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 12, Numer 1

1. Fouling membran półprzepuszczalnych podczas oczyszczania wody metodą ultra- i mikrofiltracji - przegląd piśmiennictwa
The Fouling of Semi-Permeable Membranes during Water Treatment by Use of UF/MF Proces - Review
Michał Bodzek, Aleksandra Płatkowska
Strony: 5-24, Pobierz w wersji .PDF

Procesom membranowym uzdatniania wody i oczyszczania ścieków towarzyszy nieodłącznie zjawisko zmniejszania wydajności i żywotności membran zwane foulingiem. Pierwszym krokiem do ograniczenia foulingu jest poznanie natury tego zjawiska. Pozwalają na to dostępne techniki analityczne, takie jak: SEM, AFM, FTIR, HPSEC, analiza OWO, ASA, pomiar kąta zwilżenia oraz potencjału elektrokinetycznego membran czy też frakcjonowanie na żywicach XAD8/4. Stopień foulingu powodowanego przez NOM uzależniony jest m.in. od siły jonowej oraz pH. Zależy on w dużej mierze od właściwości filtrowanej wody, w tym hydrofilowości/hydrofobowości jej składników. Duża część badaczy obarcza frakcję hydrofobową odpowiedzialnością za fouling. Dla procesów niskociśnieniowych zaobserwowano wpływ rozmiaru cząstek filtrowanej frakcji (im mniejsze, tym większy obserwowany spadek strumienia oraz opór filtracji) na zjawisko foulingu. Zidentyfikowano 4 kategorie NOM, które uważane są za silne foulanty, a mianowicie białka, aminocukry, polisacharydy i związki poli(hydroksy-aromatyczne). Znaczenia ma również rodzaj membrany. W zdecydowanej większości prac zaobserwowano większą tendencję do foulingu w przypadku membran hydrofobowych niż hydrofilowych, co tłumaczono adsorpcją ujemnie naładowanych grup funkcyjnych NOM na dodatnio naładowanych powierzchniach membrany. Obecnie stosowane są różne procesy wstępnego przygotowania nadawy, mające na celu zwiększenie jakości wody i/lub wydajności membran. Koagulacja oraz adsorpcja na węglu aktywnym są polecane przy minimalizacji foulingu związanego z dużymi stężeniami poli(hydroksy-aromatów), proces utlenienia natomiast jest zalecany do zmniejszania foulingu powodowanego polisacharydami.

During membrane water and wastewater processes reduction of capacity and membranes lifetime can be observed. Those phenomena are caused by membrane fouling. To limit the influence of fouling on the efficiency of membrane processes detailed recognition of its nature is required. This can be done using available analytical technologies like: electron microscopy (SEM, AFM), infrared spectroscopy (FTIR), high performance size exclusion chromatography (HPSEC), TOC analysis, atomic absorption spectroscopy (AAS), measurement of contact angle and zeta potential or fractionation on XAD8/4 resins. The influence of fouling caused by NOM mainly depends on ionic strength and pH, but also on properties of filtrated water, including hydophobicity/hydrophilicity of its components. Resent scientific reports suggest that the hydrophobic water fraction has a significant impact on fouling. Size of molecules of filtrated fraction is responsible for fouling occurring fouling during low-pressure membrane processes (the smallest size of molecules the highest flux decline). 4 categories of NOM, which are considered to be strong foulants, were identified. They include: proteins, aminosugars, polysaccharides and poly(hydroxy-aromatics). The membrane composing material also has a meaning. Hydrophobic membranes seem to have greater ability to fouling than hydrophilic ones. It can be explained by the fact, that the positively charged membrane surface tends to adsorb negatively charged functional groups of NOM. Nowadays different water pretreatment processes are applied. Their aim is to improve water quality and/or membrane capacity. Fouling caused by poly(hydroxyl-amines) can be minimized by coagulation or adsorption on activated carbon, while oxidation reduces the fouling induced by polysaccharides.

2. Oczyszczanie oleju posmażalniczego za pomocą węgli aktywnych
Purification of Used Frying Oil by Active Carbons
Wojciech Chwiałkowski, Bronisław Buczek
Strony: 25-34, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem mieszaniny węgli aktywnych o różnych właściwościach powierzchniowych w procesie oczyszczania zużytego oleju smażalniczego. Stosowane węgle aktywne przygotowano poprzez wygrzewanie handlowego węgla aktywnego w temperaturze 1000°C w atmosferze azotu (ARW) oraz poprzez utlenianie nadtlenkiem wodoru (ARP2). Oczyszczaniu poddano fryturę smażalniczą, wyprodukowaną na bazie oleju rzepakowego, przeznaczoną do zastosowań komercyjnych (smażenia w głębokim tłuszczu produktów żywnościowych). Medium smażalnicze było specjalnym, rafinowanym olejem z naturalnym osadem, pozwalającym na długotrwałe głębokie smażenie dzięki opóźnieniu procesu oksydacji w porównaniu do zwykłego oleju rzepakowego. Oczyszczanie adsorpcyjne oleju posmażalniczego za pomocą mieszaniny węgli ARW i ARP2 efektywnie poprawiło jakość oleju. Traktowanie mieszaniną adsorbentów spowodowało zarówno obniżenie ilości substancji barwnych, produktów pierwotnego i wtórnego utleniania, jak również produktów hydrolizy kwasów tłuszczowych i związków polarnych. W wyniku oczyszczania wzrosła także ilość substancji o charakterze nienasyconym.

The objective of this study was to remove degradation products from rapeseed oil, used for frying French chips, by adsorption on mixture of active carbons. Modified active carbons were prepared by thermal treatment of commercial active carbon at temperature of 1000°C in nitrogen atmosphere (ARW) and by hydrogen peroxide oxidation (ARP2). Frying fritura, produced on the base of rapeseed oil, used for commercial applications (deep frying of food products), was purified. Fritura was special, refined oil with natural residue, which allows to extend frying time thanks reduction of oxidation rate in comparison to ordinary rapeseed oil. Adsorption purification of used frying oil by mixture active carbon ARW and ARP2 improves oil quality, effectively. Amount of colour substances, products of primary and secondary oxidation, as well as fatty acids’ hydrolysis products and total polar compounds in used frying oil were reduced after contact with adsorbents. As a results of purification process amounts of unsaturated substances were increased, as well.

3. Wstępne badania degradacji barwnika Acid Green 16 w systemie H2O2/wiórki stalowe
Preliminary Tests of Degradation of Dye Acid Green 16 in the H2O2/Swarf System
Krzysztof Barbusiński, Barbara Pieczykolan
Strony: 35-49, Pobierz w wersji .PDF

Przeprowadzono badania degradacji barwnika Acid Green 16 za pomocą zmodyfikowanego odczynnika Fentona w dwóch reaktorach przepływowych, w których wykorzystano wiórki stalowe jako alternatywne źródło jonów żelaza. Reaktory różniły się wysokością i objętością zastosowanego wypełnienia z wiórków. Nadtlenek wodoru wprowadzano zarówno przed reaktorami (wariant I), jak i za reaktorami (wariant II). W poszczególnych seriach badań różnicowano dawki H2O2 (od 75 do 1250 mg/dm3), początkowe wartości pH ścieków (pH 3 i 4,5) oraz stopień ich alkalizacji (pH 9 i 12) po procesie Fentona. Porównano również efektywność zmodyfikowanego i klasycznego odczynnika Fentona w odbarwianiu badanych ścieków. Wykazano, że możliwe jest skuteczne zastąpienie klasycznego odczynnika Fentona modyfikacją z wiórkami stalowymi w systemie przepływowym do oczyszczania ścieków barwnych. W systemie przepływowym istotny wpływ na wielkość dawki H2O2 wymaganej do odbarwienia ścieków miało miejsce wprowadzania nadtlenku wodoru, początkowa wartość pH ścieków, a także czas kontaktu ścieków z wiórkami w reaktorze. Znacznie lepsze efekty odbarwiania uzyskiwano dla początkowego pH 3 w porównaniu do pH 4,5. Duże znaczenie odgrywał też stopień końcowej alkalizacji ścieków po procesie Fentona. Efektywność odbarwiania ścieków przy korekcie do pH 9 wynosiła 98,7÷99,8% oraz 99,8÷99,9% przy korekcie do pH 12.

A modified Fenton process, using heterogeneous catalyst (swarf) as an alternative source of iron ions, was investigated for degradation of dye Acid Green 16. The experiments were carried out in two continuously-flow reactors consisting a glass column (diameter of 2.48 cm) filled with swarf. The reactors differed in bed height (3.5 and 7 cm in the first and the second reactor respectively). The swarf was made during metal sawing and the particle size of swarf was in the range of 1.2÷4.0 mm. H2O2 was dosed both before (variant I) and after (variant II) the reactors. The effect of H2O2 dosage (from 75 to 1250 mg/dm3), initial pH (3 and 4.5) and pH alkalisation after Fenton’s process (pH 9 and 12) on colour removal efficiency was examined. Moreover, the effectiveness of the modified and classical Fenton’s process was compared. The modified continuous Fenton process was found to be very efficient for discoloration of simulated wastewater containing 100 mg/dm3 Acid Green 16. The experimental results clearly showed that swarf could be used to replace iron salts as a catalyst in this modification. Such a system can work effectively both where H2O2 is dosing into the wastewater before and after the reactors. At the approximate process’s parameters (dosage of H2O2 and initial pH) there were obtained similar effects of Acid Green 16 degradation in both classical and modified Fenton process. The dosage of H2O2, volume of swarf bed, initial pH and the place of H2O2 dosing, had fundamental impact on discoloration efficiency in the modified Fenton process. Much better results of colour removal (98.7÷ 99.8%) were achieved when initial pH value equalled 3.0. At initial pH value of 4.5 the results were worse (48.8÷80.6%). A very important factor was also the pH value after Fenton process. The increase of pH from 9 to 12 significantly improved the discoloration efficiency, mainly due to better precipitate iron compounds, which caused a specific colour of wastewater. It was also found, that in the case where H2O2 was added into the wastewater before reactor, it is possible to increase the efficiency of colour removal in significant way by leaving effluent after Fenton process for longer time without neutralisation. It made possible, in some range, to decrease dosages of H2O2, and the same lowering costs of wastewater treatment. The obtained results encourage to further research on this subject in order to more precise evaluation of particular parameters of continuously-flow reactor and consequently to minimize costs and maximize treatment efficiency. The presented modification of Fenton process is relatively economical because the swarf can be used as a discard material e.g. from machining.

4. Wpływ kondycjonowania osadów ściekowych kwasem nadoctowym na zmiany ich właściwości fizyczno-chemicznych
Effect of Conditioning with Peracetic Acid on Selected Physicochemical Properties of the Sludge
Marcin Wołczyński, Ewa Wiśniowska, Marta Janosz-Rajczyk
Strony: 51-63, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań wpływu kwasu nadoctowego na przebieg stabilizacji tlenowej osadów ściekowych (mieszanina 1:1, v/v osadu nadmiernego i surowego). Stabilizację tlenową prowadzono w skali laboratoryjnej, w trzech reaktorach o objętości 12 dm3. Do osadu w reaktorze kontrolnym (R1) nie wprowadzano kwasu nadoctowego. Do reaktora R2 wprowadzono 2 cm3 CH3COOOH/dm3 osadów na początku stabilizacji, a następnie po 6 dniach dodatkowo 1, a po 11 dniach 0,5 cm3 CH3COOOH. Do reaktora R3 wprowadzono jednorazowo 20 cm3 CH3COOOH przed rozpoczęciem stabilizacji osadów. Proces stabilizacji tlenowej prowadzono przez 21 dni. Zawartość reaktorów była mieszana za pomocą powietrza doprowadzanego przez dyfuzory umieszczone na dnie reaktorów. Wprowadzane powietrze służyło równocześnie za źródło tlenu do procesu stabilizacji. Stężenie tlenu rozpuszczonego utrzymywano na poziomie 2 mg/dm3. Proces prowadzono w temperaturze pokojowej (21 ± 1°C). W celu przebiegu stabilizacji w osadzie lub cieczy nadosadowej oznaczano zawiesiny ogólne i organiczne, indeks Mohlmanna, czas ssania kapilarnego, pH oraz ChZT. Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że wprowadzanie CH3COOOH do osadów stabilizowanych tlenowo spowalniało przebieg procesu w porównaniu z próbką kontrolną. Dodanie kwasu nadoctowego pogarszało również podatność osadów na odwadnianie. W cieczy nadosadowej osadu, do którego wprowadzono 20 cm3 CH3COOOH, zaobserwowano znaczący wzrost ChZT. Zmiany we właściwościach fizyczno-chemicznych osadów stabilizowanych chemicznie pozwalają stwierdzić, że kwas nadoctowy powodował utlenienie części zawiesin organicznych osadów przy równoczesnej inaktywacji mikroorganizmów osadu.

The study presents the results of investigations on aerobic digestion of excess and raw sludge mixture (1:1, v/v) in the presence of peracetic acid (PAA). Aerobic digestion of the sludge was performed in laboratory scale, in three bath reactors (12 L volume each). To the first (blank) reactor (R1) no oxidant was introduced. To the second one (R2) 2, 1 and 0.5 mL of CH3COOOH were added at the beginning of stabilization, after 6 and 11 days, respectively. To the third reactor (R3) 20 mL of CH3COOOH was added before aerobic digestion. Digestion was continued for 21 days. Content of all reactors was mixed and aerated with air introduced in the bottom of the reactor through diffusers. Dissolved oxygen concentration was set at 2 mg.L-1. Process was performed at temperature 20 ± 1°C. Total suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS), sludge volume index (SVI), capillary suction time (CST), pH and chemical oxygen demand (COD) were analysed in the sludge to monitor the progress of stabilization process. It can be concluded that application of peracetic acid didn’t improve the aerobic digestion compared to classical process (blank reactor). Peracetic acid application worsens dewatering properties of the sludge. Significant increase of COD value in supernatant was also observed when 20 mL of CH3COOOH was added. Application of CH3COOOH caused oxidation of the part of organic solids in the sludge and inactivation of microorganisms.

5. Metale ciężkie w osadach dennych wybranych dopływów rzeki Kłodnicy
Heavy Metals in Bottom Sediments in Selected Tributaries of the Kłodnica River
Witold Nocoń
Strony: 65-76, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań zawartości metali ciężkich w osadach dennych wybranych dopływów rzeki Kłodnicy. Badaniami objęto następujące rzeki: Bytomkę, Czarniawkę oraz Potok Toszecki. Badania wykazały najwyższą zawartość metali ciężkich w osadach dennych Bytomki. Na nieco niższym poziomie odnotowano stężenia pierwiastków toksycznych w osadach dennych Czarniawki, natomiast najniższe w Potoku Toszeckim. Zgodnie z klasyfikacją LAWA, osady denne Bytomki i Czarniawki mogą być sklasyfikowane jako silnie zanieczyszczone/zanieczyszczone. Natomiast zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 16 kwietnia 2002 r. w sprawie rodzajów oraz stężeń substancji, które powodują, że urobek jest zanieczyszczony, jedynie osady Bytomki są zaliczane do zanieczyszczonych. Ponadto wysokie stężenia Zn, Pb i Cd w górnym biegu Bytomki są wynikiem oddziaływania przemysłu wydobywczego rud cynkowo-ołowiowych, który tam się rozwijał do końca XIX wieku. Wyniki badań zawartości metali ciężkich w osadach wybranych dopływów Kłodnicy wskazują również na konieczność objęcia monitoringiem niewielkich dopływów tej rzeki, gdyż w okresach wezbrań powodziowych duża część materiału zgromadzonego w osadach zostaje uruchomiona i przetransportowana w niższe partie zlewni, przyczyniając się tym samym do wtórnego zanieczyszczenia rzek. Stan obecny jest przyczyną klęski ekologicznej w obrębie zlewni rzeki Kłodnicy.

Research results of heavy metals concentrations in bottom sediments in selected tributaries of the Kłodnica river are showed in this paper. Studies were taken out in the following rivers: the Bytomka, the Czarniawka and the Potok Toszecki. Bottom sediments were collected from five sample points in each river. Research showed the highest heavy metals contamination in bottom sediments of the Bytomka river (Zn up to 1900 mg kg−1, Pb - 287 mg kg−1, Cd - 6.1 mg kg−1, Cu - 127 mg kg−1, Ni - 26 mg kg−1, Cr - 25 mg kg−1, Mn - 694 mg kg−1, Fe - 13.9 g kg−1. Contamination of bottom sediments in the Czarniawka river was a bit lower than in the Bytomka river. Concentrations of Zn - up to 1050 mg kg−1, Pb - 289 mg kg−1, Cd - 4.0 mg kg−1, Cu - 90 mg kg−1, Ni - 39 mg kg−1, Cr - 38 mg kg−1, Mn - 973 mg kg−1, Fe - 42.1 g kg−1 were determined. The lowest heavy metals concentrations were observed in sediments of the Potok Toszecki. Both the Bytomka and the Czarniawka are the rivers with industrial basin area. The Potok Toszecki is the river with agricultural basin. Concentration of heavy metals in this river’s sediments is at the level of geochemical background. Concentration of heavy metals in the Bytomka and the Czarniawka bottom sediments shows that these rivers are under strong anthropogenic influence. Classification of bottom sediments according to LAWA shows that the Bytomka and the Czarniawka sediments are strongly contaminated/contaminated. But according to ordinance of Polish Government from 16th April 2002 only the Bytomka river sediments can be classified as contaminated. Moreover, high concentrations of Zn, Pb and Cd in the upper Bytomka bottom sediments are caused by zinc-lead mine industry which was localized there to the end of 19th century. Results of research show the necessity of small tributaries monitoring, because a huge load of contaminants which is deposited in sediments is discharged and transported to the lower parts of river basin during the floods, and it is conducted to secondary basin contamination. The present condition is a reason of ecological disaster which is observed in the area of the Kłodnica river basin.