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 2

1. Suchy system oczyszczania spalin ze spalania odpadów niebezpiecznych - ocena skuteczności usuwania substancji gazowych i możliwości spełniania standardów emisyjnych
Dry Flue-Gas Treatment System in Hazardous Waste Incineration - Assessment of Efficiency of Gaseous Substances Removal and Possibilities of Comply with Emission Limits
Robert Oleniacz
Strony: 85-99, Pobierz w wersji .PDF

Obiektem badań była instalacja spalania odpadów medycznych o wydajności maksymalnej 150 kg/h, wyposażona w suchy system oczyszczania spalin, oparty na procesie adsorpcji zanieczyszczeń na sorbencie wapniowo-węglowym i zatrzymywaniu sorbentu w wysokosprawnym urządzeniu odpylającym (filtrze ceramicznym o gwarantowanym stężeniu pyłu na wylocie poniżej 5 mg/mn3). W charakterze sorbentu wykorzystywane było wysokoreaktywne wapno hydratyzowane z 5÷10% dodatkiem węgla aktywnego. Sorbent ten podawany był do spalin w minimalnych zalecanych ilościach (4÷5 kg/h). Celem badań była m.in. ocena skuteczności usuwania ze spalin wybranych substancji gazowych (SO2, NOx, HCl, HF, HCN i BTX) oraz możliwości spełniania standardów emisyjnych określonych dla instalacji spalania odpadów. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów i analiz stwierdzono, że wysoką skuteczność oczyszczania otrzymano jedynie dla takich substancji, jak SO2, HCN i etylobenzen. Tego typu całkowicie suchy system oczyszczania spalin niezbyt dobrze radzi sobie z zatrzymywaniem niektórych zanieczyszczeń występujących w fazie gazowej (np. HCl), co w sytuacji okresowego wzrostu ilości substancji unoszonych z procesu spalania może skutkować niedotrzymywaniem standardów emisyjnych. Problem ten może dotyczyć także innych substancji (np. HF, NOx czy SO2) w przypadku spalania odpadów niebezpiecznych zawierających dużo wyższe ilości fluoru, azotu czy siarki. W tych przypadkach niezbędne jest stosowanie bardziej skutecznych metod ograniczania emisji do powietrza i/lub zoptymalizowanie pracy suchego systemu oczyszczania spalin.

The research object was a medical waste incineration plant with a capacity of 150 kg per hour equipped with a flue-gas treatment system based on dry sorption process using a lime-carbon reagent with adsorbent removing in high-efficiency particulate collector. As the dry sorption agent was used a mixture of high reactive hydrated lime and activated carbon injected to combustion gases by pneumatic feeder in the minimal recommended amount (4÷5 kg/h). Activated carbon content in the mixture was 5÷10% by mass. Applied collector was a ceramic filter with total filtration area of 120 m2 and guaranteed outlet dust concentration under 5 mg/mn3. One of the research aims was the evaluation of removal efficiency selected gaseous compounds (SO2, NOx, HCl, HF, HCN and BTX) from flue-gas and possibilities of comply with emission limit requirements for waste incinerators. Based on carried out measurements and analysis there was claimed that high efficiency of the flue-gas cleaning was only for such substances like SO2, HCN and ethylbenzene. This type of full dry flue-gas treatment system was not too adequate for other pollutants existing in gas phase (for example HCl). Consequently, the system could not comply with the emission standards during temporary increasing of the substances released from the incineration process. This problem did not occur with reference to the substances, which concentrations in raw gases were under emission limits (like HF and NOx), but during incineration of other hazardous wastes with much higher fluorine, nitrogen and sulphur content dry flue-gas cleaning could not be sufficient to the comply with emission standards for HF, NOx and SO2. In the cases, wet treatment or other methods of the emissions control might be necessary as well as improvement of the dry system operation connected with additional moisturizing and cooling of raw gases before the sorbent injection, increasing the sorbent mass flow and applying more powdered or impregnated adsorbents.

2. Klasyfikacja luk pomiarowych w danych rejestrowanych na stacjach monitoringu powietrza
Classification of Air Monitoring Data Gaps
Szymon Hoffman, Rafał Jasiński
Strony: 101-117, Pobierz w wersji .PDF

Rejestrowane na stacjach monitoringu powietrza zbiory danych nigdy nie są kompletne. W skali roku liczba odnotowywanych braków jest zmienna. Ocena jakości powietrza na podstawie niepełnych pomiarów jest utrudniona. Obowiązujące przepisy prawne dopuszczają możliwość wykorzystania modelowania w celu uzupełnienia brakujących danych. Rozpoznanie typowych struktur obszarów z brakującymi danymi umożliwia ich klasyfikację, a następnie rekomendację odpowiednich metod modelowania dla wyszczególnionych klas. Celem badań było wytypowanie charakterystycznych struktur luk pomiarowych w zbiorach danych i określenie częstości ich występowania. Klasyfikację przypadków z brakującymi danymi zaproponowano na podstawie przeglądu wieloletnich danych, pochodzących z kilku różnych stacji pomiarowych automatycznego monitoringu powietrza. Analizowano serie czasowe chwilowych stężeń podstawowych zanieczyszczeń powietrza (O3, NO2, NO, PM10, SO2, CO), zarejestrowanych w latach 2004-2008 na stacjach monitoringu powietrza Warszawa-Ursynów, Radom, Łódź-Widzew, Piotrków Trybunalski. Na podstawie wyników przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że brakujące dane występują powszechnie w zbiorach danych pochodzących z monitoringu powietrza. Częstość ich występowania w rocznych seriach pomiarowych może wynosić od kilku do nawet kilkudziesięciu procent. Większość luk pomiarowych jest krótka - stanowią je głównie pojedyncze przypadki. Zdecydowanie rzadziej występują bloki brakujących danych, przekraczające 3-4 przypadki (dłuższe od 3-4 godzin). Największą częstość występowania przypadków z niezarejestrowanymi wynikami odnotowano dla luk najdłuższych, obejmujących więcej niż 24 przypadki (>24 godziny).

The data gathered continuously in the air monitoring systems are never entire. In the whole year, the number of missing records is changeable. The deficiency of data could result in uncertainty of a statistical assessment, required by the air quality standards, and cause the uselessness of monitoring measurements. Air quality standards permit to use modelling in order to recreate the missing data when the completeness of the monitoring set is not sufficient. Applied modelling methods should guarantee possibly the best precision to achieve the air quality assessment being closest to reality. Single, specified method does not assure the maximal accuracy because the missing data in data matrix may create gaps of various shapes and ranges. Recognition of typical structures of missing data fields should be the base of their classification. For the specified classes of gaps the optimum modelling methods may be recommended and assigned. The main objective of the analysis was to select typical patterns of gaps in air monitoring data matrixes, and the assessment of their appearing. The missing data classification was suggested after long-term data survey. The analyzed data sets derived from 4 different air monitoring sites in the Central Poland (Warsaw-Ursynów, Radom, Lodz-Widzew, Piotrków Trybunalski). The data were gathered in the period 2004-2008. The examined time-series involved hourly concentrations of main air pollutants: O3, NO2, NO, PM10, SO2, CO. The results allow coming to some general conclusions. Missing data commonly occur in sets of air monitoring records. Gaps may include up to several or even more per cent of all expected data in yearly measuring series. For all air pollutants, the most of the gaps in monitoring time series are very short. Single (1-hour) missing values dominate among gaps of different length. Gaps lengths exceeding 3-4 hours are observed occasionally. However, the greatest frequency of single without-data cases appearing is observed in the longest gaps (>24 hours), because of their lengths.

3. Oznaczanie powierzchni właściwej osadu czynnego
Determination of Activated Sludge Specific Surface Area
Krzysztof Barbusiński, Helena Kościelniak
Strony: 119-132, Pobierz w wersji .PDF

Powierzchnia właściwa osadu czynnego odgrywa istotną rolę w procesie biodegradacji zanieczyszczeń ściekowych. W pracy przedstawiono historyczne aspekty rozwoju metod pomiaru powierzchni właściwej osadu czynnego. Obecnie za najbardziej dokładne i jednocześ¬nie proste można uznać metody adsorpcji barwnikowej. Opisano metodykę oznaczania powierzchni właściwej osadu czynnego z wykorzystaniem Lissamine Scarlet 4R, rodaminy B oraz p-nitrofenolu (PNP). Metoda z użyciem PNP (stosowana dla materiałów innych niż biologiczne) została przystosowana do oznaczania powierzchni właściwej osadu czynnego przez autorów. Na podstawie badań własnych dokonano także porównania otrzymywanych wyników z zastosowaniem przedstawionych trzech metod. Najbardziej zbliżone wartości uzyskano dla metody z Lissamine Scarlet 4R (55,9÷112 m2/g s.m.) i rodaminą B (62,4÷127 m2/g s.m.). Wartości powierzchni właściwej dla metody z PNP były znacznie większe (151,6÷254,7 m2/g s.m.), co prawdopodobnie wynika z małej wartości pola powierzchni siadania cząsteczki p-nitrofenolu. Stwierdzono, że porównywać można jedynie powierzchnie osadu czynnego oznaczone taką samą metodą. Wartości powierzchni właściwej dla konkretnego osadu określone różnymi metodami mogą między sobą znacznie się różnić.

Activated sludge process is the most common method for effective treatment of municipal as well as industrial wastewater. The effectiveness of the activated sludge process is related to the physical properties of the flocs. One of the very important properties of the activated sludge is specific surface area, which influences both the mass transfer into floc and the effectiveness of sludge flocculation. In this paper, the methods of measurement of activated sludge specific surface based on dye adsorption were shortly reviewed. At present, these methods can be stated as the most precise and simple to use. The methods using Lissamine Scarlet 4R, p-nitrophenol (PNP) and Rhodamine B were detailed described. The PNP method (used early for non-biological materials) was adapted for measurement of activated sludge specific surface by authors. Literature review shows clearly the advantages of the use of PNP, Lissamine Scarlet 4R and Rhodamine B for measurement of specific surface of activated sludge. The advantages of the use of PNP for this purpose are as follows: it is a small molecule with a known cross-sectional area, it shows affinity for a great variety of solids, it can be used in aqueous or non-aqueous solutions, it is stable, easily purified, and readily analysed. Lissamine Scarlet 4R is suitable for the measuring specific surface of activated sludge for the following reasons: it is stable, its solubility in water is neither too high (competition with solvent) nor too low (micelle formation), it can be efficiently purified and staining of glass tubes is negligible. However, the adsorption on activated sludge was taking place only under acidic conditions. Rhodamine B can be also use to measurement the specific surface area of activated sludge. The cross-sectional area occupied by molecule was dependent on pH and conductivity of the solution. The essential advantage of the use of Rhodamine B is possibility of surface area measurement without acidification of solution. However, its disadvantage is intensity of colour. Rhodamine B stains glass and other materials. Based on the results obtained in this study, the surface area measured by Lissamine Scarlet 4R was compared with a surface area calculated with PNP and Rhodamine B methods. The most close-up values were observed for Lissamine Scarlet 4R (55.9÷112 m2/g) and Rhodamine B (62.4÷127 m2/g). The values obtained for PNP were considerably higher (151.6÷254.7 m2/g), probably as a result of small cross-sectional area of PNP molecule. It has been concluded that values of activated sludge specific surface, measured by means of various methods can substantially differ. Therefore, only values obtained by means of the same method can be compared.

4. Wpływ dodatku osadów ściekowych na wybrane fizyczno-chemiczne i mikrobiologiczne parametry gleb zdegradowanych
The Influence of Sewage Sludge Addition on Selected Physico-Chemical Parameters of Degraded Soils
Krzysztof Fijałkowski, Małgorzata Kacprzak
Strony: 133-141, Pobierz w wersji .PDF

Gleby zdegradowane w wyniku szkodliwego oddziaływania emisji z hut metali nieżelaznych są często wyjałowione z substancji organicznej oraz brak w nich odpowiedniej mikroflory. Taki stan środowiska glebowego wyklucza skuteczność biologicznej rewitalizacji bez wcześniejszego wzbogacenia matrycy gleby odpowiednimi substratami. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące zmian wartości wybranych parametrów mikrobiologicznych i fizyczno-chemicznych gleby wzbogaconej komunalnymi osadami ściekowymi po 6 miesiącach od aplikacji substratu. W doświadczeniu wykorzystano zdegradowaną glebę pochodzącą z terenu oddziaływania huty w Miasteczku Śląskim i komunalny osad ściekowy z oczyszczalni ścieków komunalnych w Pajęcznie w trzech proporcjach wagowych (10, 30 i 50%). Przeprowadzone analizy wykazały poprawę większości badanych parametrów (pH, TEB, CEC, azot organiczny, fosfor przyswajalny, liczebność grzybów i promieniowców), a zastosowane osady ściekowe przyczyniły się zarówno do wzrostu zdolności buforowych badanej gleby, jak i jej znacznego wzbogacenia w fosfor przyswajalny łącznie z poprawą stosunku C:N. Otrzymane dane wskazują, że w badanej glebie zachodzi korzystna odnowa procesów mineralizacji substancji organicznej, co potwierdza skuteczność stosowania osadów ściekowych w rekultywacji gleb zdegradowanych.

One of the most widespread form of soil degradation is the chemical contamination, which is generally seen in industrialized areas and can be manifested as heavy metals pollution. Soils degraded by the toxic emissions from non-ferrous foundries (rich of heavy metals) are very often deficient in organic compounds and suitable microflora because of limited soil’s protective abilities in the presence of metallic elements contamination. That kind of soils is hard to revitalize without earlier improvement of soil matrix by specific substratum. Sludges from municipal waste water treatment plants (particularly from country-side ones) are rich in nutritive compounds which can be assimilated by plants. Because of that, sludges can be very effective soil-forming substrates in upper layers of inorganic ground where they can restore a biological activity which is proper for fertile soils. The paper presents the evaluation of municipal sewage sludge influence on selected physico-chemical and biological (bacteria and fungi constitute the most important part of the microflora present in soils) parameters of degraded soil after six months since the application. The investigated soil was taken from the area polluted by Miasteczko Slaskie zinc foundry, and municipal sewage sludge originated from waste water treatment plant in Pajeczno. Conducted analyses have shown improvement in the majority of studied parameters (fungi and actinomycetes population, pH, TEB, CEC, Kiejdahl’s nitrogen and assimilable phosphorus). Applied sewage sludge caused improvement of sorption capacity (cation exchange capacity - CEC) which indicates amelioration of soil’s fertility. Sludge used in experiment also indicates high enlargement of assimilable phosphorus in connection to appropriate carbon to nitrogen ratio (C:N). The presented work has shown positive sewage sludge influence on organic matter mineralization processes which confirms the fact that this substratum can be effectively used in degraded soil reclamation e.g. in low cost soil cleaning procedures like phytoremediation.

5. Zastosowanie nowoczesnych czynników utleniających do usuwania wybranych barwników z roztworów wodnych
The Use of Advanced Oxidizing Agents for the Removing of the Chosen Dyes from Aqueous Solutions
Elżbieta Bezak-Mazur, Lidia Dąbek, Ewa Ozimina
Strony: 143-151, Pobierz w wersji .PDF

Usuwanie zanieczyszczeń organicznych z wód i ścieków, szczególnie w przypadku substancji trudno biodegradowalnych, pozostaje wciąż nierozwiązanym problemem. Wśród licznych metod coraz częściej zwraca się uwagę na możliwość zastosowania w tym celu nowoczesnych czynników utleniających. W prezentowanej pracy analizowano zmianę stężenia wybranych barwników pod wpływem działania UV (254 nm), nadtlenku wodoru oraz odczynnika Fentona. Do badań wybrano: fiolet krystaliczny (stężenie barwnika 10 mg/l) należący do grupy barwników trifenylometanowych, zwanych także barwnikami anilinowymi, czerwień fenolową (stężenie 70 mg/l) z grupy barwników kwasowych oraz zieleń naftolową (stężenie 100 mg/l) z grupy barwników nitrozowych. W efekcie działania wybranych czynników na wodne roztwory barwników obserwowano stopniowe odbarwianie oraz zakwaszanie układu reakcyjnego. Najwolniej rozkład barwników zachodził pod wpływem promieniowania UV, przy czym w przypadku czerwieni metylowej barwa roztworu utrzymywała się nawet po 80 min naświetlania. Istotny wzrost szybkości rozkładu barwników (ponad 10-krotny) obserwuje się w przypadku działania H2O2/UV. W tych warunkach obserwuje się dla wszystkich barwników synergiczny efekt pogłębionego utleniania w stosunku do UV. Wzrost dawki utleniacza skutkuje ok. 2,5-krotnym wzrostem szybkości rozkładu barwników. Stwierdzono, że najskuteczniejszym czynnikiem utleniającym jest odczynnik Fentona w obecności promieniowania UV Fe2+/H2O2/UV przy stosunku Fe:H2O2 wynoszącym 1:5. W tych warunkach redukcję stężenia na poziomie 97% obserwuje się już po 3 min, co skutkuje całkowitym odbarwieniem analizowanego roztworu.

Removing organic impurities, particularly difficult-to-biodegrade substances, from water and wastewater is an important problem requiring further investigation. An increasing number of researchers consider the use of Advanced Oxidation Processes (AOPs). This paper discusses the effects of UV radiation (254 nm), hydrogen peroxide, and Fenton’s reagent on the concentration of dyes. The dyes selected for the analysis were: methyl violet with a concentration of 10mg/l representing triphenylmethane dyes, also known as aniline dyes; phenol red with a concentration of 100 mg/l, representing acid dyes; and naphthol green with a concentration of 70 mg/l representing nitro dyes. It was found that the exposure to these oxidants resulted in gradual decolourization and acidification of the reaction mixture. The slowest decomposition rates were observed during the exposure to UV radiation; in the case of phenol red, the colour of the solution remained unchanged even after 80 minutes of exposure. The exposure to H2O2/UV caused a considerable (more than tenfold) increase in the decomposition rate. The synergistic effect of H2O2 and UV radiation resulting in enhanced oxidation was observed for all the dyes. An increase in the amount of oxidant resulted in a 2.5-fold increase in the dye decomposition rate. The test results illustrate that Fenton’s reagent with UV radiation was the most effective oxidizing agent. After 3 minutes of exposure to the Fe2+/H2O2/UV system with the weight ratio of Fe2+:H2O2 being 1:5, there was a 97% decrease in the dye concentration followed by complete decolourization of the solution.

6. Wykorzystanie węgli aktywnych do oczyszczania zaolejonych roztworów wodnych
Activated Carbon Usage for Purification of Water Solutions with Oil Contaminants
Alicja Puszkarewicz, Jadwiga Kaleta, Dorota Papciak
Strony: 153-161, Pobierz w wersji .PDF

Zaprezentowano rezultaty badań nad wykorzystaniem adsorpcyjnych właściwości wybranych pylistych węgli aktywnych do usuwania z wody zemulgowanego oleju maszynowego Mixol S metodą koagulacji. W badaniach zastosowano następujące reagenty: pylisty węgiel aktywny Organosorb 200-1 Wi (PWA 1), Organosorb 100-1 (PWA 2) oraz koagulanty podstawowe, tj.: chlorek żelaza(III) FeCl3·6H2O i siarczan(VI) glinu Al2(SO4)3•18H2O. Badania wykonywane były seriami w zależności od dawki pylistego węgla aktywnego (PWA) i rodzaju koagulantów podstawowych. Większą efektywnością w usuwaniu oleju Mixol z wody, przy użyciu obu koagulantów, wykazał się pylisty węgiel aktywny Organosorb 100-1 (PWA 2). Największe, 97% usunięcie oleju (Ck = 12 mg/dm3), przy stężeniu początkowym C0 = 360 mg/dm3, otrzymano dla 150 mg/dm3 Al2(SO4)3 i pylistego węgla aktywnego PWA 2 w dawce 0,2 g/dm3. W świetle przeprowadzonych badań koagulacja wspomagana procesem adsorpcji okazała się skuteczną metodą oczyszczania emulsji olejowych, a sole glinu lepszym koagulantem. Dużą korzyścią z zastosowania węgla aktywnego (czyli połączenia procesów koagulacji i adsorpcji) była lepsza jakość osadów pokoagulacyjnych. Osady uzyskiwane w wyniku prowadzonych testów z koagulantem podstawowym i węglami, w przeciwieństwie do osadów pochodzących tylko z samodzielnie stosowanych koagulantów, były o dużo większej gęstości i mniej uwodnione. Tworzyły szlam, łatwy do usunięcia i możliwy do regeneracji poprzez odwodnienie, wysuszenie i wyprażenie.

The paper presents the results of research related to removal of oil emulsion (on base of 'Mixol S') from water solution in coagulation process. The selected powdery activated carbons were used as aid reagents by reason of adsorptive properties refer to organic compounds. The research was realized on model emulsion. Carried microscopic observation has showed that oil drops were smaller than 3.0 μm. It testified that objective emulsion could be described as fine-dispersion emulsion. The solutions have pH values in the range 6.5÷7.0. The following reagents were applied in the research tests: powdery activated carbon Organosorb 200-1 Wi (PWA 1), Organosorb 100-1 (PWA 2), as well as basic coagulants - i.e. iron(III) chloride FeCl3•6H2O and aluminum sulfate, Al2(SO4)3•18H2O. The tests were conducted in series, depending on the dose of powdery activated carbon and the type of basic coagulants. In case of PWA 1 (powder wood carbon) employment, removal of oil from water solution was considerable but not completely satisfactory. Final concentration of oil Mixol in water has amounted to C = 26 mg/dm3. It gets it at dose aluminum D = 90 mg/dm3 and 0.5 g/dm3 active carbon. When both coagulants were used the 'Organosorb 100-1' (PWA 2) powdery activated carbon exhibited higher effectiveness in removal of Mixol oil from water. The highest oil reduction, i.e. 97% (Ck = 12 mg/dm3), from its initial concentration of C0 = 360 mg/dm3, was obtained for 150 mg/dm3 of Al2(SO4)3 and for PWA 2 powdery activated carbon dosed at 0.2 g/dm3. Coagulation assisted by the adsorption process appeared to be a more effective method of water purification from oil emulsions, while aluminum salts were better coagulants. The big advantage of using powdery activated carbon (i.e. the combination of coagulation and adsorption processes), was a better quality of post-coagulation sediments. Unlike the sediments formed from coagulant used alone, the sediments obtained as a result of tests with basic coagulant and carbons had much higher density and contained less water. The sludge formed by the latter was easy to remove and could be regenerated by dewatering, drying and roasting.