flue gas desulphurization with change of the sorbent feeding system
Arkadiusz Szymanek
Strony: 417-429

Omówiono zagadnienia odsiarczania spalin w kotłach fluidalnych przy różnych warian- tach wprowadzania sorbentu do komory paleniskowej. Badania przeprowadzono na dwóch typach kotłów: kotle klasycznym z gorącym cyklonem oraz kotle typu „compact” z zewnętrznym wymiennikiem ciepła. Modyfikacja układu wprowadzania sorbentu w kotle z gorącym cyklonem polegała na zmianie miejsca wprowadzenia sorbentu do komory kotła. W układzie zmodyfikowanym wprowadzano sorbent w rury zsypowe spod cyklonów. Celem takiej modyfikacji było poprawienie wymieszania sorbentu ze spalinami oraz rzeprowadzenie kalcynacji przed komorą paleniskową. W wyniku modyfikacji uzyskano obniżenie strumienia sorbentu o 30%. Zanotowano także poprawę stopnia wykorzystania sorbentu o 13% oraz obniżenie stężenia dwutlenku siarki na wylocie z komory paleniskowej o 9%. W przypadku kotła typu „compact” modyfikacja układu podawania sorbentu polegała na wprowadzeniu sorbentu do wymiennika intrex. Celem ponownie była poprawa wymieszania sorbentu z materiałem warstwy oraz kalcynacja przed komorą kotła. W wyniku modyfikacji uzyskano obniżenie strumienia sorbentu o 6% oraz poprawę stopnia wykorzystania sorbentu o 9%. Zanotowano także 2,5-krotne obniżenie stężenia ditlenku siarki na wylocie z kotła.

In this paper the desulphurization of flue gas in fluidised bed boiler with various variants of sorbent feeding system to combustion chamber was describe. The investigation was carried out in two types of boilers: classic boiler with hot cyclone and compact type with internal heat exchanger. The modification of sorbent feeding system in the boiler with hot cyclone consisted in change of sorbent injection point to combustion chamber. In the modified system sorbent was injected into pipes from cyclones. The aim of such modification was the increasing of sorbent and flue gas mixing, and carrying out calcinations before sorbent injection to the combustion chamber. The numerical simulation, carried out with using the Fluent program, showed that owing to the change of the sorbent injection place it was obtained better filling up the com- bustion chamber with the sorbent. Big differences between the old feeding system and the new one were observed at 20 m level. The combustion chamber with the new feeding system was more uniformly covered with sorbent. The verification of results of the simulation was made by carrying the test of flue gases desulphurization. 30% lowering of the limestone consumption was stated. Also, an improvement in sorbent consumption degree and 9% lowering of sulphur dioxide concentration at the combustion chamber exit were observed. In the case of the „compact” type boiler the modification of sorbent feeding system consisted to injection the sorbent into the intrex exchanger. The carried out numerical simulation showed the improvement in sorbent with the flue gases mixing in the new limestone giving system. The verification was made by carrying the test of flue gases desulphurization. As a result of the modification 6% sorbent consumption lowering and 9% sorbent consumption degree was stated. Also, 2.5 lowering of sulphur dioxide concentration at the combustion chamber exit was noted.

2. Innowacyjne rozwiązania sekwencyjnych reaktorów porcjowych stosowane w oczyszczaniu ścieków
Innovative Types of Sequencing Batch Reactors Used in Wastewater Treatment
Adam Masłoń, Janusz A. Tomaszek
Strony: 431-453

W artykule podjęto się sklasyfikowania niekonwencjonalnych rozwiązań sekwencyjnych reaktorów porcjowych oraz określono, jakie efekty oczyszczania można osiągnąć w zależności od zastosowanego wariantu. Autorzy zaproponowali podział sekwencyjnych reaktorów porcjo- wych, uwzględniając konfigurację procesów oraz rodzaj stosowanej biomasy. W pracy przedstawiono szereg nowatorskich koncepcji reaktorów SBR. Zaprezentowano systemy CFSBR i SFBR oraz MSBR, służące do realizacji nietypowego oczyszczania ścieków. Dokonano przeglądu systemów porcjowych z biomasą granulowaną GSBR oraz z błoną biologiczną SBBR. Omówiono zarówno grupę reaktorów z biomasą wspomaganą zeolitami i węglem aktywnym, jak również grupę sekwencyjnych reaktorów membranowych SBMBR. Przedstawiona w pracy systematyka nowatorskich systemów SBR daje możliwość ich szerokiego wyboru w zależności od rodzaju i składu ścieków, wielkości układu oraz wymaganej jakości odpływu. Na podsta-wie analizy danych zawartych w piśmiennictwie można stwierdzić, że technologię biologicznego sekwencyjnego oczyszczania ścieków można łatwo poprawić ze względu na jej elastyczność. Modyfikacja konwencjonalnego reaktora SBR poprzez zastosowanie przedstawionych w pracy rozwiązań pozwala na modernizację istniejących już oczyszczalni, których sprawność jest za niska w stosunku do bieżących potrzeb.

The studies conducted into the improvement in wastewater treatment processes efficiency and optimization in sequential systems cause a continual evolution of applied methods. Recently the classical sequencing batch reactors have themselves become the object of many modifi- cations in which an increase in the efficiency of pollution removal from wastewater or only an intensification of individual processes like nitrification, denitrification are the aim. In this paper innovative types of sequencing batch reactor were presented. With regard to the inflow and outflow characteristic of wastewater, Continuous Flow Sequencing Batch Reactors as well as Sequencing Fed-Batch Reactors were distinguished. MSBR reactors were also described considering their application in the atypical wastewater treatment with the use of a coagulation or filtration processes. A group of sequencing reactors GSBR with an aerobic granular sludge were presented. The article contains an extensive review of Sequencing Batch Biofilm Reactors with moving bed, fixed bed and periodically submerged fixed bed. A group of reactors with zeolites and activated carbon addition to biomass as well as membrane reactors SBMBR were described. The systematics of the new SBR systems were introduced in this paper, and possibility of their wide choice depending on wastewater type and composition, sizes of system and required quality of outflow was discussed. The selection of parameters and choice of modified system will be determined by the achievement of the anticipated effects of wastewater treatment. On the basis of information contained in literature it has been possible to affirm that biological sequential wastewater treatment technology can be easily improved thanks to its elasticity. The modification of a conventional SBR using the solutions introduced in this paper allows to consider modernization of existing WWTP-s whose efficiencies are too low in relation to current needs.

3. PCB i metale ciężkie w osadach dennych zbiornika zaporowego w Poraju
PCBs and Heavy Metals in Bottom Sediments of the Poraj Reservoir
Agata Rosińska, Lidia Dąbrowska
Strony: 455-469

Monitoring przeprowadzony w latach 2004-2005 wykazał, że województwo śląskie odprowadzało do wód powierzchniowych najwięcej w kraju ścieków przemysłowych i komunalnych wymagających oczyszczania. Biorąc pod uwagę obecność mikrozanieczyszczeń, wykonane badania obejmowały oznaczenia: metali ciężkich, WWA, pestycydów i PCB w wodach powierzchniowych oraz w osadach dennych rzek i jezior. W ramach monitoringu badano również zbiorniki zaporowe. Na podstawie wykonanych analiz stwierdzono, że najbardziej zanieczyszczony był zbiornik Poraj. Oznaczano m.in. BZT5, fosfor ogólny, chlorofil „a”, natomiast nie oznaczano mikrozanieczyszczeń. Zbiornik Poraj pełni głównie funkcję wypoczynkowo-rekreacyjną i jest łowiskiem ryb, m.in. szczupaka, okonia, leszcza. Dlatego tak ważny jest monitoring zawartości mikrozanieczyszczeń stanowiących istotne zagrożenie dla zdrowia ludzi, a także żyjących w zbiorniku organizmów. Biorąc pod uwagę wysokie zanieczyszczenie zbiornika zaporowego w Poraju oraz fakt, że do tej pory analizy mikrozanieczyszczeń nie są ujęte w programach monitoringowych dla zbiorników zaporowych, w niniejszej pracy przedstawiono badania rozpoznawcze zawartości PCB i form metali ciężkich w osadach dennych wymienionego zbiornika. Zarówno stężenia PCB, jak i metali ciężkich w osadzie dennym zbiornika były znacznie zróżnicowane w zależności od miejsca pobrania próbki. Najbardziej zanieczyszczony ze względu na całkowitą zawartość metali okazał się być osad denny z punktu pomiarowego na dopływie Warty, natomiast ze względu na zawartość PCB osad pobrany w punkcie pomiarowym na odpływie Warty. W badanych osadach dennych suma 7 oznaczonych kongenerów PCB była w zakresie od 87,8 do 818,5 g/kg s.m. Zostały przekroczone wartości PEL i TEL, dlatego można uważać, że osad jest zanieczyszczony polichlorowanymi bifenylami, stanowiąc zagrożenie dla organizmów wodnych. Stężenia metali ciężkich (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Cr) w osadzie dennym wskazują, iż potencjalne zagrożenie dla ekosystemu wodnego stanowią nikiel oraz kadm, bowiem zawartości tych metali, wynoszące odpowiednio 1559 oraz 1,52,3 mg/kg, przekroczyły krajową średnią arytmetyczną zawartość w osadach jeziornych i klasyfikowały osad jako słabo lub miernie zanieczyszczony (w przypadku niklu na dopływie Warty jako zanieczyszczony). Największą procentową zawartość we frakcjach mobilnych osadu stwierdzono w przypadku kadmu i ołowiu - metali o największej toksyczności.

Monitoring implemented in 2004-2005 revealed that the Silesia Voivodeship discharged to surface waters the highest amounts of industrial and municipal waste. Concerning presence of micropollutants, the investigations performed within this study encompassed determination of heavy metals, PAHs and PCBs in surface waters and bottom sediments in rivers and lakes. Monitoring also encompassed dam reservoirs. On the basis of the performed analyses (BOD5, total phosphorus, chlorophyll ”a”), it was found that the Poraj reservoir is the most polluted (micropollutants were not analysed). The water reservoir in Poraj is used for recreation, and it has a fishery function, thus monitoring of water and sediments quality with respect to micro-pollutants is important for assessing health and environmental risks. Considering severe pollution of the Poraj reservoir and the fact that micropollutants have not been included in monitoring programs for dam reservoirs so far, the investigations of PCBs concentrations and the forms of heavy metals in bottom sediments were presented in this paper. Concentrations of both: PCBs and heavy metals in the reservoir’s sediments varied significantly depending on the location of sampling. The most contaminated with respect to total concentrations of heavy metals were sediments from the sampling point located in the affluent, while the highest concentrations of PCBs were found in the effluent of the Warta river. In tested sediments the sum of 7 PCB congeners varied from 87.8 to 818.5 g/kg s.m. In the dam reservoir the PEL and TEL values were exceeded; thus it can be assumed that sediments are polluted with PCBs that may be hazardous for aquatic organisms. Concentrations of Ni (1559 mg/kg) and Cd (1.52.3 mg/kg) in sediments exceeded the national standard mean values for low contaminated and contaminated (in the case of Ni in the affluent) lake sediments. Therefore, particularly Ni and Cd may be regarded as potentially hazardous for aquatic ecosystems. The highest percentages of mobile fractions were found in the case of Cd and Pb, ie the most toxic metals.

4. Zastosowanie sorbentów naturalnych i materiałów odpadowych w technologiach ochrony środowiska
Use of Natural Sorbents and Waste Materials in Technologies of Environmental Protection
Ewa Zborowska, Małgorzata Kurek
Strony: 471-490

Przedstawiono przegląd danych literaturowych dotyczących zastosowania naturalnych sorbentów oraz niektórych materiałów odpadowych do eliminacji ze środowiska zanieczyszczeń organicznych, a także metali ciężkich poprzez sorpcję oraz (w przypadku substancji biodegradowalnych) mineralizację. Wykazano, że kora sosny i włókna naturalne, takie jak wełna, bawełna czy lignina, mogą być dobrymi sorbentami dla zanieczyszczeń ropopochodnych. Za pomocą kory uzyskano także efektywną sorpcję chloroorganicznych pestycydów z wody, a zastosowanie sorbentów mineralnych, takich jak perlit czy glinki, umożliwiło eliminację pentachlorofenolu, WWA i ropy naftowej z wody, gleby i ścieków. Materiały naturalne i odpadowe, np. kora, lignina, biomasa, bawełna, chitosan, glinki i zeolity, mają bardzo dobre właściwości sorpcyjne wobec metali ciężkich. Liczne dane literaturowe mówią o skutecznym wykorzystywaniu takich materiałów, jak torf, kompost, muszle ostryg, granulat lawy jako wypełnienia biofiltrów do oczyszczania powietrza. Naturalne sorbenty i niektóre materiały odpadowe służą także jako nośniki do unieruchamiania mikroorganizmów aktywnych w rozkładzie zanieczyszczeń. Zachodzące procesy biodegradacji umożliwiają samoregenerację sorbentu. Liczne badania udowadniają, że ww. materiały mogą z powodzeniem zastąpić węgiel aktywny i kosztowne sorbenty syntetyczne w technologiach związanych z usuwaniem zanieczyszczeń ze środowiska.

The paper contains a review of literature data comprising results of laboratory investigations on sorption of organic contaminants as well as heavy metals by means of natural sorbents and some waste materials. There are also some examples of use elaborated technologies on a technical scale. There are many examples of using pine bark for sorption of fatty acids emulsions and petroleum derivative products from wastewater. Bark may be also an effective sorbent for chlororganic compounds, especially pesticides. Natural materials like lignin, sawdust, wool and cotton may be used for decontamination of water and soil from petroleum pro-ducts. Composite settings, composed from clay bonded to sand, showed high capacity for removing benzo(a)pirene and pentachlorophenol (PCP) from wastewater. Natural and waste materials like bark, lignin, seaweed, cotton, chitosan, clay and zeolites have high sorption pro-perties for heavy metals. Natural sorbents can be modified by means of physical and chemical methods in order to enhance their sorptive capacity. The use of natural as well as waste sorbents as elements of biofilters to remove organic and odour-generating contaminants from the air was also presented. Items of literature present numerous uses of biofilters filled with natural and waste materials such as compost, oyster shells, lava granulate. Very promising method for the contaminants elimination is the application of sorbents containing immobilized active microorganisms. High effectiveness of such a system is possible thanks to the following two mechanisms: adsorption of the contaminants on the sorbent, and biodegradation of organic substances. Immobilized microorganisms are widely used in environmental biotechnology for the air, water, wastewater and soil purification, especially to eliminate hardly degraded contaminants. The immobilization of biomass in sorbents is a factor enhancing the biodegradation by supporting high metabolic activity of microorganisms. The review of literature presented in this paper suggests that activated carbon and costly synthetic sorbents may be successfully replaced by natural and even waste materials of sorptive properties, namely: bark, natural fibers (wool, cotton, cellulose), mineral sorbents (zeolites, clay), sawdust, straw, lignin, oyster shells, chitin, and biomass. It is to be supposed that these materials will soon be used in technologies connected with removing contaminants from the environment.

5. Aktywowanie popiołów lotnych z węgla brunatnego Elektrowni Pątnów w młynie elektromagnetycznym
Brown Coal Fly-Ash from Electric Power Station „Pątnów” Activation in Electromagnetic Mill
Michał Ćwiąkała, Joanna Szymańska, Ryszard Sosiński, Wojciech Nowak
Strony: 491-502

Przedstawiono wyniki badań potwierdzające zalety nowatorskiej koncepcji technologicznej wykorzystania młyna elektromagnetycznego w celu uzyskania aktywowanego popiołu lotnego o bardzo korzystnych właściwościach. Podano klasyfikację popiołów lotnych w zależności od miejsca wydobycia i rodzaju węgla. Badania prowadzono z wykorzystaniem popiołu pochodzą- cego ze spalania węgla brunatnego w Elektrowni „Pątnów”. Podano uzasadnienie takiej aktywacji poprzez zamieszczenie wyników badań wytrzymałości mieszanek gruntowo-spoiwowych z aktywowanym w młynie elektromagnetycznym popiołem. Przedstawiono skład chemiczny tego popiołu oraz wskazano na zalety jego stosowania w mieszankach gruntowo-spoiwowych. Bada- nia przeprowadzono dla gruntów spoistych po 14 i 42 dniach twardnienia, korzystając z normy BN-71/8933-10. Dla gruntów niespoistych wg PN-88/B-04481 przeprowadzono następujące badania: zawartości frakcji piaskowo-żwirowej, zawartości ziarna mniejszego niż 0,075 mm, zawartości niespalonego węgla, maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego po zagęszczeniu wg I metody Proctora i odpowiadającej jej wilgotności optymalnej, wskaźnika piaskowego po pięciokrotnym zagęszczeniu metodą I Proctora, wskaźnika nośności po 4 dobach nasycenia wodą bez obciążenia i z obciążeniem 3 kN/m2 oraz kąta tarcia wewnętrznego (stan naturalny). Wyznaczono również wskaźnik wodoprzepuszczalności (stan naturalny) wg normy PN-55/B-04492 i kapilarność bierną wg normy PN-B-04493:1960. Przygotowaną mieszankę popiołu lotnego z gruntem spoistym o wilgotności optymalnej wsypywano do formy walcowej (średnica i wysokość formy równa 8 cm) i zagęszczano w jednej warstwie dynamicznie energią 0,59 J/cm3 mieszanki wg normalnej metody Proctora zgodnie z normą PN-88/B-04481. Próbki po uformowaniu pielęgnowano zgodnie z normą BN-71/8933-10, a następnie ściskano na prasie hydraulicznej, uzyskując wynik wytrzymałości na ściskanie. Badania przeprowadzone po 14 dniach twardnienia wykazały, że domielenie popiołu lotnego powoduje podwyższenie wytrzymałości mieszanek gruntowych z dodatkiem cementu o 43 i o 25% w mieszankach bez dodatku cementu. Natomiast, biorąc pod uwagę badania uzyskane po 42 dniach, procentowy wzrost wy- trzymałości wynosił 28% dla mieszanki gruntowej z dodatkiem cementu i 37,5% dla mieszanki bez dodatku cementu. Badania mieszanin popiołu lotnego z gruntem niespoistym wykonywało Laboratorium Geotechniki Instytutu Badawczego Dróg i Mostów w Warszawie we współpracy z Centralnym Laboratorium firmy Wapeco Sp. z o.o. Przedstawiona koncepcja technologiczna charakteryzuje się wysokim wzrostem wytrzymałości mieszanek gruntowych przy blisko 80% sprawności energetycznej procesu domielenia w młynie elektromagnetycznym. Zapewnia ona minimalne koszty zużycia energii na aktywowanie popiołów.

The article presents the results of research on specific activated fly ash preparation, confirming the advantages of innovatory technological conception of electromagnetic mill use. The fly ash from brown coal utilization in the electric power station ”Pątnów” (Poland) was used in research. This activation was substantiated on the basis of research on ground binding mixture strength with the fly ash activated in electromagnetic mill. Chemical constitution of this fly ash and advantages of its use in ground binding mixture were presented. The research was conducted for coherent ground after 12 and 14 days of hardening on the basis of the norm BN-71/8933-10. For disintegrated ground the following research was conducted: according to PN-88/B-04481 gravel-sand fraction content, content of grain smaller than 0.075 mm, content of non utilized coal, maximal volumetric density of soil particles after thickening it according to I Proctor method and the optimal degree of saturation corresponding to it, sand ratio after 5 times density with I Procter method, bearing capacity ratio of the ground after 4 days water absorption without load and with 3 kN/m2 load and internal friction angle (natural state). Water - permeability ratio was also performed (natural state) according to the norm PN-55/B-04492 as well as passive capillarity ratio according to the norm PN-B-04493:1960. The mixture of fly ash with binding ground of the optimal degree of saturation was poured into the roll form (the diameter and height of the form amounted 8 cm ) thickened in one layer dynamically with energy 0.59 joule per 1 cm3 of mixture according to normal Procter method on the basis of the norm PN-88/B-04481. In order to obtain the knowledge concerning the resis- tance to pressing, the samples were treated according to the norm BN-71/8933-10 after being formed and then pressed on hydraulic press. Research conducted after 14 days of hardening revealed that in the result of fly ash grinding the strength of ground mixture with cement addition increases by 43% and by 25% as far as mixtures without cement are concerned. The research results after 42 days showed 28% strength increase for the ground mixture with cement addition and 37,5% - increase for the ground mixture without cement addition. The presented technological conception is characterized by the high increase in ground mixture strength by nearly 80% energetic efficiency in grinding process in electromagnetic mill. It ensures the minimal cost of energy used for ash activation.