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 13, Numer 3

1. Biologiczne otrzymywanie wodoru z odpadów papierniczych modyfikowanych metodami chemiczno-fizycznymi
Biological Hydrogen Receiving from Modified Paper Wastes of Chemical and Physical Methods
Marcin Wołczyński, Marta Janosz-Rajczyk
Strony: 157-172, Pobierz w wersji .PDF

Badania dotyczyły możliwości otrzymywania wodoru z osadów pochodzących z zakładu papierniczego. Z uwagi na polimerową budowę osady poddawano wstępnej modyfikacji chemiczno-fizycznej obejmującej utlenianie H2O2 i ekspozycję w polu ultradźwiękowym. Fermentację wodorową prowadzono dla substratów, w których wykazano największy przyrost cukrów prostych i ChZT w cieczach osadowych oraz ubytek zawiesin organicznych. Badania wykazały dużą odporność osadów na zastosowaną modyfikację. Uzyskano mały przyrost monosacharydów i niską skuteczność w przetwarzaniu zawiesin. Jednakże wykazano też, że podczas fermentacji modyfikowanych osadów z substratem glukozowym uzyskiwano ponad 3,5-krotny wzrost produkcji wodoru w odniesieniu do fermentacji samego substratu glukozowego.

This article presents studies concerning a possibility of hydrogen obtaining from sewage sludge coming from paper industry. Due to its polymeric composition, the sludge was initially subjected to chemical and physical modification, including H2O2 hydrolysis and ultrasonic field exposure. Hydrogen fermentation was conducted for substrates which showed the highest increase of COD and simple sugars in sludge liquid and suspended organic matter loss. The studies have shown substantial resistance of the sludge to the applied modification, expressed by little monosaccharide increase and low efficiency of sludge liquidation. However, it was also proved that during hydrogen fermentation of the modified substrates, over 3.5 times greater increase of hydrogen production was obtained in comparison to the reference samples.

2. Gromadzenie i selektywna zbiórka odpadów komunalnych w gminach
Collection and Selective Collection of Municipal Solid Waste
Beata Bień, Jurand D. Bień
Strony: 173-183, Pobierz w wersji .PDF

Głównymi źródłami powstawania odpadów komunalnych związanych z działalnością bytową człowieka są przede wszystkim gospodarstwa domowe oraz obiekty użyteczności publicznej. Zbieranie i gromadzenie odpadów w miejscu ich powstawania stanowi pierwsze ogniwo systemu ich usuwania i unieszkodliwiania. Gromadzenie odpadów to etap krótkotrwały i przejściowy. Podstawowym elementem w dobrze zaprojektowanym systemie gospodarki odpadami komunalnymi jest segregacja odpadów. Segregacja odpadów może być realizowana poprzez system selektywnej zbiórki „u źródła” lub drogą tzw. segregacji wtórnej prowadzonej w zakładach unieszkodliwiania. Selektywne gromadzenie odpadów ponadto obejmuje: kontenery ustawiane „w sąsiedztwie”, centralne punkty selektywnego gromadzenia. Na terenach wiejskich selektywna zbiórka odpadów prowadzona jest w ograniczonym zakresie. Z uwagi na to, że wdrożenie i rozwój selektywnej zbiórki jest procesem długotrwałym, rozwijanym sukcesywnie, wymagającym zaangażowania środków technicznych i organizacyjnych, istotnym elementem tego systemu jest świadomość ekologiczna mieszkańców. Gmina powinna położyć szczególny nacisk na działania propagujące prowadzenie prawidłowej gospodarki odpadami poprzez uświadamianie społeczności lokalnej potrzeby ochrony środowiska przed odpadami, celowości selektywnej zbiórki odpadów komunalnych dla zwiększenia odzysku surowców wtórnych z tych odpadów, a w konsekwencji oszczędności objętości eksploatacyjnej składowisk i poprawy standardów sanitarnych i estetycznych środowiska, w którym społeczność ta żyje. Pozwoli to z pewnością ograniczyć ilość powstających dzikich wysypisk na terenie gminy.

The main sources of municipal solid waste arising from the activities of human living are primarily households and public utilities. The collection and accumulation of municipal waste at source is the first stage in the system of its removal and disposal. Collection of municipal solid waste should be a short-term and transitional stage in waste management. The basic element in a well-designed system of municipal waste management is a waste segregation. Municipal waste separation can be achieved through a system of separate waste collection „at source” or by the so-called secondary segregation. Selective waste collection also includes: containers set "in the neighborhood", focal points of selective collection. In rural areas selective municipal waste collection is conducted on a limited basis. Normally the implementation and development of selective collection is a long-term process that expands gradually requiring the involvement of technical and organizational measures. An essential element of such system is also the awareness of inhabitants. Municipality should put particular emphasis to promote a proper waste management among the local community. An awareness of proper waste management allows to protect the environment against waste. In result we save landfills volume and improve operational standards of health and esthetic environment in which the community lives. Certainly, this will limit also the number of wild landfills in the municipality area.

3. Pozyskiwanie biogazu w procesie stabilizacji beztlenowej termicznie modyfikowanych osadów ściekowych
Biogas Generation during the Anaerobic Stabilization of Thermally Modified Sewage Sludge
Iwona Zawieja, Mariusz Barański, Mariusz Małkowski
Strony: 185-196, Pobierz w wersji .PDF

Wzrost stopnia dezintegracji poddanych termicznej modyfikacji osadów nadmiernych warunkuje ich podatność na biodegradację. Efektem dezintegracji jest zachodzący proces hydrolizy termicznej, wpływający bezpośrednio na szybkość przebiegu fazy hydrolitycznej stabilizacji beztlenowej, a w konsekwencji na efektywność fermentacji metanowej, powodujący wzrost stopnia przefermentowania osadów oraz produkcji biogazu. Celem prowadzonych badań była intensyfikacja produkcji biogazu podczas stabilizacji beztlenowej termicznie kondycjonowanych osadów nadmiernych. Substratem badań był nadmierny osad czynny pochodzący z Centralnej Oczyszczalni Ścieków P.S.W. „WARTA” w Częstochowie. W celu zainicjowania procesu stabilizacji osad nadmierny zaszczepiono osadem przefermentowanym, stanowiącym 10% mieszaniny badawczej. Na wstępie prowadzonych badań określono najkorzystniejsze warunki termicznej modyfikacji osadów nadmiernych. Przeprowadzono pięć cykli badawczych w temperaturach: 50, 60, 70, 80, 90°C i w przedziale czasowym 0,5÷3 h. W kolejnym etapie badań przeprowadzono proces okresowej stabilizacji beztlenowej w komorze fermentacyjnej, w mezofilowym reżimie temperatur. Natomiast w celu zbadania zachodzących, w kolejnych 10 dobach stabilizacji, zmian parametrów fizyczno-chemicznych osadów proces fermentacji prowadzono w kolbach laboratoryjnych stanowiących komory fermentacyjne. Z badanego zakresu temperatur do dalszych badań wybrano temperaturę 50 i 70°C. Dla temperatury 50°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 2,5 h uzyskano odpowiednio ok. 9-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT w odniesieniu do wartości początkowych, natomiast dla temperatury 70°C i najkorzystniejszego czasu kondycjonowania wynoszącego 1,5 h odpowiednio ok. 8,5-krotny oraz 3,5-krotny wzrost wartości ChZT oraz LKT. W wyniku poddania osadów procesowi 25-dobowej stabilizacji beztlenowej uzyskano dla badanych osadów następujący stopień przefermentowania: surowe osady nadmierne 45%, osady kondycjonowane termicznie w temperaturze 50 i 70°C przez okres odpowiednio 2,5 oraz 1,5 h: 55 i 46%. Jednostkowa produkcja biogazu dla ww. osadów wyniosła odpowiednio 0,4; 1,92 i 0,7 dm3/g s.m.o.

The increase of the disintegration degree of thermally pretreated excess sludge determines its susceptibility to biodegradation. Thermal hydrolysis process, directly affects on the course rate of hydrolytic phase during anaerobic stability, and consequently on the efficiency of methane fermentation, giving the increase of sludge digestion degree and biogas production. The aim of this study was the intensification of biogas production during anaerobic stabilization of thermally conditioned excess sludge. Test substrate of the research was excess sludge from the Central Wastewater Treatment Plant “Warta” in Czestochowa. In order to initiate the process of stabilization, the excess sludge was inoculated by digested sludge, constituting 10% of the test mixture. At the outset of the study the most favorable conditions for the thermal modification of excessive sludge was determined. Five cycles of testing for temperatures 50, 60, 70, 80, 90°C and time interval 0.5÷3 h were carried out. In the next stage of the study, periodic stabilization process was conducted in anaerobic digester in the mesophilic temperature regime. During 10 days of acid fermentation, in laboratory flasks changes in physico-chemical parameters of digested sludge were examined. From the test temperature range two temperatures 50 and 70°C were selected for further study. For the temperature of 50°C and the conditioning best time of 2.5 h, approximately 9-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values in relation to baseline values were obtained, whereas for the temperature of 70°C and the conditioning best time of 1.5 h respectively about 8.5-fold and 3.5-fold increase of the COD and VFA values were observed. As a result of 25-day anaerobic stabilization process the following digestion degrees were obtained: for raw excess sludge 45% for, deposits thermally conditioned at 50 and 70°C in periods of 2,5 h and 1.5 h: 55 and 46% respectively. The unit biogas production for the above sludge amounted to 0.4, 1.92. and 0.7 dm3/g o.d.m.

4. Możliwości wykorzystania glonów z biomasy zeutrofizowanych zbiorników wodnych jako surowca do produkcji biopaliw
The Possibilities of Using Algae from the Eutrophic Water Biomass for Biofuel Production
January Bień, Magdalena Zabochnicka-Świątek, Lucyna Sławik
Strony: 197-209, Pobierz w wersji .PDF

Stan wód powierzchniowych ulega ciągłemu pogorszeniu. Jednym z jego przejawów jest eutrofizacja. Wskutek eutrofizacji dochodzi do wzrostu liczebności glonów w biomasie zbiornika wodnego. Glony powodują zanieczyszczenie wód, a wyrzucane na brzeg zbiornika wodnego traktowane są jako odpad. Odpad ten mógłby być wykorzystany jako surowiec do produkcji biopaliw, w tym biogazu, bioetanolu i biodiesla. Zakwity wód są zjawiskiem okresowym, pojawiającym się w miesiącach letnich. W związku z czym, aby zapewnić ciągłość pozyskiwania energii z biomasy, konieczne jest prowadzenie hodowli w zbiornikach sztucznych otwartych lub fotobioreaktorach (PBR). W artykule został dokonany przegląd literatury dotyczącej procesu eutrofizacji oraz glonów jako biomasy wodnej powstałej w zeutrofizowanych zbiornikach wodnych. Ponadto zostały zestawione metody zbioru glonów, ich hodowli i możliwości ich wykorzystania jako surowca do produkcji biopaliw.

Surface waters are increasingly contaminated with biogenic elements. One of the concequences is eutrophication. Eutrophication can lead to an accelerated growth of phytoplankton. The result will very often be an increase in phytoplankton biomass and a subsequent reduction in the amount of light reaching the water reservoir floor. Biomass may be converted to a variety of fuel forms including hydrogen, biodiesel, ethanol, methanol, and methane. Water blooms are a phenomenon that appears periodically in the summer months. Because of that, to ensure continuity of energy production from biomass is necessary to conduct culture in open ponds or photobioreactors (PBR). Both macro- and microalgae could play an important role in the current world economy. Microalgae have been extensively studied so far, as they can grow both in fresh- and salty-waters. Aquatic biomass shows a higher growth-rate than terrestrial plants. Various methods of algae cultivation as well as their collection and preparation were discussed in the article.

5. Wpływ zwiększonego stężenia jonów miedzi i ołowiu na proces fermentacji osadów ściekowych
The Influence of Increased Concentration of Copper and Lead Ions on Fermentation Process of Sewage Sludge
Lidia Dąbrowska
Strony: 211-220, Pobierz w wersji .PDF

Modyfikacje procesów stabilizacji osadów ściekowych to poszukiwanie metod intensyfikacji rozkładu substancji organicznych. Temu celowi służy fermentacja termofilowo-mezofilowa osadów. Przeprowadzone badania dotyczyły oceny wpływu celowo zwiększonego stężenia jonów miedzi i ołowiu na przebieg fermentacji mezofilowej osadów ściekowych, poprzedzonej biochemiczną hydrolizą osadów przeprowadzoną w warunkach termofilowych. Przebieg fermentacji oceniono na podstawie pomiaru ilości i składu biogazu oraz obniżenia zawartości substancji organicznych w przefermentowanych osadach. Stwierdzono, że wprowadzenie dodatkowych ilości jonów miedzi lub ołowiu (ok. 10 mg/dm3) nie zakłóciło przebiegu fermentacji mezofilowej osadów ściekowych. Uzyskano porównywalną ilość biogazu oraz stopień rozkładu substancji organicznych. Wprowadzone do osadów dodatkowe dawki rozpuszczalnych związków ww. metali zaraz po rozpoczęciu fermentacji wytrąciły się i pozostały związane w osadach do końca procesu stabilizacji. Najwyższy wzrost zawartości miedzi po fermentacji stwierdzono we frakcji organiczno-siarczkowej, natomiast ołowiu we frakcji pozostałościowej osadów, czyli w tych frakcjach, w których metale te głównie występowały w osadach przed procesem stabilizacji. Frakcje te są chemicznie stabilne. W przypadku cynku, kadmu i chromu największa ich zawartość występowała po fermentacji we frakcji organiczno-siarczkowej, natomiast w przypadku niklu również we frakcji wymienno-węglanowej.

For the experiments the following types of sludges have been used: the mixture of primary and excess sludge and fermenting sludge (with a ratio of about 4:1). Samples were collected at a municipal mechanical-biological wastewater treatment plant in Silesia Voivodeship. In the first stage of fermentation, the hydrolysis of the mixture of primary and excess sludge was carried out at the temperature of 55C for 4 days. In the second stage, after the additional insertion of the fermenting sludge (volumetric ratio 1:2) and heavy metal ions (Cu2+, Pb2+) mesophilic fermentation was carried out at 37°C for 14 days. During mesophilic fermentation of pre-hydrolyzed sludge the decrease of heavy metal concentrations in the liquid phase of the sludge was observed until the 7th day of the fermentation. It is in agreement with the observation that heavy metal ions may precipitate in the form of sulfides. It has been calculated that a specific biogas production from 1 g of dry organic matter removed from sludges was ab. 1 dm3. The amount of methane in the biogas, except the first day, was at the level of 61÷69%. The present work has confirmed that shifting of heavy metals between the particular sludge fractions is possible during sludge modification (mesophilic fermentation preceded by thermophilic hydrolysis). Mesophilic fermentation has not caused the accumulation of heavy metals (except nickel) in the mobile fractions of sludge. After the fermentation the highest increase of zinc, copper, and nickel content was observed in the organic-sulfide fraction, while of lead in the residual fraction; this corresponds to the fractions of main occurrence of the metals in the sludge before stabilization process. Though, after the fermentation the percentage share of the organic-sulfide fraction in bounding copper, chromium, zinc and cadmium was 93; 94; 54, and 62%, respectively, whereas the content of lead in the residual fraction was 65%.

6. Dane monitoringowe w bilansowaniu ładunku zawiesiny i chromu w zlewni zbiornika Czorsztyńskiego
Monitoring Data in Budget Calculations for the Suspended Matter and Chromium Loads in the Czorsztyn Reservoir Watershed
Zbigniew Ślusarczyk, Ewa Szalińska, Piotr Miernik
Strony: 211-235, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono problemy związane z bilansowaniem ładunku zawiesiny i chromu w zlewni zbiornika Czorsztyńskiego w oparciu o dostępne dane z monitoringu jakości wód płynących. Chrom, będący jedynym zanieczyszczeniem metalicznym w tej zlewni, występującym w stężeniach mogących powodować oddziaływanie na środowisko wodne, pochodzi z lokalnych garbarni zrzucających ścieki w sposób niekontrolowany do okolicznych odbiorników. Pozyskane z bazy wyników monitoringowych dane, dotyczące wielkości przepływów i stężeń zawiesiny, uzupełniono wynikami badań dotyczących stężeń chromu w wodzie i zawiesinie. W efekcie obliczeń opartych na modelach regresji ustalono, że poziom akumulacji zawiesiny w zbiorniku wynosi kilkanaście tysięcy ton w roku o średnich przepływach. Realny poziom akumulacji chromu wynosi dla tej zlewni około 10 ton/rok. Przytoczony w artykule przykład potwierdza, że szacowanie wielkości ładunków zanieczyszczeń na podstawie dostępnych danych monitoringowych obarczone jest dużym błędem wynikającym z niewielkiej częstotliwości pomiarów.

The paper presents problems related to the estimation of the suspended matter and chromium loads based on the available monitoring data. The upper Dunajec watershed (West Carpathian Mountains, Poland) is an excellent small system to examine the chromium budget, since it remains the only serious metallic contaminant in this watershed. Chromium is discharged from the local tanneries, where is used as a tanning agent. Due to the improper tannery wastewater management, pre-treated or raw wastewater is discharged into local sewers or directly into the Dunajec River or its tributaries. The existence of an impoundment reservoir in the watershed (Czorsztyn Reservoir), constructed to protect the area against the recurrent flood events, presents its role in the chromium transport within this system. The chromium budget calculations were based mostly on the state monitoring data. The obtained from the monitoring agencies dataset consisted of flows and suspended matter concentrations. These data were supplemented with water and suspended matter chromium concentrations obtained in the research program, carried in the watershed in 2000-2001. The budget calculations, based on the regression equations, estimated the suspended matter load for a dozen or so thousand tons in the year with the average flow. Acting as a sink for chromium introduced mostly with the suspended matter, the reservoir creates a barrier preventing transport of contaminated sediment to the lower part of the river. Chromium accumulation load for this watershed was around 10 tons per year. Recurrent patterns of chromium load delivery can pose an increasing threat for the Czorsztyn Reservoir. The current study proves that estimating the contaminants loads, based on the existing monitoring data, is charged with the big uncertainties due to the low frequency of monitoring data.