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 3

1. Mikrobiologiczny rozkład kwasu galusowego
Microbiological Degradation of Gallic Acid
Danuta Wojcieszyńska, Urszula Guzik, Piotr Jaroszek
Strony: 173-184, Pobierz w wersji .PDF

Kwas galusowy należy do grupy roślinnych związków zwanych polifenolami. Związek ten występuje w roślinach w postaci wolnej i związanej w estrach. Rozkład GA zachodzi zarówno w tlenowych, jak i beztlenowych warunkach, a główną rolę w jego degradacji odgrywają mikroorganizmy. Kluczowymi enzymami tlenowej degradacji GA są, należące do oksygenaz, dioksygenazy rozszczepiające, katalizujące rozpad pierścienia aromatycznego z udziałem tlenu. Tlenowa degradacja kwasu galusowego u bakterii może zachodzić szlakiem meta, inicjowanym przez dioksygenazę galusanową i 4,5-dioksygenazę protokatechową, lub szlakiem orto, zapoczątkowanym aktywnością 3,4-dioksygenazy protokatechowej. Produktami rozkładu GA stwierdzonymi u Pseudomonas putida są pirogronian i szczawiooctan. Rozkład GA z udziałem tlenu powiązany jest również ze szlakiem β-ketoadypinowym kwasu protokatechowego, którego końcowymi produktami są acetylo-CoA i bursztynylo-CoA. Stwierdzono także obecność tlenowej degradacji GA u grzybów. Głównymi związkami przejściowymi beztlenowej degradacji GA są floroglucyna oraz rezorcyna. Kluczowym produktem przejściowym w degradacji kwasu galusowego poprzez floroglucynę jest 3-hydroksy-5-ketoheksanian (HOHN). Rezorcyna, drugi produkt przejś¬ciowy beztlenowej degradacji GA, powstaje z floroglucyny i pirogalolu przez dehydroksylację. Związek ten może ulegać następnie redukcji z udziałem reduktazy rezorcynowej lub hydrolizie do kwasu 5-keto-2-heksenowego.

Gallic acid (3,4,5-trihydroxybenzoic acid) is widely distributed throughout the plant kingdom. It is present in almost all plants. High gallic acid contents can be found in gallnuts, grapes, tea, hops and oak bark. According to its biochemical properties gallic acid is an industrially important chemical used as an antioxidant in food, cosmetics and pharmaceutical industries. It possesses a lot of potential therapeutic properties including anti-cancer and antimicrobial ones. The gallic acid is readily utilized by oxidative breakdown to simple aliphatic acids that are metabolized through the citric acid cycle. Although different aerobic pathways for the aromatic acids biodegradation are known they usually involve the formation of protocatechuate as a common intermediate. Protocatechuate may be cleaved by protocatechuate 3.4- dioxygenase [EC 1.13.11.3], which catalyzes the intradiol addition of molecular oxygen and forms 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid as well as protocatechuate 4.5-dioxygenase [1.13.11.8] that catalyzes extradiol addition of molecular oxygen result in 4-carboxy-2-hydroxy-cis,cis-muconic semialdehyde formation. Another mechanism of gallic acid degradation is observed in fungi. In Aspergillus niger gallic acid is oxidatively cleaved by an oxygenase to unstable tricarboxylic intermediate decarboxylated by an oxidative decarboxylase to cis-aconitic acid enter the citric acid cycle. Aspergillus flavus degrades gallic acid to oxaloacetic acid and finally pyruvic acid through the tricarboxylic acid intermediates. Different mechanisms of anaerobic breakdown of gallic acid are known. At the first step of its degradation gallate is decarboxylated to 1,2,3-trihydroxybenzene, which is isomerized to phloroglucinol by pyrogallol-phloroglucinol isomerase and then reduced to dihydrophloroglucinol by phloroglucinol reductase. In the next step dihydrophloroglucinol is converted to 3-hydroxy-5-oxohexanonic acid (HOHN) by dihydrophloroglucinol hydrolase. Then, HOHN may be degraded through different pathways. The first one is its conversion to 3,5-dioxohexanoate (triacetate) by HOHN dehydrogenase and ultimately to three molecules of acetyl-CoA via triacetyl-CoA by the sequential enzymatic reactions catalyzed by triacetyl-CoA transferase, triacetate-ketothiolase, acetoacetyl-CoA-ketothiolase, phosphotransacetylase and acetate kinase. In methanogenic conditions HONH-CoA is transformed to butyrate or acetate, which are finally degraded to methane and carbon dioxide.

2. Zmiany koplanarnych PCB w osadach ściekowych podczas fermentacji termofilowo-mezofilowej
Change of Coplanar PCBS in Sewage Sludge during Termophilic-Mesophilic Fermentation
Agata Rosińska
Strony: 185-195, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu fermentacji termofilowej i mezofilowej na zmiany koplanarnych PCB 77, 126, 163 oraz chlorowanych bifenyli o kodach: 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180 w osadach ściekowych. Przedmiotem badań były osady ściekowe pochodzące z miejskiej oczyszczalni ścieków. Proces fermentacji termofilowo-mezofilowej przebiegał w dwóch etapach. W pierwszym prowadzono hydrolizę osadu surowego (S) w 55°C przez 5 dni, w drugim etapie zhydrolizowany osad surowy zaszczepiony osadem fermentującym w stosunku objętościowym 1:2 (S+F) poddawano fermentacji metanowej mezofilowej w temperaturze 37°C (± 1°C). Badania wykazały, że fermentacja termofilowo- mezofilowa wpływa korzystnie na biodegradację koplanarnych PCB. Toksyczność badanych osadów mierzona poziomem toksyczności PCB zmniejszyła się zarówno po hydrolizie, jak i po fermentacji mezofilowej.

In the research sewage sludge from Sewage-Treatment Plant was used. It is a municipal sewage-treatment plant which uses activated sewage sludge method for biological nutrient removal and nitrogen compounds and chemical precipitation (PIX coagulating agent) in order to extract phosphorus. Crude and fermenting sewage sludge was the material. In each stage of the research samples of crude sewage sludge were taken from primary settling tanks. Fermenting sewage sludge was taken once from the bottom of the sewage sludge digestion chamber. The sewage sludge was strained by 3 mm sieve. The crude sewage sludge was used in the process of termophilic fermentation. Mixed sewage sludge for mesophilic fermentation process was obtained as a result of mixing crude with fermenting sewage sludge (S+F) in volumetric ratio 1 + 2. The concentration of coplanar PCBs (77, 126, 169) and seven congeners: 28, 52, 101, 118, 138, 180 in sewage sludge before, during and after termophilic and mesophilic fermentation was determined. On the basis of the obtained results it was concluded that in the sewage sludge the determinal coplanar PCBs concentration decreased after fermentation. In the crude sewage sludge we detected coplanar congeners of PCB total concentration 5.08 µg/kg d.m. before termophilic fermentation and 1.07 µg/kg d.m. after the process. During mesophilic fermentation the reduction of summary concentration of coplanar congeners PCBs from 21.26 to 0.60 µg/kg d.m. was observed.

3. Wspomaganie biologicznego oczyszczania ścieków polem magnetycznym
Enhancement of Biological Wastewater Treatment by Magnetic Field Exposure
Agnieszka Tomska
Strony: 197-206, Pobierz w wersji .PDF

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu pola magnetycznego o indukcji 40 mT na usuwanie związków organicznych, przemiany związków azotu oraz aktywność oddechową mikroorganizmów nitryfikacyjnych podczas oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego. Badania realizowano dla dwóch temperatur: w serii I dla 22 ± 2°C i w serii II dla 14 ± 1°C. W obu seriach badania prowadzono w dwóch równolegle pracujących układach laboratoryjnych do hodowli osadu czynnego. W jednym z układów na przewodzie przeznaczonym do recyrkulacji osadu czynnego z osadnika wtórnego do komory napowietrzania zainstalowano jedną parę magnesów stałych, a drugi stanowił układ kontrolny. Badania wykazały, że okresowe eksponowanie osadu czynnego w polu magnetycznym o indukcji 40 mT z wykorzystaniem magnesów stałych nie intensyfikowało eliminacji związków organicznych ze ścieków. Analiza przemian związków azotowych wykazała natomiast, że eliminacja azotu organicznego i Kjeldahla przebiegała efektywniej w układach, w których osad czynny okresowo eksponowano w polu magnetycznym. Potwierdzeniem intensywniejszych przemian związków azotu w układach, w których zainstalowano magnesy, jest również wyższa szybkość nitryfikacji. Badania nad aktywnością oddechową mikroorganizmów osadu czynnego pokazują, że okresowe eksponowanie osadu czynnego w polu magnetycznym o indukcji 40 mT intensyfikowało aktywność oddechową niryfikantów II fazy.

In resent years increasing attention has been directed to the possibility of improvement of waste water treatment by static magnetic field. In this paper the results of investigations on the effect of magnetic field at induction 40 mT on organic compounds removal were presented. Moreover, the transformation of nitrogen compounds and the oxygen uptake rate of nitrifying microorganism in activated sludge wastewater treatment process were determined. The research was carried out at two temperatures - 22±2°C (series I) and 14±1°C (series II). The experiments were performed in two simultaneously operating laboratory activated sludge units. In one of the unit a pair of permanent magnets was installed on the pipe used to recycle of activated sludge from the secondary clarifier to the aeration vessel. The second one was a control unit. The process was realized keeping beneficial sludge age for nitrification process in the range from 15 d to 10 d (series I) and from 13 d to 12 d (series II). The dissolved oxygen concentration in the aeration vessel was kept at the level above 2 mgO2/dm3. The data show that the activated sludge exposure to magnetic field did not affect on the organic pollution removal. However, the analysis of nitrogen compounds transformations shows that elimination of organic and Kjeldahl nitrogen was more effective for the unit where activated sludge was exposed to magnetic field. The elimination of organic nitrogen for the unit with magnets was higher from 2 to 7% in the first series and from 4 to 16% in the second series as compare with the control unit. The studies on oxygen uptake rate of activated sludge microorganisms show also that the nitrification process was more effective for unit where magnets were installed. In every measuring day the oxygen uptake rate of the nitrification was higher for unit with magnets as compare with the control unit. The results show that magnetic field could be an improving factor for nitrification of domestic wastewater by activated sludge.

4. Wpływ procesu hydrolizy ultradźwiękowej na generowanie lotnych kwasów tłuszczowych w procesie kwaśnej fermentacji osadów nadmiernych
The Impact of Ultrasonic Hydrolysis on the VFA Generation in the Acid Fermentation of Excess Sludge
Iwona Zawieja, Lidia Wolny, Paweł Wolski
Strony: 207-217, Pobierz w wersji .PDF

Kondycjonowanie osadów polem ultradźwiękowym (UD) wpływa na wzrost stopnia ich dezintegracji, wynikiem czego jest nie tylko mechaniczne rozdrobnienie cząstek fazy stałej osadów, mające miejsce w pierwszym etapie procesu kondycjonowania, lecz również szereg reakcji sonochemicznych, prowadzących do lizy komórek mikroorganizmów. Efektem zwiększenia podatności osadów na biochemiczny rozkład w warunkach beztlenowych, obserwowanym w wyniku ultradźwiękowej obróbki, jest intensyfikacja wytwarzania lotnych kwasów tłuszczowych w czasie fazy hydrolitycznej procesu fermentacji. Lotne kwasy tłuszczowe stanowią istotny produkt pośredni procesu stabilizacji beztlenowej, których wartość determinuje bezpośrednio intensywność produkcji biogazu. Celem badań była analiza wpływu kondycjonowania osadów nadmiernych polem ultradźwiękowym na generowanie LKT w procesie hydrolizy ultradźwiękowej (sonolizy) oraz w procesie hydrolizy biologicznej, stanowiącej pierwszą fazę procesu stabilizacji beztlenowej. Fermentacji kwaśnej poddano mieszaninę osadów nadmiernych (90%) pochodzących z Koniecpolskich Zakładów Płyt Pilśniowych oraz osadów przefermentowanych (10%), pełniących rolę zaszczepu z Centralnej Oczyszczalni Ścieków P.S.W. WARTA w Częstochowie. Badania prowadzono w kolbach szklanych, będących modelami komór fermentacyjnych w mezofilowym reżimie temperatur. Proces stabilizacji beztlenowej prowadzony był w warunkach statycznych. Podczas prowadzonego kondycjonowania, w wyniku zachodzącego procesu hydrolizy ultradźwiękowej, zaobserwowano wraz ze zwiększeniem czasu sonifikacji oraz amplitudy drgań istotny wzrost wartości ChZT oraz korelujący z nim przyrost wartości lotnych kwasów tłuszczowych. W przypadku najniższej stosowanej amplitudy drgań wynoszącej 15,3 µm w odniesieniu do wartości LKT przed procesem kondycjonowania uzyskano dla najkorzystniejszego czasu wynoszącego 240 s ok. 2-krotny przyrost wartości LKT. Natomiast w przypadku amplitudy 36,6 µm, uznanej za najkorzystniejszą, dla najlepszego czasu nadźwiękawiania wynoszącego 300 s otrzymano ok. 6-krotny wzrost wartości lotnych kwasów tłuszczowych w odniesieniu do wartości przed procesem dezintegracji. Podczas fermentacji kwaśnej osadów nadmiernych kondycjonowanych polem UD o amplitudzie 21,4 oraz 36,6 µm oraz czasie sonifikacji, wynoszącym odpowiednio 360 oraz 300 s, uzyskano, w odniesieniu do wartości maksymalnej LKT odnotowanej w 10 dniu procesu, ok. 1,5-krotny oraz 2,5-krotny przyrost LKT w porównaniu z wynikami otrzymanymi w procesie fermentacji osadów surowych.

Sewage sludge conditioning with ultrasonic field (UF) impacts on the increase of its disintegration degree. In the first part of conditioning process the mechanical dispersion of sewage solid phase was observed as well as the sonochemical reactions which caused the lysis of microbes’ cells. As the result of the increase of sludge biochemical susceptibility in the anaerobic conditions the intensification of volatile fatty acid (VFA) increase in the hydrolythic phase of fermentation process is observed. VFA content in sludge liquid is the essential effect of stabilization process. VFA concentration determines the intensity of biogas generation. The aim of investigation was the analysis of the influence of excess sludge conditioning on VFA generation in the sonolysis process, as well as in the biological hydrolysis process which is the first phase of anaerobic stabilization process. The mixture of excess sludge (90%) from Koniecpolskie Zakłady Płyt Pilśniowych and digested sludge (10%), used as inoculum from WWTP in Częstochowa was tested in fermentation process. The investigations were conducted in laboratory bulbs, being models of fermentation chambers and in the mesophilic temperature regime of static conditions. As the result of hydrolysis during the conditioning process the essential increase of Chemical Oxygen Demand (COD) and VFA values in the sludge liquid was observed. In the case of the lowest value of UF amplitude (15.3 µm) and exposition time 240 s double increase of VFA, comparing to untreated sludge, was observed. For the most advantageous value of amplitude (36.6 µm) and exposition time of 300 s 6-times increase of VFA was obtained. During acid fermentation of excess sludge, conditioned with ultrasonic field amplitude of 21 and 36.6 µm and at time of sonification respectively 360 s and 300 s it was obtained, in comparing to the VFA maximum value determined through 10-day process, about 1.5 and 2.5 times increase of VFA.

5. Zmienność współczynnika filtracji w mule węglowym proponowanym do budowy barier izolacyjnych
Variability of Filtration Coefficient in Coal Sludge as a Material to Insulating Barriers Building
Tomasz Doniecki, Ewa Siedlecka
Strony: 219-230, Pobierz w wersji .PDF

Zagrożenie zanieczyszczenia środowiska gruntowo-wodnego w wyniku działalności gospodarczej spowodowało, że coraz częściej w nowoczesnych projektach środowiskowych wykorzystuje się bariery izolacyjne. W większości przypadków bariery izolacyjne stosowane są na terenach, na których lokalizuje się składowiska odpadów. Najkorzystniejszymi właściwościami izolacyjnymi charakteryzują się skały ilaste; są to materiały najczęściej stosowane do budowy barier izolacyjnych. W tym celu można również wykorzystywać odpady mineralne, w których część składników stanowią minerały ilaste. Takimi odpadami są muły węglowe powstające w procesach wzbogacania węgli kamiennych. W artykule przedstawiono charakterystykę mułów węglowych pochodzących z KWK Janina. Badaniami objęto muły pochodzące z przeróbki węgla kamiennego w latach 2005-2007. Część mułów węglowych wytworzonych w tych latach podlegała depozycji na tzw. mułowiskach. Określono zmienność współczynnika filtracji w zależności od rodzaju cieczy stosowanej do badania. Wykazano, że muły węglowe charakteryzują się niewielkimi zmianami w zakresie parametrów filtracyjnych bez względu na zmiany składu stosowanych roztworów filtrujących. We wszystkich przypadkach uzyskany współczynnik filtracji jest niższy niż wymagany literą prawa, to jest k<10–9 m/s. Współczynnik filtracji uzyskany podczas przepływu wody dejonizowanej przez zagęszczony przy wilgotności optymalnej muł węglowy wynosi 1,11•10-11 m/s. W przypadku filtracji przez muł węglowy roztworów wzrasta prędkość filtracji. Największy wzrost prędkości obserwuje się dla roztworu 1N kwasu solnego.

The threat of environmental ground-water pollution as a result of economic activity has caused the increase of use the insulating barriers in the modern environmental projects. In most cases, insulating barriers are used in the landfill areas location. The best insulating properties have the clay rocks - the most commonly used materials in the construction of insulating barriers. The clay minerals are also the constituent of the mineral wastes, such as the coal sludge from hard coal enrichment, which can be used to form the barriers. This article presents the characteristics of coal sludge from a coal mine Janina (South Poland). The mud formed in the years 2005-2007 as a waste product of coal processing was used in examination. Some coal sludge produced in recent years was disposed on the mud clarifier. The variability of the filtration coefficient, depending on the type of fluid used for testing, was examined. It has been shown that the changes of coal sludge filtration parameters are low regardless of changes in the composition of filtering solutions. In all cases, the filtration coefficient is lower than the level required by letter of the law. The coefficient of permeability obtained during distilled water filtration by a compact coal sludge wopt is equal 1.11•10–11 m/s. In the case of solutions filtration through the coal sludge the speed of filtration increases. The largest increase of filtration speed is observed for the 1N hydrochloric acid solution.

6. Aproksymacja stężeń zanieczyszczeń powietrza za pomocą neuronowych modeli szeregów czasowych
Aproximation of Air Monitoring Data Gaps by Means of Time-Series Neural Models
Szymon Hoffman
Strony: 231-239, Pobierz w wersji .PDF

W pracy oceniono możliwości aproksymacji stężeń zanieczyszczeń mierzonych na stacjach monitoringu powietrza. Do predykcji stężeń wykorzystano neuronowe modele szeregów czasowych. Jakość modelowania testowano na rzeczywistych danych pochodzących ze stacji monitoringu powietrza Łódź-Widzew, zarejestrowanych w latach 2004-2008. Analizie poddano względnie kompletny zbiór danych, obejmujący stężenia 6 podstawowych zanieczyszczeń powietrza: O3, NO2, NO, PM10, SO2, CO. Celem badawczym było określenie i porównanie dokładności predykcji stężeń różnych zanieczyszczeń powietrza. Modelowanie przeprowadzono, stosując sztuczne sieci neuronowe. Trening sieci odbywał się przy użyciu liniowego algorytmu pseudoinwersji. Wyjściem modelu było stężenie wybranego zanieczyszczenia w określonym czasie. Wejściami były wartości stężeń zarejestrowane w godzinach wcześniejszych. Każdy model charakteryzowały dwie wielkości: horyzont prognozy i liczba wartości opóźnionych. W analizie określono dokładność predykcji stężeń wybranych zanieczyszczeń dla stałej liczby wartości opóźnionych równej 24 przy zmieniającym się horyzoncie prognozy od 1 do 240 godz. Jako kryterium jakości modelowania przyjęto wartość błędu aproksymacji.

An assessment of quality of air pollutants concentration modeling was the main research purpose. The examination was made by means of artificial neural networks, which were employed to create time-series models. The quality of approximation was tested on the actual set of air monitoring data, gathered over a 5-year period at the measure site in Lodz-Widzew (Central Poland). The examined time-series involved hourly concentrations of main air pollutants: O3, NO2, NO, PM10, SO2, CO. The research aim was the estimation and the comparison of prediction accuracy for different air pollutants. Time-series models were characterized by two parameters which might influence the prediction quality: lookahead and steps. For all models the constant number of steps equal 24 hours was assumed. The effect of changes of lookahead in the range 1÷240 hours was analyzed. It was stated that the decreasing of precision of time-series models with the increase of lookahead is observed. The drop of accuracy depends on pollutant. The furthest reasonable prognosis may be done for ozone concentration. Approximation accuracy shortens in the order: O3, CO, SO2, PM10, NO2, NO.