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 4

1. Rola płytkiego nizinnego zbiornika zaporowego w układzie „rzeka-zbiornik-rzeka” Część II. Przemiany i bilans związków fosforu w zbiorniku Słupsko
The Role of Shallow, Lowland Dam Reservoir in the River-Lake-River System. Part II. The Phosphorus Changes and Budget in the Slupsko Dam-Reservoir
Maciej Kostecki, Witold Nocoń
Strony: 245-257, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wpływ płytkiego nizinnego zbiornika zaporowego Słupsko (Górny Śląsk) na zmiany stężeń i ładunków związków fosforu w Potoku Toszeckim. Zbiornik Słupsko funkcjonuje w warunkach wysokiego obciążenia zewnętrznego fosforem, co stwarza warunki dla degradacji tego ekosystemu. Bilans fosforu wykazał, że zbiornik nie zmniejsza dopływającego ładunku fosforu, zatem z punktu widzenia ochrony zbiornika Pławniowice jego rola jest niewielka. Zbiornik Słupsko na obecnym etapie swojego funkcjonowania i w aktualnych uwarunkowaniach zmienia mineralne formy fosforu na organiczne. Odwrotna zależność wielkości ładunków fosforu od wielkości przepływu na dopływie do zbiornika oraz widoczny efekt rozcieńczania wskazują na równomierne w czasie wprowadzanie do wód związków fosforu na terenie zlewni. Ustalenie źródeł pochodzenia fosforu na terenie zlewni zbiornika oraz ich eliminacja wydatnie poprawi jakość wody zarówno w Potoku Toszeckim, jak i w zbiornikach Słupsko i Pławniowice.

The influence of a shallow, lowland dam-reservoir (the Słupsko reservoir in Upper Silesia) on the changes of concentration and loads of phosphorus in the Potok Toszecki is presented. The Słupsko reservoir functions in the high phosphorus external load conditions, what causes its degradation. The phosphorus budget showed that only small amount of the phosphorus load inflowed to the reservoir is reduced. In this case the role of reservoir for protection of the Pławniowice reservoir is not important. At the present phase of the reservoir functioning and in the current environmental conditions, in the Słupsko dam-reservoir mineral forms of phosphorus change to the organic forms. The inverse function relationship between phosphorus loads and velocity of flow as well as the dilution effect show that the regular load of phosphorus is introduced from the catchment area. Location of phosphorus sources in the Słupsko dam-reservoir basin and their elimination could improve the water quality in the Potok Toszecki as well as in the Słupsko and the Pławniowice dam-reservoirs.

2. Przydatność Anodonta anatina (L.) jako organizmu wskaźnikowego odzwierciedlającego poziomy metali ciężkich (Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Hg) w wodzie i osadach dennych
Use of Anodonta anatina (L.) as Indicatory Organism Reflecting Levels of Heavy Metals (Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Hg) in Water and Bottom Sediments
Stanisław Piotrowski
Strony: 259-277, Pobierz w wersji .PDF

Celem niniejszego artykułu było stwierdzenie, w jakim stopniu tkanki miękkie i muszle Anodonta anatina (L.) (szczeżuja pospolita) odzwierciedlają zmiany poziomów Cu, Zn, Pb, Co, Cd i Hg w wodzie powierzchniowej i osadach dennych (frakcja poniżej 0,20 mm) ujścia Odry. Materiał do badań laboratoryjnych został pobrany w latach 1999 i 2000 z obszaru ujścia Odry (19 stanowisk) oraz z jeziora Miedwie (jedno stanowisko). Na każdym stanowisku oznaczano koncentracje metali w wodzie powierzchniowej, osadach dennych (frakcja poniżej 0,20 mm) oraz w tkankach miękkich (całe ciało) i muszlach Anodonta anatina. Analizowano 20 próbek tkanek miękkich i 12 próbek muszli Anodonta anatina oraz po 20 próbek wody powierzchniowej i osadów dennych. Na każdym stanowisku analizowano próbki Anodonta anatina obejmujące co najmniej kilkanaście okazów o różnych rozmiarach (tzw. próbki uśrednione). Oznaczenia Cu, Zn, Pb, Co, Cd dokonano techniką ICP-AES, a Hg oznaczono techniką CV-AES. Przy zastosowaniu Anodonta anatina, jako organizmu wskaźnikowego, rejestruje się zmiany poziomów stężeń metali ciężkich w wodzie powierzchniowej na podstawie analizy tkanek miękkich i muszli (Cu i Zn), analizy muszli (Pb i Hg) oraz analizy tkanek (Hg). Z sześciu badanych metali nie kontroluje się tylko zmian Co. Z kolei zmiany koncentracji metali w osadach można kontrolować, wykorzystując tkanki miękkie i muszle (Zn i Hg), tylko tkanki (Cu, Pb i Cd) i tylko muszle (Co).

The aim of the present article was the determination to what extent soft tissues and shells of the Anodonta anatina (Anodonta cygnea piscinalis NILSSON 1823; Anodonta piscinalis NILSSON 1823) reflect the changes Cu, Zn, Pb, Co, Cd and Hg in superficial water and bottom sediments (fraction below 0.20 mm) of the Odra River estuary. The material for laboratory investigations was taken in years 1999 and 2000 of the Odra River estuary (19 research points) and from Lake Miedwie (one research point). The concentrations of metals were marked at every research point in superficial water, bottom sediments and in soft tissues (whole body) and shells of the Anodonta anatina. 20 samples of soft tissues, 12 samples of the shells of the Anodonta anatina and 20 the samples of superficial water and bottom sediments were analysed. Samples of the Anodonta anatina (averaged samples) were analysed at every research point consisting more than ten specimens of various sizes. Quantitative determination Cu, Zn, Pb, Co, Cd was executed with the technique ICP-AES and Hg was marked with the technique CV-AES. The changes of the levels of the concentrations of heavy metals in superficial water were correlated with the results of the analysis of soft tissues and shells (Cu and Zn), the analysis of shells (Pb and Hg) and the analysis of soft tissues (Hg). Only changes of the Co did not show appropriate correlation. The soft tissues and shells (Zn and Hg), only soft tissues (Cu, Pb and Co) and only shells (Co) can reflect the changes of concentration of metals in bottom sediments.

3. Usuwanie mykoestrogenów z wody z użyciem przemysłowego modułu do nanofiltracji
Removal of Mycoestrogens from Water Using Industrial Nanofiltration Module
Mariusz Dudziak
Strony: 279-285, Pobierz w wersji .PDF

Użyto przemysłowego modułu membranowego do nanofiltracji wód o różnym stężeniu substancji organicznych i nieorganicznych zawierających małocząsteczkowe mykoestrogeny. Ocenie poddano wpływ stopnia odzysku permeatu w zakresie od 10 do 80% obj. na wydajność i efektywność procesu. Wzrost stopnia odzysku powodował jednocześnie obniżenie wydajności procesu i stopnia usuwania mykoestrogenów. Określona zależność jest jednym z powodów niższej efektywności usuwania mikrozanieczyszczeń w instalacjach przemysłowych w odniesieniu do wyników badań uzyskanych w skali laboratoryjnej.

The industrial scale membrane module was used for nanofiltration of waters containing low molecular weight mycoestrogens and various concentrations of organic and inorganic substances. The influence of the permeate recovery degree in the range from 10 to 80 vol.% on the capacity and the effectiveness of the process was investigated. The increase of the permeate recovery resulted in the decrease of both, the capacity of the process and the degree of removal of mycoestrogens. The determined dependence is one of the many reasons of the decrease of the removal of microcontaminants in industrial installations in comparison with the results obtained during laboratory scale studies.

4. Fermentacja mezofilowa osadów ściekowych przy zwiększonej zawartości PCB
Mesophilic Fermentation of Sewage Sludge at High PCBs Contents
Agata Rosińska
Strony: 287-299, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu procesu fermentacji mezofilowej na zmiany zawartości chlorowanych bifenyli o kodach: 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180 w osadach ściekowych. Oceniono również wpływ zwiększonej zawartości PCB w osadach ściekowych na proces fermentacji mezofilowej. Przedmiotem badań były osady ściekowe pochodzące z miejskiej oczyszczalni ścieków. Proces fermentacji mezofilowej prowadzono w temperaturze 36°C (+/–1°C). Zhydrolizowaną mieszaninę osadów wstępnego i nadmiernego (S+N) zmieszano z osadem fermentującym (F) w stosunku objętościowym 1:2, a następnie wzbogacono mieszaniną wzorcową PCBmix3 i otrzymano osad (S+N+F)z, który poddawano fermentacji metanowej mezofilowej. Badania prowadzono w odniesieniu do układu kontrolnego (S+N+F)k. Wykazano, że fermentacja mezofilowa wpływa korzystnie na degradację PCB. Po procesie stwierdzono zmniejszenie sumarycznej zawartości chlorowanych bifenyli od 53 do 58%.

The impact of mesophilic digestion at the temperature of 36°C (+/–1°C) on the content of seven PCB congeners (with codes: 28, 52, 101, 118, 138, 153 and 180) in sewage sludge was examined. Hydrolysed substrates i.e. the mixture raw and excess sludge were inoculated with fermenting sludge at the ratio 1:2 and the mixture of raw, excess and fermenting sewage was obtained. The fermenting sludge was added in order to inoculate with bacterial microflora adapted to provide mesophilic digestion. The mixture was also inoculated with PCBmix3 and the increased amount of PCBs in sewage sludge was obtained. This study proved reduction of contents of higher chlorinated PCBs, which were degraded to lower chlorinated congeners, under anaerobic conditions during fermentation of the sludge samples. Total PCBs (28, 52, 101, 138, 153 and 180) during mesophilic fermentation decreased within the range of 53÷58%.

5. Specjacja metali ciężkich w osadach ściekowych z oczyszczalni ścieków w Daleszycach
Speciation of Heavy Metals in Sewage Sludge from Wastewater Treatment Plant in Daleszyce
Jolanta Latosińska, Jarosław Ireneusz Gawdzik
Strony: 301-309, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań specjacji metali ciężkich w osadach ściekowych. Zastosowano metodykę proponowaną przez Community Bureau of Reference (BCR). Badano osady ściekowe z oczysz¬czalni ścieków w Daleszycach. Przepustowość oczyszczalni ścieków wynosiła 5000 RLM. Wykazano obecność metali ciężkich we wszystkich frakcjach (F-I, FII, F-III, F-IV). Należy stanowczo podkreślić, że dominującymi formami występowania analizowanych metali są połączenia metaloorganiczne oraz glinokrzemiany. Stanowi to odpowiednio frakcję III i frakcję IV wg BCR. Metalem o maksymalnej zawartości w mobilnej frakcji I był cynk (18,4%). Zawartość cynku w mobilnej frakcji II również była największa (16,1%). Cynk był więc najbardziej mobilnym metalem. Wyniki badań dla ustabilizowanych tlenowo osadów ściekowych potwierdziły obserwowaną tendencję koncentracji metali ciężkich we frakcjach niemobilnych, tu w połączeniach z glinokrzemianami (chrom - 55,9%; ołów - 95,6%). Wynika z tego, że dominujące formy występowania badanych metali ciężkich są niemobilne. Wykazano, że sumaryczna zawartość metali ciężkich w osadach ściekowych nie jest obiektywnym kryterium oceny zagrożenia środowiska. Mając to na uwadze, należy jednak nadmienić, iż immobilizowane we frakcji F-III metale ciężkie mogą stanowić potencjalne niebezpieczeństwo dla gruntu w strefie aeracji.

The sewage sludge heavy metals can be dissolved, precipitated, precipitated with metal oxides, and adsorbed or associated on the particles in biological debris. Heavy metals are found in the form of oxides, hydroxides, sulphides, sulphates, phosphates, silicates, organic connections forming complexes with humic compounds and complex sugars. Polish regulations specify the maximum levels of heavy metals in municipal sewage sludge used for agricultural purposes referring to the total content of lead, cadmium, mercury, nickel, zinc, copper and chromium. The aim of this study was to evaluate the mobility of heavy metals in sewage sludge from wastewater treatment plants in Daleszyce (the Świętokrzyskie Province). The wastewater treatment plant is located in the river Belnianka floodplain which is a part of the buffer zone of the Cisowsko-Orłowiński Landscape Park. The Daleszyce wastewater treatment plant of the capacity of 5000 PE uses the activated sludge method complemented with the system of sequencing batch reactors (SBR). Stabilized sewage sludge from the wastewater treatment plant in Daleszyce was analyzed in accordance with the extraction method proposed by the Community Bureau of Reference (BCR). Zinc, cadmium, lead and nickel were determined by means of the standard addition with the use of the Perkin-Elmer 3100-BG FAAS atomic absorption spectrophotometer (with the background correction function turned on). Chromium and copper were tested using the FAAS technique. In order to determine mercury the CVAAS method was employed. The sequence analysis revealed the presence of heavy metals in all fractions (F-I, F-II, F-III, F-IV). It should be strongly emphasised that organometallics and aluminosilicates constitute the most prevalent forms of metals under consideration. Those, according to BCR, make fraction III and fraction IV, respectively. The maximum content of heavy me¬tals in the mobile fraction I was found for zinc (18.4%). In the mobile fraction II, zinc again turned out to be a heavy metal of the maximum content (16.1%). Zinc was thus the most mobile metal. The results for oxygen stabilized sewage sludge confirmed a trend being observed in heavy metals concentration in the immobile fractions, here in combination with aluminosilicates (chromium - 55.9%, lead - 95.6%). On the basis of the investigations, it can be concluded that the dominant forms of heavy metals are immobile. It was shown that the total content of heavy metals in the sewage sludge does not provide an objective criterion for the environmental risk evaluation. Bearing that in mind, however, it should be noted that heavy metals immobilized in the fraction F-III, may pose a potential hazard to soil in the aeration zone.

6. Ilościowe zmiany WWA w osadach i cieczach nadosadowych podczas fermentacji prowadzonej w warunkach denitryfikacji
Quantity Changes of PAHs in Sewage Sludge and in Supernatants during Fermentation Process under Denitryfication Conditions
Maria Włodarczyk-Makuła
Strony: 311-319, Pobierz w wersji .PDF

Przedstawiono wyniki badań zmian ilościowych WWA w osadach ściekowych i cieczach nadosadowych podczas fermentacji osadów w warunkach redukcji azotanów. W badaniach wykorzystano osady surowe i przefermentowane z miejskiej oczyszczalni ścieków, do której wprowadza się do oczyszczania ścieki bytowe oraz przemysłowe. Osady wymieszano i inkubowano w ciemności w temperaturze 36ºC. W celu zapewnienia warunków denitryfikacji do osadów wprowadzono NaNO3. Równolegle, w takich samych warunkach jak fermentacja, prowadzono badania z osadami, w których zahamowano aktywność mikroorganizmów. Analizowano WWA przed inkubacją, po 8 dobach oraz po 22 dobach. Ilościowo określono stężenia 2-, 3- oraz 4-pierścieniowych WWA (rekomendowanych przez EPA) z wykorzystaniem zestawu chromatograf gazowy - spektrometr masowy. Oznaczenia WWA prowadzono równolegle w osadach (w fazie stałej) oraz w cieczach nadosadowych. Po 22 dobach fermentacji zanotowano zmiany ilościowe WWA w osadach i w cieczach. Podczas hydrolizy złożonych związków organicznych (wstępna faza procesu) w osadach kontrolnych odnotowano wzrost stężenia sumarycznego (szczególnie naftalenu i 3-pierścieniowych WWA). Efektywność usuwania poszczególnych związków była zróżnicowana. Po 22 dobach inkubacji stężenie 10 WWA w osadach obniżyło się o 22% w warunkach denitryfikacji, natomiast zawartość badanych WWA w osadach kontrolnych była większa od początkowej. W cieczach nadosadowych stężenie WWA było mniejsze o 31% w warunkach redukujących azotany. Udział procesów abiotycznych w usuwaniu WWA w cieczach był znaczący. W cieczach wydzielonych znad osadów, w których zahamowano aktywność mikroorganizmów, spadek stężenia sumarycznego WWA wynosił 47% w porównaniu ze stężeniem początkowym.

The study expands on the changes of PAHs in sewage sludge and supernatants under nitrate reducing conditions as well as during anaerobic digestion. Raw and digested sludge samples used in the experiment were collected from a municipal wastewater treatment plant receiving both domestic and industrial effluents. Mixed sludge samples were incubated in dark at 36ºC. As required for denitrification NaNO3 was added to the mixed sludge. For comparison abiotic samples with sodium azide were also prepared. PAHs concentration was determined before incubation, after 8 days and after 22 days of incubation. Qualification and quantification of 2-, 3- and 4-ring PAHs (according to EPA recommendation) was carried out by gas chromatography - mass spectrometry. Determination of PAHs was done in sewage sludge and in supernatants simultaneously. Over 22 days of anaerobic digestion changes of PAH total concentration in both sewage sludge and supernatants were observed. During hydrolysis of organic compounds (first phase of fermentation) in the control samples (in sewage sludge and in supernatants) the increase in the concentration of PAHs occurred (especially for naphthalene and 3-ring PAHs). The concentration changes of individual hydrocarbons were different. The sum of concentrations of 10 PAHs in sewage sludge was reduced by 22% on average under nitrate-reducing conditions after 22 days. The concentration of PAHs in control samples of sewage sludge was higher than the initial concentration. In the supernatants the concentration of PAHs was reduced by 31% on average under nitrate-reducing conditions. The contribution of abiotic processes in the removal of PAHs in the supernatants was significant. In the samples with the inhibited activity of microorganisms the decreases of PAHs concentration was equal 47%.

7. Modelowanie współspalania pyłu węglowego z gazem w kotle energetycznym
Modeling of Pulverised Coal Cofiring with Coal Mine Methane in Large Scale Boiler
Norbert Modliński
Strony: 321-331, Pobierz w wersji .PDF

Praca przedstawia modelowanie 3-D procesu współspalania pyłu węglowego z gazem z odmetanowania kopalni w kotle energetycznym. Celem pracy było określenie takiego rozmieszczenia palników gazowych, aby zapewnić optymalną współpracę palników pyłowych i gazowych oraz rozciągnięcie obciążenia pasa palnikowego. Zakres badań modelowych objął analizę numeryczną procesu przepływu ze spalaniem za palnikiem gazowym dużej mocy i wymiany ciepła w kotle. Dla różnych konfiguracji ustawienia palników gazowych określono aerodynamikę spalania oraz stopień zagrożenia korozją. W pracy położono nacisk na opis kinetyki chemicznej fazy gazowej w przepływie turbulentnym ze spalaniem. Do opisu wzajemnego wpływu turbulencji i reagowania fazy gazowej wykorzystano model EDC. Przeanalizowano stopień dokładności dwu mechanizmów globalnych poprzez porównanie ich z mechanizmem szczegółowym. Produkty i szybkości odgazowania węgla wyznaczono za pomocą procedury FG-DVC.

The paper presents 3-D numerical simulation of cofiring coal mine methane with coal in large scale boiler. The purpose of the work is to determine which one from two examined gas burners locations achieves the most optimal gas and coal burners cooperation and extends the thermal load along the burner belt. The extent of modeling studies involves numerical analysis of flow with combustion behind high power burner and heat exchange in the boiler. Combustion aerodynamics and high temperature corrosion risk were assessed for different gas burners location configurations. The mathematical model used here is based on commercial CFD code FLUENT. Simulation of the following processes takes place in the furnace: turbulent flow, coal combustion, gas phase combustion, particle transport and radiative transport. The gas phase is modeled assuming an Eulerian approach, whilst for the solid phase, the Lagrangian approach is more suitable. The description of gas phase chemical kinetics in turbulent reactive flow was emphasized. The interaction of chemical reactions and turbulence is modeled using the Eddy Dissipation Concept. Accuracy level of two different global mechanisms was investigated by comparison with detailed mechanism. Rate of the production and high temperature yields for the char, tar, and volatiles and the composition of key species during the devolatilization of coal have been taken from the FG-DVC model output. Corrosion and slagging risk was estimated by analysis of temperature, CO and incident heat flux in the vicinity of the boilers walls. High levels of these magnitudes indicate unfavorably conditions. Average NO levels behind the combustion chamber suggest keeping excess air level in OFA equal at least 0.1. Calculations have also shown that the evaporator will reach nominal thermal power even with significant amount of deposit formed on the waterwalls.