Environmental engineering applications of electronic nose systems based on MOX gas sensors

Nowadays, the electronic nose (e-nose) has gained a huge amount of attention due to its ability to detect and differentiate mixtures of various gases and odors using a limited number of sensors. Its applications in the environmental fields include analysis of the parameters for environmental control, process control, and confirming the efficiency of the odor-control systems. The e-nose has been developed by mimicking the olfactory system of mammals. This paper investigates e-noses and their sensors for the detection of environmental contaminants. Among different types of gas chemical sensors, metal oxide semiconductor sensors (MOXs) can be used for the detection of volatile compounds in air at ppm and sub-ppm levels. In this regard, the advantages and disadvantages of MOX sensors and the solutions to solve the problems arising upon these sensors’ applications are addressed, and the research works in the field of environmental contamination monitoring are overviewed. These studies have revealed the suitability of e-noses for most of the reported applications, especially when the tools were specifically developed for that application, e.g., in the facilities of water and wastewater management systems. As a general rule, the literature review discusses the aspects related to various applications as well as the development of effective solutions. However, the main limitation in the expansion of the use of e-noses as an environmental monitoring tool is their complexity and lack of specific standards, which can be corrected through appropriate data processing methods applications

Quantitative study of activated sludge population structure

A quantitative study of the population structure of activated sludge is an important component of biological wastewater treatment control. However, in the studying of live samples of the activated sludge, some complications arise, in particular, associated with the relatively short time of the subsample suitability. A subsample is the part of the sample that is placed on a glass slide and in which organisms are counted. The issue of optimization of counts of organisms with large amplitude of population density is considered. The results of counting ciliated protozoa in activated sludge were described. The samples were counted in 45 sub-samples of 25 µl each. An average of 10 counts was required to achieve high reliability in determining population densities with more than or equal to 1 specimen per 25 µl in sub-samples. For small population densities (less one specimen per 25 µl) of free-swimming, crawling, and sessile ciliates, 30 counts are necessary. When the density of colonial protozoan populations is established, the number of counts should be increased to 40, especially when colonies with significant differences in the number of zooids are found

Ratio of abundances of ciliates behavioral groups as an indicator of the treated wastewater impact on rivers

A method for assessing the degree of impact of wastewater treatment plant discharge on receiving rivers was proposed, based on the structural indicators of the population of ciliated protozoa. It was shown that the ratio of attached, crawling and free-swimming forms in bottom sediments changes under the influence of discharge. In the points subject to organic pollution, the share of attached filter-feeding bacteriovorous ciliates increases in the assemblage of ciliated protozoa. The proposed Attached Form Index (AFI) takes this ratio into account. The use of AFI makes it possible to assess the restructuring of the assemblage of ciliated protozoa under the influence of point sources of pollution, to establish a zone of negative influence of runoff, to assess the degree of restoration of the aquatic ecosystem, as the influence of the pollution source weakened

Reaeration of sewage in gravitational sewe system

Stopień natlenienia ścieków ma kluczowe znaczenie dla tlenowych procesów biodegradacji zanieczyszczeń, przeprowadzanych przez biomasę heterotroficzną bytującą w systemie kanalizacyjnym. Stopień ten zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to stężenie tlenu w powietrzu ponad swobodnym zwierciadłem ścieków, pole powierzchni kontaktu ścieków i powietrza oraz właściwości hydrodynamiczne przepływu. Gazy powstające w kanalizacji oprócz uciążliwości zapachowej mogą stanowić zagrożenie zdrowia i życia osób odpowiedzialnych za eksploatację i konserwację kanałów. Aby zminimalizować skalę opisanych problemów, projektuje się sieci kanalizacyjne w sposób zapewniający skuteczną ich wentylację, co przy prawidłowej realizacji projektu oraz odpowiednim stanie technicznym elementów systemu skutkuje składem powietrza w kanalizacji zbliżonym do składu powietrza atmosferycznego. Na podstawie przeglądu literatury oraz badań terenowych prowadzonych w miastach Lublin i Chełm przyjęto, iż stężenie tlenu w kolektorze ponad swobodnym zwierciadłem ścieków jest takie samo jak w powietrzu atmosferycznym (podczas badań prowadzonych w poprawnie funkcjonujących kolektorach kanalizacyjnych tylko w jednym punkcie zanotowano stężenie tlenu poniżej 18%). Założenie takie jest spełnione dla większości sytuacji występujących w kanalizacji grawitacyjnej i znacznie ułatwia opis procesów tlenowych w biomasie zawieszonej w toni ścieków i błonie biologicznej zanurzonej w ściekach. Proces reaeracji ścieków w kolektorach kanalizacji grawitacyjnej opisano za pomocą równań uwzględniających między innymi stężenie tlenu rozpuszczonego w ściekach, w równowadze z atmosferą, współczynniki wpływu detergentów i temperatury oraz wyznaczany empirycznie ogólny współczynnik transferu tlenu.The grade of sewage aeration has an essential importance for aerobic processes of pollutants biodegradation occurring in the sewer systems. This grade depends on many factors with the most important are oxygen concentration in the atmosphere over the sewage surface and dimension of sewage - air surface contact as well as the hydrodynamic flow properties. The gases occurring in sewer system besides odor problems can threat health and life of people responsible for exploitation and conservation of the canals. To minimize the described problems, sewer systems are designed in the way preserving the efficient ventilation, which with proper design realization and the good conditions of system elements result in composition of conduit atmosphere close to atmospheric air. Basing on the literature review and field examination of conduits in cities of Lublin and Chelm it was assumed that atmosphere composition in sewer over the sewage surface is similar to the atmospheric air (during examination conducted in properly functioning sewers, oxygen concentration in only single point fall below 18%). This assumption is suitable for the majority of situations occurring in gravitational sanitation system and it visibly makes easier the description of aerobic processes in suspended biomass and biofilm growing in sewer pipes. The reaeration of wastewater in gravitational sewer systems are described by mathematical formulas considering coefficient of oxygen saturation in sewage in equilibrium with atmosphere, coefficient of detergent and the temperature influence as well as general coefficient of oxygen transfer

Pomiary odległości i podobieństwa taksocenoz w aspekcie bioindykacji systemów oczyszczania ścieków osadem czynnym

The results of bioindication, together with the physical and chemical parameters, may be used in wastewater treatment plant process management. The measurement of saprobiontic microorganisms’ population is a relatively easy and cheap method for assessment of wastewater quality in sewage system. It can be also applied at the inflow of the wastewater treatment plant, at the following devices of technological line, as well as at outflow to receiver. Some methods allow to distinguish between distributions of saprobes population on the basis of species abundances. Splitting of a whole population of saprobes onto morphological-functional groups allows to simplify measurement and thus allow to make it in situ. The main idea of this type of measurement is to study the biocenosis entire structure. Because it is hardly possible, the approximately identified taksocenosis may be utilized for the needs of bioindication. An open question is how to compare the communities with different abundance of saprobes group. However using the different methods of biodiversity assessment the more or less visible differences among studied objects should be expected. In this paper the authors apply some existing distance measures based on entropy definitions to distinguish distributions of morphological-functional groups measured. The presented measures allow to tell how far - in terms of given measure of distance - are two distributions measured in situ, and differentiate them.Rezultaty pomiarów bioindykacyjnych mogą stanowić przydatne uzupełnienie, a niekiedy nawet alternatywę dla pomiarów fizykochemicznych wykonywanych w celach kontroli i sterowania procesami oczyszczania ścieków. Pomiary liczebności odpowiednio dobranych populacji organizmów saprobiontycznych zasiedlających poszczególne urządzenia oczyszczalni ścieków mogą być relatywnie proste i tanie. Stąd też wykorzystujące je metody pomiarowe są możliwe do zastosowania zarówno do oceny jakości ścieków dopływających do oczyszczalni, oczyszczanych w kolejnych urządzeniach ciągu technologicznego, jak i odprowadzanych po oczyszczeniu do odbiornika. Niektóre ze wspomnianych metod pozwalają oceniać kompozycję zbiorowisk saprobów na podstawie liczebności poszczególnych gatunków. Jednakże podział całej populacji saprobiontów na grupy funkcjonalno-morfologiczne umożliwia znaczne uproszczenie pomiarów oraz wykonywanie ich in situ. Ze względu na fakt, iż pomiar struktury całej biocenozy saprobów jest trudny do realizacji, identyfikacja wybranych taksocenoz może być wykorzystana do celów bioindykacyjnych. Ciągle otwartą kwestią pozostaje, jak najlepiej porównywać pomiędzy sobą zbiorowiska saprobów złożone z grup o różnej liczebności. Używając istniejących metod oceny bioróżnorodności, uzyskać można wartości liczbowe indeksów i wskaźników mniej lub bardziej różnicujące porównywane między sobą zgrupowania organizmów. W niniejszym opracowaniu autorzy wykorzystują sposoby opisu odległości korzystające z definicji entropii w celu jak najlepszego zróżnicowania zbiorowisk, złożonych z grup morfologiczno-funkcjonalnych, do których sklasyfikowano organizmy bytujące w ściekach o różnym stopniu zanieczyszczenia. Prezentowane procedury pozwalają określić, jak daleko - w kategoriach przyjętych miar odległości - znajdują się od siebie rozkłady analizowanych zbiorów i odpowiednio je zróżnicować

Effect of biosurfactant Reco 10 on the morphology of activated sludge

Końcowy efekt oczyszczania biologicznego ścieków w znacznej mierze zależy od skuteczności oddzielania osadu czynnego od oczyszczonych ścieków. Właściwości sedymentacyjne osadu czynnego związane z wielkością, kształtem i gęstością kłaczków mogą ulec pogorszeniu w wyniku nadmiernego rozrostu bakterii nitkowatych lub kumulacji zewnątrzkomórkowych polimerów o znacznym uwodnieniu. W poszukiwaniu działającego wybiórczo i bezpiecznego dla środowiska środka redukującego liczebność organizmów nitkowatych przebadano wpływ biosurfaktanta Reco 10 na morfologię osadu czynnego. Bezpośrednio po wprowadzeniu roztworów biopreparatu do zawiesiny osadu czynnego nie wystąpiły zmiany w indeksie objętościowym osadu. Jednak po 24 godzinach inkubacji liczebność bakterii nitkowatych w kłaczkach osadu czynnego zmniejszyła się w porównaniu z kontrolą o 39 do 67% w zależności od stężenia środka powierzchniowo czynnego. Przy stężeniach 20 i 50 mg dm–3 biopreparatu obserwowano prawie 20% spadek aktywności oddechowej osadu mierzonej na podstawie ilości wydzielonego CO2. Mimo tego hamującego aktywność oddechową działania, po 24 godzinach od dodania Reco 10 morfologia osadu czynnego uległa wyraźnej poprawie. Zaobserwowano poprawę spójności kłaczków, wzrost ich gęstości i regularności kształtów, mimo zmniejszenia średnich rozmiarów skupisk nawet o odpowiednio 21 i 17% nie doszło również do zaniku mikrofauny.The final effect of biological treatment plant operation depends on the separation efficiency of the activated sludge from treated wastewater. Sludge sedimentation properties related to size, shape and density of flocs, may be deteriorated as a result of excessive growth of filamentous bacteria or accumulation of hydrated extracellular polymers. In search of selectively and environmentally safe substances able to reduce the size of filamentous organisms the impact of biosurfactant Reco 10 on the morphology of activated sludge was examined. Immediately after application of surfactant into the activated sludge suspension, there were no changes in the index of sludge volume. However, after 24 hours of incubation, the number of filamentous bacteria per activated sludge flock decreased by 39 to 67% depending on the surfactant concentration. At concentrations 20 and 50 mg · dm–3 of Reco 10 almost 20% inhibition of respiration calculated on the base of the increase of CO2 concentration was observed. Nevertheless after 24 hours of incubation with 10 Reco the activated sludge morphology (the increase of cohesion, density and regularity of flocs shape) has been significantly improved, despite a reduction in medium-sized clusters of up to 21 and 17%. No losses of microfauna (protozoa and rotifers) were observed. The results confirm that it is possible to use biodegradable surfactant to improve the structure of activated sludge

Performance evaluation of the laboratory scale SBR on the background of project assumptions

Przedstawiono wyniki badań prowadzonych z wykorzystaniem reaktora typu SBR w skali laboratoryjnej, który pracował w cyklu 12-godzinnym. Eksperyment prowadzony był w stałych warunkach temperaturowych, dzięki umieszczeniu komory reaktora w łaźni stabilizowanej termicznie - przy stałej temperaturze 20°C. Artykuł przedstawia wyniki badań uzyskanych podczas próbnego rozruchu reaktora typu SBR (o całkowitej objętości 10 dm3) wraz z jego danymi technologicznymi. Wyniki zestawiono także z założeniami projektowymi oraz odniesiono do regulacji prawnych dotyczących efektów oczyszczania ścieków komunalnych. Ponadto niniejsze opracowanie porusza problem wpływu obciążenia suchej masy osadu ładunkiem zanieczyszczeń na sprawność procesu oczyszczania ścieków i jednocześnie przedstawia zauważone korelacje występujące pomiędzy skutecznością redukcji poziomu poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń (ChZT, zawiesina ogólna, fosfor ogólny, azot ogólny, ogólny węgiel organiczny).The paper presents the results of analyzes carried out on the laboratory scale SBR reactor, which worked at a 12 hour schedule. The experiment was conducted at the constant thermal conditions by placing the reactor chamber in a stabilized bath temperature - at a const temperature of 20°C. Proposed article presents the results of test run of the reactor SBR on a laboratory scale (total volume of 10 dm3) with its technological data. The results obtained relative to the project assumptions and legal regulations concerning the quality of wastewater treatment. Study raises also the problem of the impact of pollutants load onto volatile solids (F/M food to mass ratio) on the quality of wastewater treatment. Furthermore paper shows the observed correlations which exist between the removal efficiency of various pollutant indicators (COD, TSS, total phosphorus, total nitrogen, TOC)