Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Spent mushroom substrate as a supplementary material for sewage sludge composting mixtures

Malińska K., Czekała W., Janczak D., Dach J., Mazurkiewicz J., Dróżdż D.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2018

|

T. 21, nr 1

29--38

EN

Spent mushroom substrate (SMS) is a byproduct from mushroom production. On average, it shows low content of organic matter but contains relatively high quantity of nitrogen (2.4%). SMS could be recycled as a soil amendment or could be an alternative for peat. Some studies indicate that SMS could be used as a supplementary material in composting of various biodegradable waste and municipal sewage sludge (SS). In composting, spent mushroom substrate could function as a bulking agent and provide structure in composting piles. The overall goal of this study was to determine whether SMS can be used as a supplementary material for preparation of composting mixtures of sewage sludge and could allow the achievement of the recommended values of moisture content (50÷60%), C/N ratio (25-35:1) and air-filled porosity (at least 75%) in the final composting mixtures. Due to high moisture content, low C/N ratio and lack of structure municipal sewage sludge cannot be composted alone. The addition of a supplementary material to municipal sewage sludge should provide adequate structure (for maintaining optimal air-filled porosity in a composting pile), moisture content and C/N ratio in the composting mixtures. The investigated SMS showed lower moisture content, organic matter, C/N ratio and mechanical strength in comparison to typical supplementary materials used in composting of sewage sludge (e.g. wheat straw or woodchips). The addition of SMS to SS (up to the ratio of SS:SMS 1:6) did not allow the achievement of the recommended values of moisture content, C/N ratio and air-filled porosity within a 2 m composting pile. Therefore, the investigated spent mushroom substrate cannot be considered a suitable bulking agent for preparation of municipal sewage sludge composting mixtures. However, SMS could be used for composting of other biodegradable waste which shows lower moisture content, higher C/N and better structure or for composting of sewage sludge together with lower quantities of other supplementary materials such as wheat straw.

PL

Zużyte podłoże popieczarkowe (ZPP) to odpad powstający po produkcji pieczarki. Charakteryzuje się niską zawartością materii organicznej, ale zawiera relatywnie znaczne ilości azotu (2,4%). Zużyte podłoże popieczarkowe może być wykorzystane w rolnictwie jako polepszacz do gleby lub alternatywa dla torfu. Doniesienia literaturowe wskazują, że zużyte podłoże popieczarkowe może być również wykorzystane jako materiał pomocniczy w kompostowaniu różnych odpadów biodegradowalnych czy też komunalnych osadów ściekowych (OŚ). W procesie kompostowania zużyte podłoże może pełnić funkcję materiału strukturotwórczego i zapewniać odpowiednią strukturę pryzm kompostowych. Głównym celem badań była ocena możliwości wykorzystania zużytego podłoża popieczarkowego jako materiału pomocniczego do przygotowania mieszanek kompostowych z osadów ściekowych tak, aby zapewnić w tych mieszankach wymaganą zawartość wody (50÷60%), odpowiedni stosunek C/N (25÷35:1) oraz zalecaną porowatość powietrzną w pryzmie (powyżej 75%). Z uwagi na wysoką zawartość wody, niski stosunek C/N i brak odpowiedniej struktury osady ściekowe nie mogą być samodzielnie poddawane kompostowaniu. Materiał pomocniczy dodany do osadów ściekowych powinien zapewnić odpowiednią strukturę (pozwalającą na utrzymanie optymalnej porowatości powietrznej w pryzmie), zawartość wody oraz stosunek C/N w otrzymanej mieszance kompostowej. Badane zużyte podłoże popieczarkowe charakteryzowało się niższą zawartością wody oraz materii organicznej, niższym stosunkiem C/N oraz niższą wytrzymałością mechaniczną w porównaniu do innych materiałów pomocniczych stosowanych w kompostowaniu komunalnych osadów ściekowych (takich jak słoma zbożowa czy ścinki drzewne). Dodatek zużytego podłoża popieczarkowego do osadów ściekowych (udział w mieszance OŚ:ZPP wynosił do 1:6) nie pozwolił na uzyskanie zalecanych wartości zawartości wody, stosunku C/N i porowatości powietrznej w pryzmie o wysokości 2 m. Z tego względu badane zużyte podłoże popieczarkowe okazało się nieprzydatne jako materiał strukturotwórczy wykorzystywany do przygotowania mieszanek kompostowych z osadów ściekowych. Jednakże zużyte podłoże popieczarkowe może być wykorzystane jako materiał pomocniczy w kompostowaniu innych odpadów biodegradowalnych, które charakteryzują się niższą zawartością wody, wyższym stosunkiem C/N i korzystniejszą strukturą, lub też w kompostowaniu osadów ściekowych wspólnie z innymi materiałami pomocniczymi (np. słomą) użytymi w mniejszej ilości.

2

Fate and removal of pharmaceuticals and illegal drugs present in drinking water and wastewater

Szymonik A., Lach J., Malińska K.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2017

|

Vol. 24, nr 1

65--85

EN

Rapid development of pharmaceutical industry, and thus widespread availability of different types of therapeutical and increased intake of pharmaceuticals, results in elevated concentrations of pharmaceuticals in municipal wastewater subjected to treatment in wastewater treatment plants. Pharmaceuticals present in raw wastewater discharged from hospitals, households, veterinary and health care clinics eventually end up in wastewater treatment plants. Commonly applied methods for treating wastewater do not allow complete removal of these contaminants. As a consequence, pharmaceuticals still present in treated wastewater are introduced to water environment. The most frequently identified pharmaceuticals in surface water belong to the following groups: non steroidal anti inflammatory drugs, beta-blockers, estrogens and lipid regulators. The most difficult is removal of diclofenac, clofibric acid and carbamazepine as these substances show low biodegradability. Diclofenac can be removed in the process of wastewater treatment by 40%, carbamazepine by 10%, and clofibric acid from 26 to 50%. The presence of diclofenac sodium in the rivers in Poland was confirmed and the concentrations were following: 380 ng/dm3 (the Warta river), 470 ng/dm3 (the Odra river), 140 ng/dm3 (the Vistula river). Naproxene was found in the Warta river at the concentration of 100 ng/dm3. The presence of pharmaceuticals in surface water can be toxic to aqueous microorganisms and fish. Recent studies confirmed also the presence of pharmaceuticals in drinking water. This is considered as a problem especially in urban agglomerations such as Berlin or large cities in Spain and China. The studies showed that pharmaceuticals were also identified in the samples taken from the Polish rivers and drinking water. The presence of naproxene and diclofenac at the concentrations of 13 and 4 ng/dm3 was identified in drinking water sampled from water intakes in Poznan. Surface water and drinking water showed also the presence of illegal drugs.

3

Wybrane właściwości biokompozytów na osnowie polimerów biodegradowalnych z dodatkiem biowęgla z osadów ściekowych

Pudełko A., Malińska K., Postawa P., Stachowiak T., Weisser P.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2016

|

R. 9, nr 26

115--127

PL

Biowęgiel z uwagi na swoje właściwości może znaleźć zastosowanie w produkcji kompozytów polimerowych jako napełniacz, który zmienia właściwości konwencjonalnych kompozytów oraz obniża koszty ich wytworzenia. Celem badań było określenie wpływu udziału biowęgla z komunalnych osadów ściekowych na wybrane właściwości biokompozytów na osnowie polimerów biodegradowalnych. Zakres badań obejmował wykonanie biokompozytów z masowym udziałem biowęgla 0, 10 i 20% na osnowie dwóch polimerów biodegradowalnych, tj. PLA (polilaktyd) i BIOPLAST GS2189 (tworzywo na bazie skrobi ziemniaczanej) oraz analizę wybranych właściwości fizycznych. Uzyskane wyniki wskazują, że biowęgiel jako dodatek (napełniacz) w biodegradowalnych tworzywach polimerowych powoduje modyfikację ich właściwości, a w szczególności mechanicznych.

EN

Biochar due to its numerous properties can be applied as an alternative filler in manufacturing of biocomposites. As an alternative filler biochar can modify the properties of composites and allow cost reduction. The overall goal of this study was to determine the effect of the addition of biochar obtained from sewage sludge on the selected properties of the composites produced from biodegradable plastics. The scope of the study included manufacturing of biocomposites from biodegradable plastics (PLA and BIOPLAST GS2189) with the addition of 0%, 10 and 20% of biochar and the analysis of the selected physical properties. The obtained results indicate that biochar as an additive (a filler) in plastics biodegradable polymer causes a significant modification of the investigated properties, in particular mechanical properties.

4

Aspekty prawne przetwarzania komunalnych osadów ściekowych do biowęgla w ujęciu ustawodawstwa polskiego

Mełgieś K., Malińska K.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2016

|

R. 9, nr 26

96--107

PL

W artykule przedstawiono efekty rozważań dotyczące aktualnego stanu prawa krajowego w zakresie możliwości przekształcania komunalnych osadów ściekowych w procesie pirolizy do biowęgla. W ramach tych rozważań podjęto próbę udzielenia odpowiedzi na fundamentalne pytania: Czy jest prawnie dopuszczalne stosowanie procesu pirolizy do przekształcania osadów do biowęgla i jaki ewentualnie status prawny posiadałby powstały materiał? Jakie wnioski na przyszłość powinny determinować ustawodawcę w obliczu obiecujących rezultatów przeprowadzanych doświadczeń i prac badawczych? W rozważaniach uwzględniono również komentarze i pytania przedstawicieli nauki i przemysłu na temat możliwości przetwarzania osadów ściekowych do biowęgla, które padły w dyskusji podczas konferencji naukowej „Biowęgiel w Polsce – nauka, technologia, biznes” (29–30.05.2016, Serock, Polska).

EN

The article presents the results of the analysis of the current legal situation for the possibilities of thermal conversion through pyrolysis of municipal sewage sludge into biochar. The authors attempt to give the answers to some of the fundamental questions including: Is it legal to convert municipal sewage sludge through pyrolysis into biochar? What would be the legal status of the material obtained from pyrolysis of sewage sludge? What has to be taken into account in response to technological advancement when making new laws? The article also addresses the comments and concerns voiced by the representatives of the universities and industry who participated in the discussions during the scientific conference on „Biochar in Poland – science, technology, business” (29–30.05.2016, Serock, Poland).

5

Aktualne wymagania jakościowe i prawne dla biowęgla jako nawozu i polepszacza gleby

Malińska K., Mełgieś K.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2016

|

R. 9, nr 26

82--95

PL

Artykuł dotyczy rozważań na temat aktualnych wymagań jakościowych i prawnych, jakie powinien spełniać biowęgiel jako nawóz czy polepszacz gleb. Stanowi próbę udzielenia odpowiedzi na następujące zasadnicze pytania: Czym jest, a czym nie jest biowęgiel? Jakie są przyczyny obecnych trudności w rozumieniu terminu i określeniu statusu prawnego biowęgla oraz jego wymagań jakościowych? Jakie są oczekiwane zmiany wynikające z harmonizacji prawa nawozowego w krajach UE, nad którą obecnie trwają prace? Artykuł nawiązuje również do dyskusji przedstawicieli nauki i przemysłu na temat aspektów prawnych i wymagań jakościowych dla biowęgla, która to dyskusja miała miejsce podczas konferencji naukowej „Biowęgiel w Polsce – nauka, technologia, biznes” (29–30.05.2016, Serock, Polska).

EN

The article provides an analysis of the current legal status and quality requirements for biochar as a fertilizer or a soil improver. It attempts to answer some fundamental questions such as: What biochar is and what is not? Why there is a confusion about the definition of biochar and its legal status and quality requirements? What are the anticipated changes in biochar area due to harmonization of fertilizers law in the Member States (i.e. EU Fertilizer Regulation)? Also, the article refers to the discussion among the academia and industry representatives on biochar legal and quality aspects that took place during the scientific conference on „Biochar in Poland – science, technology, business” (29–30.05.2016, Serock, Poland).

6

Application of a modified OxiTop® respirometer for laboratory composting studies

Malińska K.

Archives of Environmental Protection

|

2016

|

Vol. 42, no. 1

56--62

EN

This study applied a modified OxiTop® system to determine the oxygen uptake rate during a 2-day respiration test of selected composting materials at different moisture contents, air-filled porosities and composition of composting mixtures. The modification of the OxiTop® respirometer included replacement and adjustment of a glass vessel (i.e. a 1.9-L glass vessel with wide mouth was used instead of a standard 1-L glass bottle, additionally the twist-off vessel lid was adjusted to attach the measuring head) and application of a closed steel mesh cylinder of 5 cm in diameter and 10 cm in height with the open surface area of the mesh of approximately 56.2%. This modification allowed obtaining different bulk densities (and thus air-porosities) of the investigated composting materials in laboratory composting studies. The test was performed for apple pomace and composting mixtures of apple pomace with wood chips at ratios of 1:0.5, 1:1, 1:1.5 (d.w), moisture contents of 60%, 65% and 75% and air-filled porosities ranging from 46% to 1%. Due to diverse biodegradability of the investigated apple pomace and composting mixtures this test allows for the determination of the effects of different air-porosities (due to compaction in a pile) on the oxygen uptake rate for mixtures with a fixed ratio of a bulking agent. The described method allows for laboratory determination of the effects of moisture content and compaction on biodegradation dynamics during composting.

PL

W przedstawionych badaniach wykorzystano zmodyfikowany system OxiTop® do wyznaczenia szybkości oddychania w oparciu o zużycie tlenu podczas 2-dniowego testu respirometrycznego dla wybranych materiałów przeznaczonych do kompostowania o różnym składzie mieszanek, zawartości wody i porowatości. Modyfikacja systemu OxiTop® dotyczyła dostosowania szklanego naczynia oraz jego wyposażenie w cylinder w kształcie walca o średnicy 5 cm i wysokości 10 cm, wykonanego z siatki stalowej (oczka siatki stanowiły ok. 56,2% całkowitej powierzchni). Ta modyfikacja pozwoliła na uzyskiwanie różnych gęstości nasypowych (a tym samym porowatości) badanych materiałów w skali laboratoryjnej. Test respirometryczny został przeprowadzony dla wytłoków jabłkowych i mieszanek wytłoków jabłkowych i ścinek drzewnych w stosunku 1:0,5, 1:1, 1:1,5 (s.m) i zawartości wody 60%, 65% i 75% oraz porowatości w zakresie od ok. 46% do ok. 1%. Z uwagi na różną podatność badanych mieszanek na biodegradację, możliwe było określenie wpływu zmian porowatości powietrznej (spowodowanych kompakcją) na szybkość zużycia tlenu dla mieszanki o stałym udziale czynnika strukturotwórczego. Przedstawiona metoda pozwala na laboratoryjne badanie wypływu zawartości wody i kompakcji na biodegradację podczas kompostowania.

7

Dynamics of Gaseous Emissions During Composting of Sewage Sludge With Maize Straw as a Bulking Agent

Czekała W., Dach J., Malińska K., Przybył J., Myszura M.

Journal of Ecological Engineering

|

2015

|

Vol. 16, nr 3

108--114

EN

In order to ensure proper composting of sewage sludge it is necessary to use bulking agents which will create favorable water and air conditions inside the pile and will be an additional source of carbon for the improvement of the C: N ratio of a composted mixture. However, the cereal straw widely used for composting of sewage sludge is very expensive and has a negative impact on the economic balance of the operations of a composting plant. Therefore, there is a need for novel, alternative materials that can be used as cheap and effective bulking agents for composting of sewage sludge. The aim of this study was to investigate the composting process of municipal sewage sludge and maize straw as a structural addition. The study was conducted in a specialized bioreactor for modeling aerobic or anaerobic decomposition process of organic materials. The bioreactor was equipped with 165-liter, thermally insulated chambers, controlled air flow and a system of gases and temperature analyzers. The studies have shown that composting of sewage sludge with the addition of maize straw leads to a very intense thermophilic phase resulting in strong emission of CO2. The usage of maize straw allowed to reduce the ammonia emissions and the amount of leachate. The obtained compost had favorable physicochemical and organoleptic properties, i.e. it showed neutral smell of the forest litter, good fragmentation and was not clammy.

8

The effects of sonication on gravity separation of waste activated sludge

Kamizela T., Kowalczyk M., Malińska K

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2015

|

T. 18, nr 2

155--167

EN

Sonication applied to different phases of wastewater and sewage sludge treatment can be beneficial in many respects. The work reported in the literature is mostly focused on sonication as a disintegration process. However, sonication is also used for conditioning of biological sludge. Disintegrating and conditioning effects of ultrasonic waves depend on the value of specific energy. The aim of the presented work was to perform the analysis of solid/liquid separation of waste activated sludge that was subjected to sonication. The properties and structure of activated sludge changed due to the exposure to ultrasounds. This resulted in some changes in the process dynamics of sedimentation and compression. The results showed that sonication accelerated the process of settling and enhanced compression of the particles. However, thickened sludge obtained by gravity separation showed low dewaterability. Gravitational separation of activated sludge subjected to sonication caused a problem with contamination of the obtained supernatant. The increase in the ultrasounds specific energy resulted in cyclical deterioration in the quality of the supernatant. The concentration of organic substance was as high as for municipal wastewater. As a result the liquid with significant quantities of solid particles can be used as growing medium for microorganisms due to increased biodegradability. Moreover, due to the sonication a layer of suspended sludge is formed. This layer consists of a large number of particles that are not subject to sedimentation. Also, this layer sustains biological activity of living organisms. It is proposed to use activated sludge sonication within separate technological system of gravitational separation. The supernatant and thickened sludge obtained from gravity separation can be considered as valuable products. The observed effects of sonication depended on the following variables: the amplitude of ultrasonic wave and specific energy. It was found that generally there are no significant differences in the observed effects of sonication for different amplitudes required to maintain stable values of specific energy. Sonication effects can be described by mathematical functions (linear regression) that allow the control of ultrasonic treatment.

PL

Dotychczasowe doświadczenia laboratoryjne wskazują, że proces sonifikacji można wykorzystywać niemalże na każdym etapie oczyszczania ścieków i przeróbki osadów. W większości przypadków sonifikację traktuje się jako metodę dezintegracji, w tym dezintegracji osadów nadmiernych kierowanych do komór fermentacyjnych. Sonifikacja może być również wykorzystana jako czynnik kondycjonujący osady ściekowe. Dezintegracyjne bądź kondycjonujące oddziaływanie fali ultradźwiękowej jest silnie uzależnione od energii wprowadzonej do sonifikowanego medium. Celem przedstawionej pracy była analiza efektywności separacji grawitacyjnej sonifikowanej zawiesiny osadu czynnego. Widocznym efektem nadźwiękawiania osadu czynnego było rozbicie struktury kłaczków. Rezultatem sonifikacji były również silne zmiany w dynamice procesu sedymentacji oraz kompresji cząstek. Odnotowano znaczące zwiększenie prędkości sedymentacji cząstek oraz skrócenie czasu zagęszczania. Uzyskane osady zagęszczone charakteryzowały się jednak ograniczoną podatnością na odwadnianie. Kolejną wadą rozdziału grawitacyjnego sonifikowanych zawiesin było pogorszenie jakości cieczy nadosadowych. Stężenia zanieczyszczeń w cieczy nadosadowej odpowiadały charakterystyce jakościowej dopływających do oczyszczalni ścieków komunalnych. Zdaniem autorów uzyskane produkty rozdziału grawitacyjnego można rozpatrywać jako łatwobiodegradowlane substraty dla biocenozy osadu czynnego. Ciecze nadosadowe można scharakteryzować jako łatwo biodegradowalny substrat organiczny. Ponadto cząstki stałe pozostające w cieczy nadosadowej tworzą stan zawieszonego osadu czynnego. Powstaje w ten sposób specyficzna warstwa filtracyjna, zachowująca aktywność biologiczną. Miejsce zastosowania niskoenergetycznej sonifikacji, takiej jak w zrealizowanych badaniach, widzi się jako proces prowadzony w wydzielonym ciągu technologicznym opartym na zagęszczaczu osadów sonifikowanych. Uzyskane produkty rozdziału grawitacyjnego o wysokiej podatności na biodegradację, tj. ciecze nadosadowe oraz osady zagęszczone, można dozować do reaktorów osadu czynnego. Obserwowane efekty oddziaływania fali ultradźwiękowej zależały od badanych parametrów operacyjnych, tj. amplitudy drgań oraz właściwej energii sonifikacji. Stwierdzono, że na ogół nie ma znaczących różnic w zaobserwowanych efektach w zależności od wielkości zastosowanej amplitudy przy stałej wielkości energii sonifikacji wprowadzonej do osadów. Drugi wniosek wypływający z analizy matematycznej dotyczy możliwości opisu zmian wartości badanych parametrów w funkcji zwłaszcza właściwej energii sonifikacji za pomocą regresji liniowej.

9

Prawne i jakościowe aspekty dotyczące wymagań dla biowęgla

Malińska K.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2015

|

T. 18, nr 3

359--371

PL

Biowęgiel, jego produkcja oraz liczne możliwości zastosowań stanowią w Europie bezsprzecznie jeden z wiodących obszarów badawczych w ostatnich latach. Prowadzone intensywnie prace badawczo-rozwojowe i przemysłowe przyczyniły się do poznania nowych właściwości biowęgla i zastosowań, szczególnie do celów innych niż energetyczne. Co więcej, biorąc pod uwagę przykłady komercyjnych zastosowań biowęgla i rosnącą listę produktów na bazie biowęgla, można już mówić o powstającym przemyśle biowęglowym. Z tego względu niezbędne jest opracowanie spójnej krajowej i międzynarodowej polityki dotyczącej biowęgla, w szczególności regulacji prawnych i jednolitego systemu oceny jakości biowęgla, aby zapewnić bezpieczne jego stosowanie w celach innych niż energetyczne. Celem artykułu jest omówienie aspektów jakościowych i prawnych dotyczących wymagań, jakie powinien spełniać biowęgiel wprowadzany do środowiska, a w szczególności do gleb. Artykuł porusza między innymi zagadnienia związane z aktualnie zalecanymi systemami oceny jakości, w tym metodyki analitycznej, klasyfikacji i certyfikacji biowęgla (tj. IBI, EBC, BQM). Obejmuje również przegląd aktualnego stanu prawnego w krajach UE, w tym w Polsce, dotyczącego biowęgla, ze szczególnym uwzględnieniem wprowadzania biowęgla do gleb. W artykule wskazano również główne bariery i czynniki wpływające na rozwój przemysłu biowęglowego w Europie.

EN

Potential applications of biochar undoubtedly constitute one of the leading areas of research in Europe in recent years. A great number of research projects resulted in a discovery of biochar as a material of unique properties and wide range of applications, particularly for non-energy purposes. Giving the increasing number of examples of biochar commercial applications and the growing list of potential biochar-based products, we are now observing the emergence of biochar industry. Due to that, there is a necessity for development of a coherent national and international biochar policy, including legal framework and a unified system for biochar quality certification in order to assure safe application of biochar for non-energy purposes. The overall goal of this article is to discuss quality assurance and legal aspects of requirements for biochar introduced to the environment, particularly to soil. The article addresses the issues related to the currently recommended systems of biochar quality assurance and certification, including analytical methods, classification and certification of biochar (e.g. IBI, EBC, BQM) as well as the legislation in force in the European Union countries (including Poland) with special reference to the requirements for biochar applied to soils. Also, the article points out the main barriers for expansion of biochar industry in Europe.

10

Biowęgiel jako materiał pomocniczy w procesie produkcji biogazu

Malińska K, Dach J.

Inżynieria Ekologiczna

|

2015

|

Nr 41

117--124

PL

Biowęgiel z uwagi na swoje właściwości fizyko-chemiczne może znaleźć zastosowanie w wielu obszarach inżynierii i ochrony środowiska. Ostatnie doniesienia literaturowe podają, że biowęgiel może być również wykorzystywany do zwiększenia efektywności produkcji biogazu. O jego przydatności decydują m.in. takie właściwości jak stabilność pod względem chemicznym, rozwinięta powierzchnia właściwa, mikroporowatość oraz obecność grup funkcyjnych. Wyniki nielicznych prac badawczych wskazują, że biowęgiel może przyczyniać się do wzrostu tempa mineralizacji materii organicznej i produkcji metanu. Z uwagi na relatywnie wysoki koszt biowęgla wskazuje się na przyjęcie kompleksowego rozwiązania w produkcji biogazu zakładającego zastosowanie biowęgla do: (1) pozyskiwania biomasy do produkcji biogazu (dodatek do paszy i ściółki, polepszacz do gleb), (2) przygotowania wsadu do procesu fermentacji (dodatek do wsadu), (3) zaszczepiania wsadu w procesie fermentacji (nośnik mikroorganizmów), (4) oczyszczania biogazu (absorbent zanieczyszczeń), (5) oczyszczania frakcji ciekłej pofermentu (sorbent), (6) zagospodarowanie frakcji stałej pofermentu (substrat do produkcji biowęgla). Jednakże dostępne w literaturze wyniki prac badawczych wymagają dalszych badań i weryfikacji w warunkach rzeczywistych oraz poznania i wyjaśnienia wpływu biowęgla i jego właściwości na dynamikę przebiegu procesu fermentacji metanowej.

EN

In view to numerous physical and chemical properties biochars can be used in many applications in the area of environmental protection and engineering. Recent findings show that biochar can be also applied in biogas production. Relatively high chemical stability and low susceptibility to degradation, high specific surface area, microporosity and the presence of functional groups indicate that biochar can have a potential for production of biogas. The available results from laboratory studies show that biochar can facilitate mineralization of organic matter and increase the yield of methane. Due to relatively high cost of biochar, the most favourable solution would include the following applications of biochar: (1) production of biomass for biogas production (as an additive to animal feed and bedding, a soil conditioner), (2) preparation of mixture (as an amendment), (3) inoculation of microorganisms (as an inoculum carrier), (4) treatment of biogas (as an absorbent), (5) treatment of liquid fraction of digestate (as a sorbent), (6) management of solid fraction of digestate (as a substrate for biochar production). However, the conducted studies need further work and confirmation in larger scale. Also, the effects of biochar on anaerobic fermentation dynamics should be investigated and explained.

11

Możliwości wykorzystania biowęgla w procesie kompostowania

Malińska K., Dach J.

Inżynieria Ekologiczna

|

2014

|

Nr 36

28--39

PL

Biowęgiel – określany jako biokarbon czy też agrikarbon – posiada zbliżone właściwości co węgiel drzewny, jednakże wskazuje na jego zastosowania w rolnictwie i ochronie środowiska. Był on już stosowany w XIX wiecznych uprawach rolniczych w Europie i Ameryce Południowej. Obecnie, właściwości biowęgla są odkrywane na nowo, a nowe obszary zastosowań obejmują bioenergetykę, gospodarkę odpadami czy łagodzenie zmian klimatycznych. Biowęgiel może być również wykorzystany do sekwestracji węgla w glebie, remediacji gruntów zanieczyszczonych organicznymi i nieorganicznymi związkami. Biowęgiel może być produkowany na drodze pirolizy różnorodnych materiałów takich jak np. rośliny energetyczne, odpady leśne, biomasa rolnicza, osady ściekowe, odpady z produkcji i przetwórstwa żywności itp. W zależności od początkowych właściwości substratów i parametrów pirolizy biowęgle charakteryzują się różnymi właściwościami takimi jak zawartość węgla organicznego i związków mineralnych, wysoka porowatość i powierzchnia właściwa, a co za tym idzie właściwości sorpcyjne i retencja składników odżywczych. Ostatnie badania wskazują, że biowęgiel może być wykorzystywany również w procesie kompostowania i do produkcji kompostów i nawozów na bazie biowęgla. Biowęgiel może być stosowany jako materiał strukturotwórczy lub dodatek do odpadów o wysokiej zawartości wody i/lub azotu. Dodatek biowęgla do mieszanek kompostowych może ograniczyć emisję amoniaku, i tym samym ograniczyć straty azotu ogólnego podczas kompostowania oraz zwiększyć wodochłonność i retencję składników odżywczych. Co więcej, biowęgiel może pełnić funkcję nośnika dla mikroorganizmów oraz stanowić składnik złoża biofiltrów na kompostowniach. Literatura nie podaje zbyt wielu przykładów wykorzystania biowęgla do kompostowania, stąd wiedza na temat wpływu dodatku różnych rodzajów biowęgla do mieszanek kompostowych na dynamikę procesu oraz właściwości otrzymanych kompostów wymaga uzupełnienia i pogłębienia. Z tego względu niezbędne będzie przeprowadzenie badań nad rolą biowęgla w przebiegu procesu kompostowania oraz właściwościami kompostów z dodatkiem biowęgla. Artykuł przedstawia dotychczasowy stan wiedzy na temat właściwości biowęgla przydatnych w kompostowaniu, wpływu różnych rodzajów biowęgla na dynamikę procesu kompostowania odpadów biodegradowalnych oraz wskazanie kierunków dalszych badań dotyczących możliwości wykorzystania poznanych właściwości biowęgla do optymalizacji kompostowania.

EN

Biochar - also referred to as biocarbon, agrichar - shows similar properties as charcoal but indicates applications for agriculture and environment protection. Biochar was applied in the 19th century agriculture practices in Europe and South America. At present, the properties of biochar are being, redescovered and new areas of applications include production of bioenergy', waste management or mitigation of climate change. Also, it can be used for sequestration of carbon in soils, remediation of soil contaminated with organic and inorganic compounds. Biochar can be produced through pyrolysis of a wide range of feedstock materials including energy crops, forestry residues, agricultural biomass, sewage sludge, food processing waste, etc. Depending on the initial properties of substrates and parameters of pyrolysis biochars can demonstrate various properties such as high content of stable organic carbon and minerals, high porosity and surface area, and thus increased sorption and nutrient retention properties. Recent studies show that biochar can be also used in com posting and production of biochar-based composts and fertilizers. Biochar can fw1ction as a bulking agent or an amendment for com posting of materials with high moisture and: or nitrogen contents. The addition of biochar to com posting mixtures can reduce ammonia emissions, and thus limit nitrogen losses during com posting, increase water holding capacity and retention of nutrients. Biochar can also function as a carrier substrate for microbial inoculants and a scrubing material used in biofilters at com posting facilities. Due to the fact that the literature does not provide many examples of biochar applications for composting, and there is little known about the effects of biochar added to com posting mixtures on composting dynamics and properties of final composts, futher investigations should focus on mechanisms of biochar-composting mixtures interactions and analysis of properties of biochar-based composts. The overall goal of the article is to analyze the potentials of biochars for composting, to report the effect of various biochars on com posting dynamics and quality of produced biochar-based composts, and to indicate the areas of further studies on biochar properties that would allow optimization of com posting and improve the quality of final products.

12

Removal of biogens from synthetic wastewater by microalgae

Zabochnicka-Świątek M., Malińska K., Krzywonos M.

Environment Protection Engineering

|

2014

|

Vol. 40, nr 2

87--104

EN

Removal of biogens (P, N) from synthetic wastewater by microalgae Chlorella vulgaris was investigated. The study was carried out under static conditions (batch tests). Significant differences were found in the removal of nutrients by algae. The removal of biogens was >50% for ammonium ions and >80% for nitrates and phosphates. N and P removal through assimilation by microalgal C. vulgaris species can be considered an ecological alternative for current methods applied for removal of these substances from wastewater. It seems that using algae for N and P removal from wastewater can be affordable in comparison to other methods. The efficiency of biogens removal depends on the type of a biogen to be removed and the concentration of N and P in solutions. Optimization of N:P ratio can have some positive influence on the removal of biogens from wastewater by C. vulgaris.

13

Zmiany właściwości fizycznych materiałów podczas kompostowania w warunkach laboratoryjnych

Malińska K.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2013

|

T. 16, nr 4

523--536

PL

Znajomość właściwości fizycznych materiałów przeznaczonych do kompostowania - takich jak: zawartość wody, wielkość cząstek, gęstość nasypowa, porowatość i przepuszczalność powietrzna oraz wytrzymałość mechaniczna - jest niezbędna na każdym etapie kompostowania. Właściwości fizyczne różnią się ze względu na rodzaj materiałów i ich udział w mieszance kompostowej. Na etapie przygotowania mieszanek kompostowych istotną rolę odgrywa zawartość wody, gęstość nasypowa, wielkość cząstek i wytrzymałość mechaniczna. Wpływają one bezpośrednio na porowatość i przepuszczalność powietrzną i ich zmianę wraz z głębokością pryzmy kompostowej, a tym samym warunkują procesy wymiany gazowej i ciepła podczas procesu kompostowania. Kompostowanie jest procesem dynamicznym, podczas którego zachodzą różnego rodzaju zmiany o charakterze biochemicznym. Zmiany dotyczą również właściwości fizycznych kompostowanych materiałów. Na skutek biodegradacji materii organicznej zawartej w materiałach przeznaczonych do kompostowania dochodzi do zmniejszenia rozmiaru cząstek, zwiększenia zawartości wody i gęstości nasypowej, a tym samym redukcji porowatości i przepuszczalności powietrznej. Literatura podaje niewiele przykładów prac badawczych, które szczegółowo opisują zmiany właściwości fizycznych podczas kompostowania. Celem prezentowanych badań była analiza zmian zawartości wody, gęstości nasypowej, wytrzymałości mechanicznej, porowatości i przepuszczalności powietrznej dla mieszanki wytłoków jabłkowych i ścinek drzewnych WJ:SD w stosunku wagowym 1:1 (s.m.), zawartości wody ok. 65% i porowatości powietrznej ok. 30 i 45% poddanej kompostowaniu w reaktorach laboratoryjnych przez okres 3 tygodni. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że dla badanej mieszanki początkowe wartości wytrzymałości mechanicznej, gęstości nasypowej, porowatości i przepuszczalności powietrznej zależały w dużej mierze od zawartości wody. Po zakończeniu kompostowania zmianom uległy wszystkie badane właściwości fizyczne. W przypadku porowatości i przepuszczalności powietrznej stwierdzono ich wzrost, który mógł być spowodowany rodzajem i udziałem materiałów w mieszance kompostowej. Łatwo biodegradowalne wytłoki jabłkowe o wysokiej zawartości wody i gęstości nasypowej ulegały rozkładowi szybciej, podczas gdy ścinki drzewne o niskiej podatności na biodegradację i znacznie niższej gęstości nasypowej ulegały rozkładowi znacznie wolniej. W rezultacie nastąpił spadek gęstości nasypowej mieszanki i wzrost porowatości oraz przepuszczalności powietrznej. Wytrzymałość mechaniczna badanej mieszanki wzrosła prawie dwukrotnie i mogła być uzależniona od końcowej zawartości wody, substancji organicznej i rozmiaru cząstek.

EN

Knowledge about physical properties of composting materials - such as water content, particle size, bulking density, air-filled porosity and permeability, and mechanical strength - is important at every stage of composting process. Physical properties differ for various materials and ratios in composting mixtures. At the stage of selection of substrates and preparation of composting mixtures the following properties play an important role: water content, bulk density, particle size and mechanical strength. These properties have a direct effect on air-filled porosity and permeability and their changes with the depth of a composting pile, and thus rate of oxygen supply and heat and moisture removal. Knowledge and understanding the relationships between physical properties and their impact on biodegradation rate during composting allows to assure optimal parameters for the process by selection of adequate substrates, compost pile configuration and pile aeration, and also forced aeration systems. Composting is a dynamic process resulting in diverse changes of biochemical character. These changes also occur to physical properties of composting materials. Biodegradation of organic matter in composting materials results in reduction of particle size, increase in water content and bulk density, and thus reduction in air-filled porosity and permeability. The literature does not provide many examples of studies on changes in physical properties of composting materials during composting. The overall goal of this study was to analyze changes in moisture content, bulk density, mechanical strength, air-filled porosity and permeability of a mixture of apple pomace and woodchips AP:WC at a ratio of 1:1 (d.w), moisture content close to 65% and two air-filled porosities about 30% and 45% (obtained from compaction of selected stress) during 3-week composting in laboratory reactors. The obtained results showed that the initial physical properties for the investigated composting mixture, i.e. mechanical strength, bulk density, air-filled porosity and permeability depended mostly on moisture content. After completion of composting all the investigated physical properties underwent significant changes. Air-filled porosity and permeability increased. This effect was probably due to the composition of the investigated composting mixture. Apple pomace that showed high moisture content, bulk density and susceptibility to biodegradation underwent faster decomposition than wood chips. Wood chips are used as a bulking agent for composting of materials with high moisture and nitrogen content due to low susceptibility to biodegradation, low bulk density and moisture content, and thus high air-filled porosity and permeability. 3-week composting of apple pomace and wood chips mixture resulted in decrease in bulk density, and in consequence increase in air-filled porosity and permeability. Also, mechanical strength of the investigated mixture increased almost twice. This could result from the final moisture content, organic matter decomposition and decrease in particle size.

14

Selection of bulking agents for composting of sewage sludge

Malińska K., Zabochnicka-Świątek M.

Environment Protection Engineering

|

2013

|

Vol. 39, nr 2

91--103

EN

The scope of this work covered: laboratory determination of bulk density, air-filled porosity, mechanical strength, water holding capacity of bulking agents, i.e. straw, woodchips and sawdust, and composting mixtures of sewage sludge and selected bulking agents at the ratios of 1:0.3; 1:0.6; 1:1 (d.b.), as well as simulation of bulk density and air-filled porosity in function of composting pile depth for the composting mixtures. Simulation of changes in bulk density and air-filled porosity was performed for a 2 m high composting pile. The results showed that mixing sewage sludge with woodchips in the ratio of 1:1 (d.b.) allows optimal moisture content, C/N ratio and air-filled porosity across the composting pile.

15

Laboratoryjne wyznaczanie porowatości powietrznej materiałów przeznaczonych do kompostowania

Malińska K.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2012

|

T. 15, nr 2

155-167

PL

Artykuł przedstawia laboratoryjną metodykę wyznaczania porowatości powietrznej materiałów przeznaczonych do kompostowania, pozwalającą na symulację zmian porowatości powietrznej w pryzmie o wybranych wymiarach. Porowatość powietrzna jest kluczowym parametrem fizycznym, warunkującym zainicjowanie i prawidłowy przebieg procesu kompostowania w pryzmach. Optymalna porowatość powietrzna w pryzmie kompostowej pozwala na prawidłowy transport tlenu oraz odprowadzenie wody i ciepła z pryzmy podczas kompostowania. Porowatość powietrzną materiałów przeznaczonych do kompostowania można wyznaczyć wieloma metodami laboratoryjnymi, m.in. metodą piknometryczną, saturacji materiału wodą lub teoretyczną w oparciu o pomiar np. gęstości nasypowej. Jednakże tak wyznaczona porowatość powietrzna nie odzwierciedla zmian wraz z głębokością pryzmy. Pomiar porowatości powietrznej w pryzmie kompostowej może być trudny i wymagać zburzenia struktury pryzmy. Do tego celu można wykorzystać metodę wyznaczania zmian porowatości powietrznej dla wybranych materiałów wraz z głębokością pryzmy o dowolnych wymiarach na podstawie laboratoryjnych pomiarów gęstości nasypowej w warunkach zmiennego obciążenia, wytrzymałości mechanicznej, zawartości wody oraz substancji organicznej. Przykładowo dodatek słomy do wytłoków jabłkowych zmniejszył zawartość wody i znacznie zwiększył wytrzymałość mechaniczną oraz porowatość powietrzną tej mieszanki kompostowej. Porowatość powietrzna dla pryzmy o wysokości 2 m zbudowanej z tej mieszanki zmieniała się z głębokością w zakresie 70-3%. Na podstawie wyznaczonych zmian porowatości powietrznej w pryzmie można określić: (1) konieczny udział materiału strukturotwórczego w mieszance kompostowej, który zapewni optymalną porowatość powietrzną w pryzmie w przypadku kompostowania materiałów o wysokiej zawartości wody, wysokiej gęstości nasypowej oraz znacznej podatności na kompakcję oraz (2) wydatek powietrza i częstotliwość napowietrzania pryzm.

EN

The paper presents laboratory determination of air-filled porosity for composting materials. The described method allows for simulation of changes in air-filled porosity with composting pile depth for various pile configurations. Air-filled porosity in a composting pile is a key physical parameter for initiation and proper management of composting. The optimal air-filled porosity in a composting pile allows adequate transport of oxygen and removal of moisture and heat from a pile during the entire process of composting. Air-filled porosity of composting materials can be determined by means of several methods including laboratory tests by pycnometry and water saturation as well as theoretical calculations based on laboratory measurements of e.g. bulk density. However, the air-filled porosity determined with these methods does not reflect the changes in air-filled porosity with composting pile depth. It provides the information about the air-filled porosity observed at the top of a pile. With the increase in a pile depth the air-filled porosity of a composting mixture is reduced due to compaction resulting from stress applied by consequent layers of the composting material in a pile. For materials with high moisture content the air-filled porosity may be reduced to zero at the base of a composting pile. Direct measurement of air-filled porosity in a composting pile can pose many difficulties and requires disturbing the pile structure. Not to mention that building a composting pile in full scale requires significant quantities of composting materials and labor. Therefore, the changes in air-filled porosity with the depth of a composting pile at selected pile configurations can be determined from laboratory measurements of bulk density at applied stress, mechanical strength, moisture content and organic matter content. This method allows simulation of changes in air-filled porosity with the pile depth for various composting materials and mixtures at selected pile configurations. In case of composting materials with high moisture content and susceptibility to compaction, this simulation will allow determination of the optimal addition of a bulking agent to a composting mixture in order to provide and maintain adequate oxygen supply during the process of composting. What is more, it can be used to determine the frequency of pile turning and/or configuration of aeration system.

16

Biowęgiel odpowiedzią na aktualne problemy ochrony środowiska

Malińska K

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2012

|

T. 15, nr 4

387--403

PL

Narastające problemy ochrony środowiska związane z postępującą degradacją gleb, nasilającymi się skutkami zmian klimatycznych, produkcją energii oraz zagospodarowaniem odpadów wymagają poszukiwania nowych, skuteczniejszych i tańszych rozwiązań. Jednym z proponowanych rozwiązań aktualnych problemów w obszarze ochrony środowiska jest biowęgiel, czyli karbonat otrzymany w procesie pirolizy biomasy roślinnej oraz odpadów organicznych. Biowęgiel i jego zastosowanie nie jest rozwiązaniem nowym - od wieków stosowany był w rolnictwie. Jednakże w ostatnich latach jego właściwości i potencjalne zastosowania „odkrywane” są na nowo i obecnie można stwierdzić, że tradycyjnie znany karbonat, w odpowiedzi na współczesne potrzeby i zastosowania w obszarze ochrony środowiska, zyskał nową „markę” i funkcjonuje jako biowęgiel. Substraty do produkcji biowęgla obejmują zróżnicowaną grupę materiałów, do której należą: rośliny energetyczne, odpady leśne, biomasa rolnicza, osady ściekowe, organiczna frakcja odpadów komunalnych czy pozostałości z przetwórstwa rolno-spożywczego. Wybór substratów uzależniony jest m.in. od właściwości fizykochemicznych (np. zawartości wody i substancji organicznej, rozmiaru cząstek), potencjalnego zastosowania (np. do produkcji energii, na cele rolnicze, do usuwania zanieczyszczeń), aspektów logistycznych oraz procesu pirolizy i jego parametrów. Biowęgiel dzięki takim właściwościom fizykochemicznym, jak wysoka zawartość węgla organicznego w formie stabilnej i substancji mineralnych, znacznie rozwiniętej porowatości i powierzchni właściwej, może być z powodzeniem wykorzystywany: w bioenergetyce jako paliwo odnawialne; do sekwestracji węgla w glebie; w procesie kompostowania jako materiał strukturalny czy dodatek ograniczający emisję amoniaku; w produkcji nawozów organicznych na bazie biowęgla; do poprawy właściwości gleb użytkowanych rolniczo; do usuwania zanieczyszczeń z roztworów wodnych, ścieków komunalnych i przemysłowych, oraz gazów procesowych; w remediacji gleb zanieczyszczonych związkami organicznymi i nieorganicznymi, oraz do ograniczania zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych poprzez retencję np. składników biogennych w glebie. Wykorzystanie biowęgla w ochronie środowiska niesie ze sobą wiele korzyści, m.in. takich, jak możliwość zastąpienia paliw kopalnych paliwem odnawialnym, poprawę właściwości gleb, np. zwiększenie ilości węgla w glebie czy pojemności wodnej gruntu, ograniczenie zużycia nawozów organicznych i nieorganicznych oraz środków ochrony roślin, a tym samym ryzyka zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych. Pomimo wielu rozpoznanych korzyści, produkcja biowęgla oraz wprowadzanie go do środowiska naturalnego może również nieść ze sobą pewne zagrożenia. Mogą one dotyczyć m.in. intensywnego pozyskiwania biomasy z upraw, a tym samym prowadzić do degradacji gleb, wprowadzania toksycznych związków, np. WWA, dioksyn i furanów, do środowiska glebowego, co wpływa negatywnie na żywe organizmy i może prowadzić do zanieczyszczenia wód podziemnych. Co więcej, właściwości fizykochemiczne biowęgla otrzymanego z różnych substratów, jak również procesy i mechanizmy długookresowego wpływu na środowisko naturalne, nie zostały jeszcze w pełni poznane. Dalsze kierunki badań powinny więc obejmować m.in. opracowanie systemu klasyfikacji biowęgli otrzymanych z różnych substratów w oparciu o ich właściwości fizykochemiczne i kryteria zastosowań, analizę możliwości optymalizacji parametrów procesu pirolizy w celu uzyskania pożądanych właściwości biowęgla dla różnych zastosowań w ochronie środowiska, ocenę wpływu stosowania biowęgla na środowisko naturalne w dłuższej perspektywie czasowej, określenie występowania potencjalnych zagrożeń związanych z wprowadzeniembiowęgla do środowiska, analizę kosztów produkcji biowęgla oraz dostępności substratów przydatnych do jego produkcji oraz kosztów stosowania biowęgla, np. do produkcji energii, remediacji zanieczyszczonych gruntów, poprawy właściwości gleb czy też usuwania zanieczyszczeń ze ścieków komunalnych i przemysłowych.

EN

In recent years the most pressing environmental issues include widespread degradation of soil, global climate change, production of energy and management of waste. Therefore, there is a need for new more efficient and affordable methods that would allow for addressing all of these issues. Biochar and its properties could be a response to current environmental challenges. Biochar is a solid carbon-rich product referred to as charcoal obtained from pyrolysis of various biomass feedstock. Biochar is not a new idea as it has been applied in agriculture for centuries. However, its properties and potential applications are being “rediscovered” now, and traditionally known charcoal was “rebranded” to biochar to address the needs and applications for environment protection. There is a diversified group of feedstock materials that can be used for production of biochar including energy crops, forestry residues, agricultural biomass, sewage sludge, biodegradable fraction of municipal waste and food processing residues. Selection of a feedstock material depends on physical and chemical properties (i.e. moisture content, organic matter content, particle size, etc.), potential applications (i.e. energy production, agriculture, removal of contaminants, etc.), biomass provision and logistics, and also pyrolysis technology and process parameters. Biochar due to its properties such as high content of stable organic carbon and minerals, high porosity and surface area can be applied for bioenergy production, sequestration of carbon in soil, composting and production of biochar-based composts and fertilizers, improvement of soil properties, removal of contaminants from liquid solutions, municipal and industrial wastewater. Also, treatment of post-processing gases, remediation of soil contaminated with organic and inorganic compounds, and reduction of contamination of groundwater and surface water through retention of nutrients in soil can be obtained using biochar. Applications of biochar have a number of benefits for protection of natural environment including substitution of fossil fuels, improvement of soils through increase in carbon content or water holding capacity, reduction of organic and inorganic fertilizers and pesticides, and thus mitigation of groundwater and surface water contamination. Despite the great potential of biochar and numerous benefits of its applications, production of biochar and its introduction to soil may also pose some threats. These threats may include intensive biomass production that could lead to competition with land or food production, degradation of soil, contamination of soil with toxic compounds, e.g. PAHs, dioxins and furans which have negative effects on biota and cause contamination of groundwater. It has to be pointed out that some of the physical and chemical properties of biochars produced from different feedstock materials as well as processes and mechanisms behind the biochar-soil interactions, and also long-term effects of biochar on natural environment are still not fully understood and explained. Therefore, future research should focus on development of a biochar classification system based on physical and chemical properties and selected applications, evaluation of pyrolysis parameters in order to engineer biochars with required properties for selected applications, assessment of biochar effects on natural environment in long-term perspective, environmental risk assessment of various types of biochars, cost analysis for biochar production, biomass provision and applications for environmental protection, e.g. production of energy, remediation of contaminated soil, improvement of agricultural soil, and removal of contaminants from municipal and industrial wastewater.