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 4

1. Rola płytkiego nizinnego zbiornika zaporowego w układzie "rzeka-zbiornik-rzeka" Część I. Wybrane wskaźniki hydrochemiczne oraz bilans związków azotowych w zbiorniku Słupsko
The Role of Shallow, Lowland Dam-Reservoir in the "River-Dam-Reservoir-River" System. Part I. Selected Hydrochemical Indicators and Nitrogen Balance in Słupsko Dam-Reservoir
Maciej Kostecki, Witold Nocoń
Strony: 249-269, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki pierwszych hydrochemicznych badań utworzonego w 2003 roku nizinnego zbiornika zaporowego Słupsko (35,2 ha) i jego wpływ na kształtowanie jakości wody Potoku Toszeckiego jako cieku wypływającego ze zbiornika. Ze względu na czas retencji wynoszący 76 dni zbiornik Słupsko powinien być klasyfikowany jako limniczny. Z punktu widzenia odporności zbiornika na eutrofizację jest to czynnik niekorzystny. Bilans azotu wykazał, że całkowity ładunek azotu doprowadzony do zbiornika w 2008 roku wyniósł 23 t N, a ładunek odprowadzony 16 t N, w tym do zbiornika wpłynęło 14,3, a odpłynęło 9,5 t azotu w formie azotanowej, w formie amonowej dopłynęło 4,5, a wypłynęło 2,5 t azotu. Odprowadzony ze zbiornika ładunek azotu organicznego był większy od doprowadzonego o 1,2 t N. Zbiornik wykazuje zdolność do zmniejszania o 30% ładunku azotu w wodzie odpływającej. Wskaźnik "niebezpieczny" zewnętrznego obciążenia powierzchniowego azotem jest przekroczony 2,5÷5-krotnie. Zmniejszają się stężenia oraz udziały mineralnych form azotu, wzrasta natomiast stężenie oraz udział form organicznych tego pierwiastka. W zbiorniku następuje wzrost pH wody, średnio z ok. 7,5 do 8,6, szczególnie w okresie wiosenno-letnim. Wskazuje to na wysoki stopień trofii zbiornika. Dynamika zmian stężeń jonów chlorkowych, przewodnictwa właściwego, węgla organicznego oraz azotu organicznego i amonowego wskazuje na niekontrolowane zrzuty i odprowadzanie do wód potoku ścieków bytowo-gospodarczych z nieskanalizowanej zlewni Potoku Toszeckiego. Zbiornik wpływa stabilizująco w zakresie wyrównywania stężeń związków azotowych oraz pozostałych wskaźników jakości wody.

The first results of hydrochemical research of the Słupsko lowland dam-reservoir (35.2 ha) and its influence on the Toszecki Stream water quality were presented. This dam-reservoir was set up in 2003. Considering the water retention time, which lasts 76 days, the Słupsko dam-reservoir should be classified as a limnetic type of lakes. From the point of eutrophication hardness, the retention time is disadvantageous. The nitrogen balance showed that total nitrogen loading, which was introduced in 2008 to the dam-reservoir, amounted to 23 t. At the dam outflow, the total nitrogen load of 16 t was observed. The load of introduced nitrate nitrogen was at the level of 14.3 t, and a brought out load was 9.5 tones. The introduced ammonium nitrogen was about 4.5 t, and a flowed load was about 2.5 t. The flowed load of organic nitrogen (4.4 t per year) was higher than the introduced one (2.5 t per year). It was observed that the Słupsko dam-reservoir could reduce the load of nitrogen at the level of 30%. A “dangerous” ratio of superficial nitrogen load was overdone 2.5-5 times. The reduction of mineral and the increase of organic nitrogen forms was observed. Rise of the average pH-index from 7.5 to 8.6 in the dam-reservoir was observed, especially in spring and summer seasons. It shows high trophic level of it. Dynamism of chloride ions concentrations, conductivity, organic carbon, organic and ammonium nitrogen pointed out uncontrolled flows of municipal waste water from the Toszecki Stream basin area. The dam-reservoir affects on the stabilization of concentrations of all nitrogen forms and other indicators of water quality.

2. Specjacja metali ciężkich w osadach ściekowych stabilizowanych procesem fermentacji termofilowo-mezofilowej
Speciation of Heavy Metals in Sewage Sludge during Thermophilic and Mesophilic Fermentation
Lidia Dąbrowska
Strony: 271-280, Pobierz w wersji .PDF

Modyfikacje procesów stabilizacji osadów ściekowych są zwykle wynikiem poszukiwania metod intensyfikacji rozkładu substancji organicznych oraz higienizacji osadów bez użycia środków chemicznych. Cele te można osiągnąć np. przez zastosowanie fermentacji termofilowo-mezofilowej. Dotychczas brakuje wiedzy o zmianach form występowania metali ciężkich w osadach ściekowych podczas prowadzenia ww. fermentacji. Dlatego za zasadne uznano podjęcie takich badań, gdyż zawartość tych zanieczyszczeń w ustabilizowanych osadach ściekowych jest limitowana w aktach prawnych. Pierwszy etap procesu stabilizacji beztlenowej (hydroliza termofilowa) przyczynił się do uwalniania jonów metali do cieczy osadowej; najwyższy wzrost stężenia uzyskano dla cynku, miedzi, chromu i ołowiu. Podczas prowadzenia w dalszym etapie procesu fermentacji mezofilowej stwierdzono obniżenie stężenia jonów metali w cieczy. Wykazano, że po procesie nastąpił wzrost zawartości cynku, miedzi i niklu głównie we frakcji organiczno-siarczkowej, ołowiu we frakcji pozostałościowej, natomiast kadmu i chromu w obu ww. frakcjach stabilizowanego osadu.

The raw sludge from a primary settler and the digested sludge from a fermentation chamber of a municipal wastewater treatment plant were used in presented experiments. Both sludges come from a wastewater treatment plant which uses the activated sludge method for the biological removal of nitrogen compounds and the chemical precipitation method (PIX coagulating reagent) in order to remove phosphorus. The research presented in this paper was aimed at determining the influence of thermophilic hydrolysis of sewage sludge on liquefaction of organic substrates and intensification of the mesophilic fermentation process. The attempt was also made to evaluate the degree, in which thermophilic hydrolysis may cause a release of heavy metals (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Cr) from raw sludge to the liquid phase, and may affect changes of their forms of occurrence (speciation) in sludge after mesophilic fermentation. For quantitative determination of heavy metals speciation in sludge the sequential extraction was done according to the BCR procedure. During thermophilic hydrolysis of raw sludge the transition of heavy metals ions from sludge to the liquid phase was observed, and the highest increase of concentration for Zn, Cu, Cr and Pb ions. However, after fermentation the decrease of heavy metals concentration in the liquid phase and their accumulation in a dry mass of sludge were stated. Pb was mainly bounded with non-dissolved compounds (90% of the total amounts), i.e. with the fraction that is not available, thus not hazardous for groundwater and aquatic and terrestrial ecosystems. Zn, Cu, Ni, Cd and Cr were found to be connected to the organic fraction of sewage sludge (71; 82; 49; 57 and 77% of the total amounts, respectively).

3. Badania przydatności wybranych technik remediacji terenów zdegradowanych działalnością przemysłu cynkowo-ołowiowego
Feasibility Studies on the Application of the Selected Remediation Techniques for Areas Degraded by Zn-Pb Industry
Beata Janecka, Jolanta Sobik-Szołtysek
Strony: 281-294, Pobierz w wersji .PDF

Jednym z ujemnych skutków działalności przemysłu cynkowo-ołowiowego jest gromadzenie odpadów pogórniczych i pohutniczych. Nagromadzenie tych odpadów powoduje negatywne przekształcanie środowiska przyrodniczego na skutek pylenia i migracji metali do gleb oraz wód powierzchniowych i gruntowych. Z uwagi na ich niekorzystne właściwości rekultywacja takich składowisk jest utrudniona, zwłaszcza rekultywacja biologiczna. Celem badań był dobór najkorzystniejszych dodatków do odpadu popłuczkowego z przerobu rud Zn-Pb dla uzyskania optymalnych warunków wegetacji roślin. Jako dodatki organiczne, wzbogacające materiał odpadowy na składowisku w składniki odżywcze, zaproponowano torf ogrodniczy oraz „materiały odpadowe” w postaci kompostu z odpadów komunalnych, osadu ściekowego i zużytego podłoża do uprawy pieczarek. Przydatność zaproponowanych dodatków oceniano za pomocą testu Lepidium. Najkorzystniejszym dodatkiem okazał się kompost dodany do odpadu w ilości 5% wag. Dodatek osadu ściekowego powodował ograniczenie przyrostu korzeni rzeżuchy. Wyniki testu wykazały, że w odpadzie popłuczkowym nie występują czynniki fitotoksyczne, na które nasiona rzeżuchy są szczególnie wrażliwe. Podjęto również próbę modyfikacji składu granulometrycznego odpadu w celu poprawy właściwości fizykomechanicznych podłoża. Jak wykazały badania, każda modyfikacja składu granulometrycznego odpadu poprawiła jego właściwości jako podłoża dla wegetacji roślin, a przyrost świeżej biomasy na mieszaninach odpadu z substancją mineralną był większy od przyrostu uzyskanego na samym odpadzie.

One of the major disadvantages of Zn-Pb industry is generation and accumulation of post-mining and post-metallurgic waste. The waste accumulated on a significant surface area causes deterioration of natural environment by various emissions and migration of heavy metals to soil as well as to surface and ground water, and thus introduces the toxic substances into the food chain. Washery waste is considered to pose a serious problem. The properties of washery waste, i.e. fine-grain particle size, deficiency of substances essential for proper growth of plants and also a high content of heavy metals, impede the process of biological reclamation applied to the areas where the washery waste were deposited. The aim of the presented investigation was to search for the efficient method, suitable for reclamation of washery waste landfills. This was done by applying selected materials containing the substances essential for plant growth and by modifying the granular content of investigated waste. The substrate for investigations was sampled from the washery waste (generated during gravitational Zn-Pb ore concentration) deposited at the landfill in Piekary Śląskie (South Poland). The fine-grained dolomite was the main constituent of the investigated waste. It contained about 7.0% Zn, 1.53% Pb and 0.36% Cd. Agricultural peat and compost produced from municipal waste, sewage sludge and spent mushroom substrate were used as the organic components for increasing the content of nutritional constituents in the investigated waste. Peat and compost were selected according to possible methods of waste management, availability of organic waste and localization of waste generating operations. The toxicity of the investigated waste and materials was assessed by the Lepidium biological test. The mixture of waste and 5% of compost (by weight) was considered to be the most beneficial option. The addition of sewage sludge to the mixture caused the inhibition of the growth of watercress roots. The highest value of inhibition rate was calculated for the mixture of waste and sewage sludge. The addition of agricultural peat and compost produced from municipal waste, sewage sludge and spent mushroom substrate did not improve the growth of watercress roots either. With the reference to the Lepidium test results, no phytotoxic components in the washery waste were present and the qualitative and quantitative addition of organic material to the mixture improved its properties as a soil base. The limited growth of plants on the soil base prepared from the investigated waste, apart from the lack of sufficient content of nutritional substances, could be due to poor structure of the soil base. Therefore, the modification of granular content of the investigated waste was performed in order to improve the waste physical and mechanical properties. The investigated waste was modified with the addition of sand and clay in a selected ratio. The increase in fresh biomass and root length of watercress was used to evaluate the efficiency of materials added to the waste mixture. According to the obtained results, each modification of waste granular content significantly improved the properties of the mixture as a soil base. The increase in fresh biomass was observed for each mixture of waste and mineral substance and was higher than the increase in fresh biomass grown on the investigated waste. The modification of granular content of the soil base did not significantly affect on the length of the root system of the investigated plant. Some of the proposed materials used in these investigations to modify the properties of washery waste are waste materials, therefore their application in the reclamation process would be of economic as well as ecological importance.

4. Oczyszczanie ścieków z produkcji płyt pilśniowych wspomagane polem ultradźwiękowym w reaktorze SBR
Treatment of Wastewater from the Fibreboard Production Enhanced with Ultrasound Sonification in the SBR Reactor
Anna Grosser, Tomasz Kamizela, Ewa Neczaj
Strony: 295-305, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań nad możliwością oczyszczania mieszaniny ścieków syntetycznych o składzie odpowiadającym ściekom bytowo-gospodarczym i ścieków z produkcji płyt pilśniowych w reaktorze typu SBR. Dokonano oceny efektywności procesu na podstawie stopnia obniżenia wartości ChZT dla danych parametrów procesowych: czas zatrzymania tZ (2, 4, 6, 8 d), udział objętościowy ścieków przemysłowych w mieszaninie (5, 7, 9%), amplituda oraz czas nadźwiękawiania ścieków przemysłowych (22,4 µm i 12 min oraz 48,8 µm 4 min). Badania były prowadzone w 4 reaktorach pracujących w 24-godzinnym cyklu pracy, złożonym z następujących faz procesowych: napełniania i mieszania, reakcji - mieszania i napowietrzania, mieszania, sedymentacji i dekantacji oraz przestoju. Wykonane w ramach pracy badania potwierdziły możliwość zastosowania pola ultradźwiękowego do współoczyszczania mieszaniny ścieków z produkcji płyt pilśniowych i ścieków syntetycznych. Efektywność oczyszczania ścieków wyrażona obniżeniem wartości ChZT rosła wraz ze wzrostem czasu przetrzymania ścieków w reaktorze tZ lub obniżaniem obciążenia reaktorów ładunkiem zanieczyszczeń oraz zmniejszaniem udziału ścieków przemysłowych w mieszaninie doprowadzanej do reaktora. Na efektywność oczyszczania miały wpływ parametry pola ultradźwiękowego. We wszystkich reaktorach odnotowano przy zastosowaniu do kondycjonowania pola o amplitudzie 22,4 µm i czasie ekspozycji 12 min poprawę jakości ścieków oczyszczonych oraz obniżenie wartości wskaźnika ChZT ścieków surowych w porównaniu do wyników uzyskanych dla amplitudy drgań 48,8 µm.

The paper presents the results of research on co-treatment of fibreboard industry wastewater mixed with synthetic wastewater. The experiment was made in a SBR reactor. Process efficiency has been estimated basing on COD (Chemical Oxygen Demand) changes with the following process parameters: retention time (2, 4, 6, and 8 d), industrial wastewater participation in the wastewater mixture (5, 7, and 9%), industrial sewage sonification time and amplitude (24.4 µm, 12 min, and 48.8 µm, 4 min). During the first stage of the research the influence of process parameters on the COD removal was studied. Industrial wastewater was prepared by means of ultrasonic field with amplitude of 48.8 µm for 4 minutes. The analysis of changes of COD removal in sewage indicated the effectiveness treatment increase, resulting from lengthened sewage retention time in the reactor. It was also observed that the increase of industrial sewage volume fraction in the wastewater mixture resulted in the decrease of organic compound removal effectiveness and lowering of the treated sewage quality. At the next stage of research the influence of industrial sewage sonification condition on treatment effectiveness was examined. The comparison was carried out for a wastewater mixture with 9% (v/v) of industrial sewage content. The vibration amplitude was dropped from 48.8 to 24.4 µm, and the exposition time was lengthened from 4 to 12 minutes. After conditioning with a 22.4 µm ultrasonic field amplitude through 12 min the increase of the treated sewage quality was observed. In comparison to the results achieved with a 48.8 µm amplitude ultrasound field, the decrease of COD value was noted. It was also observed that the change of conditions of sonification with an ultrasound field of raw industrial sewage resulted in the decrease of sewage COD index by 124 mgO2/dm3.

5. Porównanie dokładności różnych metod predykcji stężeń zanieczyszczeń powietrza
A Comparison of Accuracies of Different Air Pollutants Concentration Prediction Methods
Szymon Hoffman, Rafał Jasiński
Strony: 307-325, Pobierz w wersji .PDF

W analizie wykorzystano dane zarejestrowane w latach 2004-2008 na ośmiu stacjach monitoringu powietrza działających w różnych miejscowościach województw łódzkiego i mazowieckiego. W pracy badano możliwości aproksymacji stężeń zanieczyszczeń mierzonych na stacjach monitoringu powietrza. Ocenę jakości modelowania wykonano poprzez porównanie modelowanych stężeń ze stężeniami rzeczywistymi. Do predykcji stężeń wykorzystano sieci neuronowe. Porównywano dokładność pięciu różnych grup modeli: modeli szeregów czasowych, liniowych modeli regresji wielowymiarowej, nieliniowych modeli regresji wielowymiarowej, liniowych modeli regresji wielowymiarowej eksplorujących dane pochodzące z sąsiednich stacji monitoringu i nieliniowych modeli regresji wielowymiarowej eksplorujących dane pochodzące z sąsiednich stacji monitoringu. Celem praktycznym była rekomendacja optymalnych technik modelowania luki pomiarowej obejmującej pewien dłuższy fragment serii czasowej tylko jednego z zanieczyszczeń powietrza przy założeniu, że są dostępne wszystkie pozostałe dane, w tym dane pochodzące z sąsiednich stacji monitoringu powietrza. Wykonana analiza wykazała, że dla każdego z zanieczyszczeń powietrza należy rekomendować inne metody predykcji, ponieważ występują duże różnice w możliwościach modelowania poszczególnych zanieczyszczeń powietrza. Stężenia takich zanieczyszczeń, jak O3, SO2, PM10 można efektywnie modelować metodą szeregów czasowych, ale tylko do pewnego horyzontu prognozy, po którym regresyjne metody modelowania okazują się dokładniejsze. W modelowaniu stężeń O3 i PM10 efektywne może się okazać wykorzystanie stężeń tych zanieczyszczeń zarejestrowanych na innych stacjach monitoringu powietrza. W przypadku pozostałych zanieczyszczeń NO, NO2 i CO zasadne jest stosowanie tylko jednej metody modelowania - analizy regresji. Liniowe modele regresyjne są mniej dokładne od ich nieliniowych odpowiedników. Różnice dokładności obu typów modeli nie zawsze są duże. Dlatego modele liniowe mogą stanowić praktyczną alternatywę dla nieliniowych odpowiedników.

Air monitoring data collected over a 5-year period at 8 different measure sites in Central Poland were used as the database for analysis purposes. Approximation of concentrations of monitored air pollutants were done by means of several prediction methods: time series analysis, regression analysis with predictors from a single monitoring station, and regression analysis with external predictors. Separate models were created for O3, NO2, NO, PM10, SO2, CO. Modelled and measured concentrations were compared. As a result prediction errors were calculated for each model. The main objective of analysis was a comparison of prediction results, and recommendation the most accurate modelling methods, dedicated to specified pollutants. The examination was made by means of artificial neural networks, which were employed to create all types of models.