Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Zmiany właściwości fizycznych materiałów podczas kompostowania w warunkach laboratoryjnych

100%

Malińska K.

|

2013

|

tom 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.

2

Biowęgiel odpowiedzią na aktualne problemy ochrony środowiska

100%

Malińska K.

|

tom 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.

3

Application of a modified OxiTop® respirometer for laboratory composting studies

100%

Malińska K.

|

tom 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.

4

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

63%

Mełgieś K. , Malińska K.

|

tom 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

Removal of biogens from synthetic wastewater by microalgae

51%

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

|

tom 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.

6

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

38%

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

|

tom 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.