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 19, Numer 3

1. Elektrochemiczna modyfikacja wielościennych nanorurek węglowych
Electrochemical Modification of Multi-walled Carbon Nanotubes
Mariusz WALCZYK
Strony: 297-305, Pobierz w wersji .PDF

Poddano modyfikacji elektrochemicznej (utlenianiu/redukcji) wielościenne nanorurki węglowe. Brak elektrochemicznie aktywnych grup funkcyjnych lub/i aktywności elektro- chemicznej powierzchni niemodyfikowanych wielościennych nanorurek węglowych potwier- dza kształt zarejestrowanych cyklowoltamperogramów, na których nie zaobserwowano jakichkolwiek prądów faradajowskich, mogących pochodzić od procesów związanych z przeniesieniem elektronu, obserwuje się jedynie procesy pojemnościowe ładowania/ rozładowania powierzchni. Elektrochemiczne utlenianie MWCNT generuje karboksylowe grupy funkcyjne nieaktywne w procesach przeniesienia elektronu, a te z kolei generują efekty pojemnościowe i pseudopojemnościowe faradajowskie. Natomiast redukcja wcześniejutlenionych MWCNT nie usuwa grup funkcyjnych, jednakże zmienia się ich forma, gdyż powstają grupy funkcyjne aktywne elektrochemicznie, uczestniczące w procesach przenie- sienia elektronu (np. karbonyle, hydroksyle).

Functionalization of carbon nanotubes is a very important step in their practical use in many fields. Modifications of the chemistry of carbon nanotubes lead to significant changes in the physicochemical (e.g. hydrophilic-hydrophobic properties, acid-base properties), electrochemical and catalytic behavior. Surface oxygen functional groups change the elec- tronic structure of the carbon nanotubes, resulting in the localization of the charge density, which is important in the charge-transfer reactions. In addition, oxygen-functionalized carbon nanotubes can be used as an intermediate to create different connections with metals or their complexes and grafting functionalization by biomolecules or polymers. The unmodi- fied carbon nanotubes (MWCNTs) were subjected to electrochemical processes (oxidation and reduction). After the introduction of oxygen to the cell atmosphere, anodization was carried out by applying a potential of +2.0 V vs. Ag/AgCl (3 M KCl) for 1000 s in 1 M elec- trolyte solutions of potassium chloride. After electrochemical measurements, the electrodes were reduced in the same electrolyte solution at potential of −2.0 V vs. Ag/AgCl (3 M KCl) for 1000 s. Furthermore, electrochemical behavior of the obtained carbon materials was in- vestigated by cyclic voltammetry using a three-electrode electrochemical cell in an aqueous electrolyte, where the working electrode was a carbon nanotubes sedimentation layer. The shape of the cyclic voltammograms (CVs) of unmodified carbon nanotubes are indicative of capacitive effects, no faradic currents were recorded for the systems tested. The absence of distinctly formed peaks or waves suggests the absence of the functional groups on the surface of the unmodified carbon nanotubes. Oxidative modification of carbon nanotubes causes an increase in the surface concentration of electrochemically inactive functional groups, probably carboxyl moieties (only capacitive and pseudo-capacitive effect). Reductive modification of MWCNTs does not remove the surface oxygen functional groups, however, changes their form, which can be seen on the registered CVs. Oxidation/reduction of hydrox- ide/ketone species present on the surface of the reduced MWCNT surface explain the observed, more or less completely formed, overlapping anodic/cathodic peaks. After these modifications, significant changes in the electrochemical behavior was observed. The shape of the current hysteresis recorded (magnitude, peaks or waves) strongly depends on the kind of the degree of surface oxidation/reduction. Modification increases the surface concentra- tion of oxygen-containing groups, some of which are electrochemically active in both the capacitive and faradic sense.

2.
Adsorptive Purification of Aqueous Solution from Fluoride Ions by Carbonaceous Materials
Daria GĄSIOR
Strony: 307-318, Pobierz w wersji .PDF

Fluoride is a widely available element and is the 13 th on the list of most common ele- ments in nature. Fluorides are present in all environmental components: water, soil, air and living organisms. It finds its way into water as a result of rocks weathering and leaching, as well as precipitation along with gas and dust pollution of anthropogenic origin. In more and more areas of Poland exceedances are observed, relative to the maximum permitted levels established for fluoride concentration. The level of environmental pollution by fluoride ions increases along with the development of industrial activity of humans and the widespread use of fluorine compounds in agriculture and dental prophylaxis. Currently fluorine com- pounds are recognized as one of the most dangerous pollutants, contributing to environmen- tal contamination. Fluoride ions can be removed from aqueous mediums using membrane techniques, adsorption, chemical precipitation, coagulation, electrocoagulation or ion exchange. Using adsorption processes is a very good method for water purification from flu- oride ions due to its high effectiveness and simple application. The aim of this paper was to research fluoride ion adsorption statics and kinetics for two commercially available carbon materials: activated carbon (W1) and charcoal (W2). Adsorption tests were conducted in static conditions. Concentrations of fluoride ions in the samples were analyzed using the ion chromatography method. The adsorption kinetic occurred according to the pseudo-second- order kinetic model. Process equilibrium was achieved after 40 minutes of contact between the adsorbent and the adsorbtive when using W1 and after an hour when using W2. Equilib- rium adsorption was described using Freundlich’s equations. Freundlich isotherms were characterized by large correlation coefficients (R 2 > 0.92). Adsorption capacities of both materials strongly depended on the pH solution. The highest adsorption capacities for both activated carbon (0.199 mg/g) and charcoal (0.169 mg/g) was observed where the initial pH = 2 and the 20 mg/L fluoride concentration. The efficiency of fluoride ions removal from aqueous solutions depended on the process conditions, the initial fluoride concentration, pH, companion ions presence, for example OH ‒ . The greatest adsorption efficiency (51.9% for a 5 mg/L initial concentration) was exhibited by charcoal.

3. Kompozyty z materiałów węglowych i metalo-organicznych (MOF)
Composites of Carbonaceous Materials and Metal-organic Frameworks
Adam BIENIEK, Marek WIŚNIEWSKI, Artur Piotr TERZYK Paulina BOLIBOK, Mikołaj DEMBEK
Strony: 319-329, Pobierz w wersji .PDF

Praca przedstawia krótki przegląd literaturowy z zakresu kompozytów złożonych z ma- teriałów węglowych oraz materiałów metalo-organicznych (ang. metal-organic frameworks, MOF). Skupia się na zaprezentowaniu licznych przykładów tworzenia kompozytów z po- wyższych grup materiałów oraz ukazaniu pozytywnych efektów takiego postępowania. Nowa klasa kompozytów łączy cechy materiałów węglowych z funkcjonalnością materiałów nie- organicznych. Kompozyty te dają szansę na wyeliminowanie wad i lepsze wykorzystanie potencjału każdej z grup. Poprzez integrację materiałów MOF z materiałami węglowymi można nie tylko znacząco zminimalizować wady MOF, ale, co więcej, uzyskać wiele nowych funkcji, takich jak poprawa odporności, np. na wilgoć, czy przewodności elektrycznej. Dzięki tym kompozytom poszerzają się horyzonty aplikacyjne w dziedzinach adsorpcji, separacji, katalizy, a także elektrochemii i sensorów. W przyszłości korzystając z różnorod- ności struktur MOF i materiałów węglowych, nowo powstałe kompozyty, podobnie jak MOF i materiały węglowe, być może pozwolą przesunąć granice poznawcze w wielu dziedzinach.

The paper presents a brief review of the literature in the field of composites made of carbon materials and MOF structures. It focuses on presenting numerous examples of composites and the positive effects of the merger of these groups of materials. The new class of composites combines carbon materials with the functionality of inorganic materials. These composites offer a chance to eliminate weaknesses and enhance the capacity of each group. These composites proved that integrating MOF materials with carbonaceous materials can not only convert a significant weakness of MOF, but also surprisingly bring many new features such as improved resistance, i.e. for moisture, and electrical conductivity. These composites broaden the horizons of applications in the fields of adsorption, separation, catalysis, electrochemistry and sensors. In the future, using a variety of MOF structures and carbonaceous materials, newly formed composites will probably push the boundaries of cognition in many fields.

4. Usuwanie barwnika pąsu kwasowego 4R z roztworów wodnych na węglach aktywnych
Removal of the Dye of Acid Bright Red 4R from Water Solutions on Activated Carbons
Ewa OKONIEWSKA
Strony: 331-340, Pobierz w wersji .PDF

Barwniki są związkami szeroko stosowanymi w różnych gałęziach przemysłu, takich jak: przemysł farbiarski, tekstylny, kosmetyczny, papierniczy, skórzany, spożywczy itp. Obecność barwników w wodzie, nawet w bardzo niskich stężeniach, może negatywnie wpływać na życie organizmów w tym środowisku. Istnieje wiele metod usuwania barwników - utlenianie chemiczne, koagulacja, procesy membranowe, wymiana jonowa, a także proces adsorpcji. Aby zwiększyć pojemność sorpcyjną węgli aktywnych ze względu na usuwane barwniki,można tego dokonać poprzez odpowiednią modyfikację tych adsorbentów. Celem prezento- wanej pracy było określenie efektywności usuwania barwnika (pąs kwasowy 4R) z roz- tworów wodnych metodą adsorpcji z użyciem węgli aktywnych. W badaniach wykorzystano węgiel wyjściowy WG-12 oraz węgle specjalnie modyfikowane przy użyciu CO 2 , H 2 O oraz powietrza. Modyfikacje przy użyciu trzech pierwszych czynników prowadzono w piecu obrotowym w temperaturze 400 i 800°C, natomiast węgle aktywne traktowano także 20 i 30% roztworem nadtlenku wodoru. Przeprowadzone badania sorpcji pąsu kwasowego 4R wykazały, że lepsze efekty (większe pojemności sorpcyjne) uzyskano w przypadku węgli aktywnych modyfikowanych w temperaturze 800 o C, nieco mniejsze w temperaturze 400°C, najmniejsze dla węgli wyjściowych. Podobne wyniki otrzymano dla węgli modyfikowanych roztworami H 2 O 2 . Węgle modyfikowane w ten sposób można uszeregować następująco: WG-12(20% H 2 O 2 ) > WG-12(30% H 2 O 2 ) > WG-12 wyjściowy.

Dyes are compounds widely applied in the different branches of industry, such as: paint, textile, cosmetic, paper, leather, food and other industries. Presence of dyes in water, even in ultralow concentrations, can negatively influence life of organisms in this environment. There are many methods of dye removal: chemical oxidization, coagulation, membrane processes, ionic exchange and also process of adsorption. It is possible to increase the capacity of sorption considering removed dyes through corresponding physical or chemical modifica- tion of adsorbents. The aim of the presented work was determination of dye (Acid Red 18) removal efficiency from water solutions by the method of adsorption with the use of active coals. Initial WG-12 carbon and carbons specially modified with use of CO 2 , H 2 O and air were used in the research. Modifications with use of the three first factors were conducted in circulating stove at temperatures of 400 and 800°C, but active carbons were also treated with 20 and 30% hydrogen peroxide solution. The conducted research on the sorption of Acid Red 18 has shown that better effects (greater sorption capacities) were obtained in case of activated carbons modified at temperature of 800°C, slightly worse ones were got at tem- perature 400°C, and the smallest for initial carbons. Similar results were obtained for carbon modified with H 2 O 2 solutions. It is possible to put carbons modified in this way in following order: WG-12 (H 2 O 2 20%) > WG-12 (H 2 O 2 30%) > WG-12 initial.

5. Właściwości fizykochemiczne i sorpcyjne węgli aktywnych otrzymanych przez aktywację skór owoców cytrusowych oraz niskiej jakości węgla brunatnego
Physicochemical and Sorption Properties of Activated Carbons Obtained from Citrus Fruit Peels and Low Quality Lignite
Piotr NOWICKI, Justyna KAŹMIERCZAK-RAŹNA, Robert PIETRZAK
Strony: 341-352, Pobierz w wersji .PDF

W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem węgli aktywnych ze skór owoców cytrusowych oraz niskiej jakości węgla brunatnego. Adsorbenty węglowe otrzymano na drodze aktywacji bezpośredniej prekursorów oraz aktywacji fizycznej karbonizatów za pomocą tlenku węgla(IV). Zbadano wpływ wariantu aktywacji na skład elementarny, parametry teksturalne i właściwości kwasowo-zasadowe wytworzonych materiałów węglowych, a także na efektywność usuwania tlenku azotu(IV) i siarkowodoru ze strumienia powietrza oraz jodu i błękitu metylenowego z roztworów wodnych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że produkty aktywacji charakteryzują się dość przeciętnie rozwiniętą powierzchnią właściwą mieszczącą się w przedziale od 107 do 527 m 2 /g i całkowitą objętością porów wynoszącą od 0,09 do 0,37 cm 3 /g. Wykazano również, że zarówno aktywacja bezpo- średnia prekursorów, jak i aktywacja fizyczna karbonizatów za pomocą CO 2 prowadzi do uzyskania materiałów o wysokiej zawartości popiołu i wyraźnie zasadowym charakterze po- wierzchni. Przeprowadzone testy sorpcyjne wykazały ponadto, iż węgle otrzymane poprzez aktywację skór owoców cytrusowych oraz niskiej jakości węgla brunatnego charakteryzują się dobrymi zdolnościami sorpcyjnymi wobec zanieczyszczeń gazowych i ciekłych, w szcze- gólności wobec tlenku azotu(IV) i jodu.

Common citrus fruit peels (banana, grapefruit and orange) as well as low quality lignite were used as precursors for the preparation of cheap activated carbons. In the first step, each of the precursors was air-dried at 110°C, crushed and sieved to the grain size of 5÷6 mm. Next the crushed materials were divided into two parts and subjected to two different treatments: direct activation of the precursors with carbon dioxide or pyrolysis of raw materials followed by physical activation with carbon dioxide. The effect of two variants of thermo-chemical treatment on the elemental composition, textural parameters and acidic- basic character of the surface of adsorbents prepared has been tested. Finally, the activated carbons were tested as adsorbents against two very hazardous and widespread gas pollut- ants, namely nitrogen dioxide and hydrogen sulphide, as well as toward inorganic and organic liquid pollutants represented by iodine and methylene blue. Depending on the pre- cursor as well as method of preparation, the final products were microporous or mesoporous activated carbons with rather poorly developed surface area ranging from 107 to 527 m 2 /g and total pore volume from 0.09 to 0.37 cm 3 /g, showing strongly basic character of the surface. The results obtained have also proved that a proper choice of activation procedure for biomass or low quality lignite allows to produce effective adsorbents with good sorption capacity toward gaseous and liquid pollutants, especially for nitrogen dioxide and iodine.

6. Adsorpcja chromu z wód o różnym składzie chemicznym
Chromium Adsorption from Waters of Different Chemical Composition
Joanna LACH
Strony: 353-362, Pobierz w wersji .PDF

Skuteczność adsorpcji anionów Cr(VI) lub kationów Cr(III) zależy m.in. od składu chemicznego roztworu. W pracy przeanalizowano wpływ składu 8 naturalnych wód (źródla- nych, nisko-, średnio- i wysokozmineralizowanych) na skuteczność adsorpcji Cr(VI) i Cr(III) na węglu WG-12. Pojemność adsorpcyjna węgla wobec chromu sześciowartościowego z roz- tworu jednoskładnikowego o stężeniu 1 mg/dm 3 (masa węgla do masy roztworu 1:250) wy- nosiła 240 mg/kg, podczas gdy z wody średniozmineralizowanej 195 mg/kg. W przypadku chromu trójwartościowego w analogicznych warunkach wpływ obecności konkurencyjnych jonów był znacznie bardziej widoczny (pojemność dla roztworu jednowartościowego wynosi- ła 140 mg/kg, a dla wody średniozmineralizowanej tylko 30 mg/kg). Między skutecznością adsorpcji Cr(III) i Cr(VI) (średnią lub przy maksymalnym stężeniu) a ilością anionów, kationów i mineralizacją ogólną zachodzi ujemna korelacja. Jeśli analizuje się adsorpcję z roztworów o różnym składzie (stopniu mineralizacji), ale o podobnych wartościach pH roz- tworu, otrzymuje się bardzo wysokie zależności (wg współczynnika korelacji Pearsona).

The effectiveness of the Cr(VI) anions or Cr(III) cations adsorption depends, among others, on the chemical composition of the solution. The study analyzed the impact of the composition of 8 natural waters (spring, low-, medium-, and highly mineralised) on the effec- tiveness of the adsorption of Cr(VI) and Cr(III) on WG-12 carbon. The adsorption capacity of carbon against the hexavalent chromium from a single-component solution of 1 mg/dm 3 concentration (the carbon mass to the weight of the solution 1:250) was 240 mg/kg, while from the medium-carbonized water - 195 mg/kg. In the case of trivalent chromium, under similar conditions, the effect of the presence of competing ions was much more pronounced (the capacity for a monovalent solution was 140 mg/kg, and for medium-carbonized water only 30 mg/kg). There was a negative correlation observed between the adsorption efficiency of Cr(III) and Cr(VI) (average, or at maximum concentration), and the amount of anions, cations and general mineralization. Analysing the adsorption of solutions of different com- position and degree of mineralization, but of similar solution pH values, very high correla- tions are observed (by the Pearson correlation coefficient).

7. Usuwanie z wody herbicydu 2,4-D na wybranym węglu aktywnym
Removal of the Herbicide 2,4-D from Water on the Selected Activated Carbon
Paulina WAWRZYNIAK, Longina STĘPNIAK
Strony: 363-377, Pobierz w wersji .PDF

Wśród zanieczyszczeń antropogenicznych dużą grupę związków stanowią pestycydy, głównie herbicydy. Kilkadziesiąt tysięcy preparatów stosowanych w rolnictwie, sadownic- twie, leśnictwie czy rybołówstwie jest ogromnym zagrożeniem dla stanu środowiska. Wiele z nich to substancje kancerogenne, mutagenne lub teratogenne, a dodatkowo w dużej mierze odpowiadają za alergie, ale przede wszystkim mają znaczny wpływ na degradację środo- wiska. Wiele z tych substancji jest związkami trudnodegradowalnymi. Stosowane na środo- wiska glebowe wraz ze spływami wód przedostają się do wód podziemnych i skażają całe środowisko, a także utrudniają uzdatnianie wody. Celem pracy była ocena skuteczności intensyfikacji procesu adsorpcji 2,4-D (kwas 2,4 dichlorofenoksyoctowy) na filtrach węglo-wych. Modyfikacja tego układu polegała na działaniu polem ultradźwiękowym na roztwór poddany następnie filtracji. Zasada działania ultradźwięków polega na dezintegracji związ- ków wielkocząsteczkowych oraz ich utlenianiu poprzez wytworzone wysokoreaktywne wolne rodniki. Oczekuje się, że tak zmodyfikowane cząsteczki staną się potencjalnie lepiej adsor- bowalne wewnątrz porów adsorbentu, jak również lepiej biodegradowalne. Intensyfikacja procesu adsorpcji pozwoliłaby na uproszczenie ciągu technologicznego, skrócenie czasu uzdat- niania wody i zwiększenie wydajności stacji wodociągowej. Wiele doniesień literaturowych dotyczy skuteczności usuwania z wody pestycydów, takich jak związki DDT (od lat nie- wykorzystywany), MCPA. Jednak źródła literaturowe z Polski dowodzą występowania wśród zanieczyszczeń pestycydowych w wodach rzecznych również kwasu 2,4-dichlorofenoksy- octowego. Uznano zatem za uzasadniony wybór tej substancji do badań. Wyniki przeprowa- dzonych badań potwierdzają uzyskanie zadowalających rezultatów w procesie ultradźwięko- wej intensyfikacji procesu sorpcji, a w mniejszym stopniu biodegradacji 2,4-D na złożu węglowym.

Among anthropogenic pollution large group of compounds are pesticides, especially herbicides. Tens of thousands of products used in agriculture, horticulture, forestry or fish- eries pose a major threat to the environment. Many of the substances used are carcinogenic, mutagenic or teratogenic, also largely responsible for allergies. But above all, they have a major impact on environmental degradation. Many of these substances are hard- degradable compounds. Applied to the soil environment, they leak with run-off water into the groundwater and contaminate the whole environment, and hinder water treatment. The aim of the study was to assess the effectiveness of the intensification of the process of adsorption of 2,4-D from water on the carbon filters. A modification of this system based on the action of the ultrasonic field solution was then subjected to filtration. The principle of operation is based on ultrasound disintegration of macromolecules, and on oxidation by the generation of reactive free radicals. Such modified molecules become more adsorbable within the pores of the adsorbent, and better biodegradable. Intensification of the process could allow for simplification of the technological line, shortening its work and increase the efficiency of treated water. The use of ultrasonic field as a means of supporting the process of adsorption on activated carbon bed brought the desired effect. This is best seen on a bed of activated carbon and basic activated carbon-assisted activated sludge. In the process of removal of 2,4-D in biological systems in activated carbon deposits unmodified, but better results were obtained for beds with biopreparation. Analysis indicator EMS led that the process predominantly deposits were sorption, while degradation occurred only in a small margin. This is correlated with the dwindling microorganisms on activated carbon. Accord- ing to literature reports, the number is the highest in the upper layer of the bed. It has been observed the increase of the number of microorganisms on a bed of biopreparation the fil- tered solution of the 2,4-D modified ultrasonic field.

8. Chitozan w syntezie węgli aktywowanych wzbogaconych w azot - najnowsze osiągnięcia
Chitosan in the Synthesis of Nitrogen-doped Activated Carbons - Recent Achievements
Anna ILNICKA, Bartłomiej WASINIAK, Jerzy P. ŁUKASZEWICZ
Strony: 379-390, Pobierz w wersji .PDF

W ostatnich pięciu latach bogate w azot polimery naturalne, jak chityna i chitozan oraz inne materiały biologiczne o wysokiej zawartości azotu, są intensywnie badane jako prekur- sory węgli aktywowanych o wysokiej zawartości azotu. Szczególnie często obiektem badań jest chitozan jako surowiec karbonizacyjny. Zainteresowanie materiałami posiadającymi na powierzchni heteroatomowe grupy funkcyjne, w szczególności połączenia węgiel-azot, wyni- ka głównie z nadziei na zastosowanie ich jako materiału elektrodowego w elektroche- micznych źródłach prądu, takich jak superkondensatory, baterie metal-powietrze czy ogni- wa paliwowe. Opublikowane wyniki wskazują na istotnie korzystne właściwości elektrod i całych urządzeń elektrochemicznych zbudowanych w oparciu o wysokoazotowe materiały węglowe otrzymane z chitozanu. Niniejsza praca jest pierwszym w literaturze pod- sumowaniem stanu badań nad metodami syntezy węgli aktywowanych otrzymywanych z chitozanu w ciągu ostatnich 5 lat.

The paper reviews several methods for the preparation of chitosan-originated nitrogen- rich activated carbons N_AC. The review considers the historical aspect of the synthesis development including the first scientific paper and patent application in this field. The rela- tionship between the method for N_AC manufacturing from chitosan and their textural properties as surface area, total pore volume, and the nature of the porosity is presented. The influence of the N_AC obtaining method on the nitrogen content in the carbons is discussed, too. Identified potential applications of chitosan-originated N_ACs are described in relation to their basic physical and chemical properties.

9. Wykorzystanie zeolitu do usuwania jonów azotu amonowego z cieczy osadowej
Use of Zeolite for Removal of Ammonium Nitrogen from Reject Water
Elżbieta SPERCZYŃSKA
Strony: 391-399, Pobierz w wersji .PDF

Badania prowadzono w kierunku określenia możliwości zastosowania procesu adsorpcji/ wymiany jonowej na zeolitach w celu usunięcia azotu amonowego z cieczy osadowych. Do badań wykorzystano ciecze osadowe pochodzące z odwadniania przefermentowanych komunalnych osadów ściekowych z oczyszczalni ścieków o RLM powyżej 100 000. Ciecze osadowe charakteryzowały się bardzo wysokimi stężeniami związków biogennych: azotu (893,4 mg N-NH 4+ /dm 3 ) oraz fosforu (40,8 mg P-PO 43- /dm 3 ). Ponadto ciecze wyróżniały się wysoką brunatną barwą, odczynem zasadowym (pH = 7,92) oraz wysoką mętnością (94,1 NTU). Usuwanie azotu amonowego na złożu zeolitowym prawdzono w pierwszej kolejności dla cieczy modelowej o stężeniu około 100 mg N-NH 4+ /dm 3 . Uzyskano od 80 do 90% efektywność usunięcia N-NH 4+ . Jednocześnie zaobserwowano zwiększenie mętności filtratu. Następnie określono wpływ prędkości filtracji na efektywność usuwania jonów amonowych z cieczy osadowych. Badania prowadzono dla v f = 3,4 oraz 12,7 m/h. Przy wyższej prędkości filtracji uzyskano zmniejszenie zawartości azotu amonowego od 20 do 52%, natomiast przy niższej od 30 do 70% w kolejnych porcjach filtratu. Usunięcie azotu amonowego z cieczy osadowych w warunkach przepływowych jest uzależnione od prędkości filtracji; im mniejsza prędkość filtracji, tym bardziej zwiększa się efektywność usunięcia azotu amonowego. Uzyskano możliwość stabilnego usunięcia azotu amonowego z cieczy osa- dowych na złożu zeolitowym na poziomie nie większym niż 30%.

Research work on the possibilities of adsorption/ion exchange processes use for ammo- nium nitrogen removal form reject water was performed. The aim of the study was to evalu- ate the effectiveness of ammonium nitrogen removal from reject water separated after methane digestion. Zeolites were used from ammonium nitrogen removal. Reject water was taken from municipal wastewater treatment plant of PE over 100 000. They were sampled after mechanical dewatering of digested sewage sludge. High concentrations of biogens were stated in the reject water: nitrogen concentration was equal to 893.4 mg N-NH 4+ /dm 3 , whereas phosphorus was equal to 40.8 mg P-PO 43‒ /dm 3 . COD value was 276 g O 2 /dm 3 . Reject water had brown colour and alkaline pH (pH = 7.92). Turbidity of reject water was equal to 94.1 NTU. Removal of ammonium nitrogen was performed on zeolite bed of 50 cm high and with diameter of 3.4 cm. At first model reject water was introduced into the bed. Concentra- tion of ammonium nitrogen in model reject water was equal to 100 mg N-NH 4+ /dm 3 (filtra- tion velocity 5.0 m/h). Removal efficiency of ammonium nitrogen was in the range 80÷90%. Simultaneously increase in turbidity of treated model water was observed. Further experi- ment were performed with reject water taken from wastewater treatment plant. Filtration velocities were equal to 3.4 and 12.7 m/h. At higher filtration velocity ammonium nitrogen removal was in the range of 20 and 52%. For the last three samples removal efficiency has set at level of 30%, As filtration velocity was lower removal efficiency of ammonium nitro- gen increased to 30÷70% in subsequent portions of filtrate. Stabile results were obtained for the fifth portion of filtrate. Removal of ammonium nitrogen from reject water on zeolite beds depends on filtration velocity. As filtration velocity decreases removal efficiency of ammonium nitrogen increases. Stabile results of ammonium nitrogen removal efficiency from reject water by zeolite beds water at level of 30%. It must be emphasised that parame- ters of reject water differed during the experiment. As concentration of ammonium nitrogen decreased alkalinity, pH and turbidity increased. Turbidity increase was especially visible at low filtration velocities. The same trend was observed in the case of COD.

10. Adsorpcja wybranych farmaceutyków na modyfikowanym wysokotemperaturowo węglu aktywnym WG-12
Adsorption of Selected Pharmaceuticals in High-temperature Modification of Activated Carbon WG-12
Anna SZYMONIK, Joanna LACH
Strony: 401-412, Pobierz w wersji .PDF

Przeprowadzono badania adsorpcji kwasu salicylowego, naproksenu sodu i ibuprofenu sodu na węglu WG-12 modyfikowanym wysokotemperaturowo z dodatkiem pary wodnej i ditlenku węgla. Badania wykazały, że węgle modyfikowane znacznie lepiej adsorbują ww. związki chemiczne w porównaniu do węgla niemodyfikowanego. Parametrem mającym istotny wpływ na efektywność adsorpcji jest czas trwania procesu modyfikacji. Węgle mody- fikowane parą wodną i ditlenkiem węgla w czasie 2 i 3 h znacznie lepiej adsorbowały kwas salicylowy, ibuprofen sodu i naproksen sodu w porównaniu do węgli modyfikowanych w czasie 1 h. Różnica wielkości adsorpcji ibuprofenu sodu, kwasu salicylowego i naproksenu sodu na węglach modyfikowanych ditlenkiem i parą wodną nie była znacząca.

The adsorption of salicylic acid, naproxen sodium and ibuprofen sodium on WG-12 carbon modified in high temperatures with the addition of water vapour and carbon dioxide was examined. The studies have shown that the modified carbons much better adsorb the above-mentioned chemicals as compared to the unmodified carbon. The parameter signi- ficantly affecting the efficiency of adsorption is the duration of the modification process. Carbons modified with water vapour and carbon dioxide for 2 and 3 h, much better adsorbed salicylic acid, ibuprofen sodium and naproxen sodium as compared to the carbon modified for 1 h. The difference in the size of the adsorption of ibuprofen sodium, salicylic acid, and naproxen sodium on carbons modified with dioxide and water vapour was insignificant.

11. Przegląd stosowanych metod oznaczania aktywności biologicznej filtrów węglowych
Review of Methods Used to Indication of Biological Carbon Filters Activity
Anna LIS, Łukasz PASOŃ, Longina STĘPNIAK
Strony: 413-425, Pobierz w wersji .PDF

W ostatnich latach wykorzystywana w procesie uzdatniania wody technologia filtracji oparta na granulowanych węglach aktywnych (GWA) cieszy się coraz większą popularnością. Jest to spowodowane jej prostotą, stosunkowo niskimi kosztami eksploatacji i wydajnością w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych rozpuszczonych w wodzie. By uzyskać pełną wy- dajność, złoże węglowe musi zostać zasiedlone przez mikroorganizmy wodne, które wykorzy- stują zanieczyszczenia organiczne jako źródło węgla. Najczęściej ze złoży węglowych izolo- wane są bakterie z rodzaju Pseudomonas, Acinetobacter, Flavobacterium czy Bacillus. W celu oceny realnej aktywności pracującego złoża należy określić ilość żywych komórek bakteryj- nych przypadających na jednostkę objętości granulatu węglowego. W związku z tym propo- nuje się wykorzystanie nie tylko tradycyjnych metod hodowlanych, ale również nowoczes- nych, bazujących na np. kolorymetrycznym oznaczaniu produktów reakcji enzymatycznych prowadzonych przez bakterie. Można tutaj wymienić metodę wykorzystującą dioctan fluore- sceiny redukowany przez esterazy do fluoresceiny, służący do barwienia żywych komórek mikroorganizmów, metodę wykorzystującą zdolność bakterii do redukcji TTC do czerwono zabarwionego formazanu, oznaczanie ilościowe ATP w próbce czy też wykorzystanie glukozy znakowanej izotopem węgla 14 C.

Water purification based on granulated active carbon filters (GAC) is more and more popular recently. It’s caused by simplicity, low overall costs and high efficiency of this method in disposal of the removing organic water contaminations. To achieve full productiv- ity, granulated active carbon filters must be settled by microorganisms living in water. Living cells of bacteria use many organic water contaminations as a source of carbon. Mostly, from the GAC filters are isolated Pseudomonas, Acinetobacter, Flavobacterium or Bacillus genera. To establish working carbon filters true activity, defining amount of living bacteria cells at the granulated carbon volume unit is required. Today’s researchers propose for that purpose both classical microbiological methods based on the bacteria culture and sophisticated colorimetric analysis of the enzymatic reactions conducted by microorganisms. Some of them are method using FDA reduction by esterases to the fluoresceine efficient to establish amount of living bacterial cells, method with TTC which is reduced to red formasan by bacteria, quantitative indication of ATP in samples or usage of glucose labeled by carbon 14 C isotope.

12. Wpływ pH wody na efektywność procesu koagulacji wspomaganej węglem aktywnym
Effect of Water pH on Coagulation Process Efficiency with Powdered Activated Carbon
Lidia DĄBROWSKA
Strony: 427-436, Pobierz w wersji .PDF

Oceniono skuteczność pylistego węgla aktywnego do usuwania barwy, substancji orga- nicznych i wybranych jonów metali ciężkich (kadmu, niklu, ołowiu) z wody powierzchnio- wej, jak również do wspomagania procesu koagulacji w usuwaniu tych zanieczyszczeń. Do badań wykorzystano wodę powierzchniową z rzeki Warta, aktywne węgle pyliste: AKPA-22, CWZ-22, CWZ-30 oraz wstępnie zhydrolizowane chlorki poliglinu: PAX-XL19F i PAX-XL1910S. W zależności od rodzaju użytego węgla pylistego uzyskano 46÷58% usunię- cie ołowiu, 21÷29% kadmu i 17÷21% niklu. Obniżenie barwy w procesie adsorpcji wyniosło 33÷60%, a zawartości RWO 14÷17%. W zależności od pH wody przy zastosowaniu koagu- lantów i węgla CWZ-22 otrzymano obniżenie stężenia jonów ołowiu o 74÷91%, kadmu o 9÷88%, niklu o 9÷71%. Zawartość związków organicznych, oznaczonych jako RWO i utlenialność, została obniżona odpowiednio o 29÷37% i 45÷70%. Barwa wody została zmniejszona o 60÷77%. O efektywności usuwania zanieczyszczeń decydował głównie proces koagulacji.

The efficiency of powdered activated carbon for removal of colour, organic substances and chosen heavy metal ions (nickel, cadmium, lead) from surface water, as well as for enhancement of the coagulation process in removal of these contaminants, was evaluated. For the research, water from the Warta river, powdered activated carbons: AKPA-22, CWZ-22, CWZ-30 and pre-hydrolysed polyaluminium chlorides: PAX-XL19F and PAX-XL1910S, were used. Depending on the type of applied powdered activated carbon, 46÷58% removal of lead, 21÷29% removal of cadmium and 17÷21% removal of nickel were obtained. Reduction of colour in the adsorption process amounted to 33÷60%, and 14÷17% in DOC content. Better removal of organic compounds from studied surface water was obtained at a reduced water pH (pH = 6.3), and cadmium at elevated pH (pH = 8.2). Depend- ing on the water pH, with the usage of coagulants and CWZ-22 carbon, a reduction in lead ion concentration by 74÷91% was obtained, cadmium by 9÷88%, nickel by 9÷71%. Change of water reaction had the main impact on the increase in efficiency of cadmium and nickel removal. The content of organic compounds, assayed as DOC and oxygen consumption, was decreased by 29÷37% and 45÷70%, respectively. Water colour was reduced by 60÷77%. Evaluating the importance of adsorption in removal of studied contaminants, it can be con- cluded that in case of polyaluminum chlorides and activated carbon usage, the elimination of these contaminants was determined by the coagulation process.