Use of Natural Sorbents in the Processes of Removing Biogenic Compounds from the Aquatic Environment

This paper presents the results of the evaluation of the possibility of using a selected sorbent of natural origin, mineral (opoka rock), for the removal of biogenic compounds from aqueous solutions. The analyzed opoka rock contains approximately 70% calcium carbonate (CaCO3) and from 26 to 27% silicon dioxide (SiO2) and has been classified as heavy opoka rock. The experiment focused on the sorption of organic components, including phosphorus (P), nitrogen (N) and carbon (C). It was carried out for two treatment systems, column tests and batch tests, for three samples of water—water from a water supply system, water from a fish pond and water from a garden pond—located in the region of Silesia (Poland). The results showed that the P removal efficiency was equal to 96.6% for the fine-grained sorbent (grain size <2 mm) and 90.8% for the coarse-grained sorbent (2–4 mm) in the batch tests, while lower effectiveness was observed for the column tests, reaching 67.8% and 54%, respectively. The efficiency of N (NH4+) removal was equal to 84% for both types of sorbents in the batch tests, while it was 47.7% for the fine-grained sorbent and 26.3% for the coarse-grained sorbent in the column tests. The efficiency of the removal of nitrate-nitrogen (NO3−) was higher for the fine-grained sorbent in all analyzed water samples. The use of materials of natural origin in industrial applications is a recommended direction, part of the green transition. The analyzed samples of opoka rock come from deposits, and opoka rock has so far not been analyzed in terms of its possible use in water and sewage treatment technology. Therefore, further research is recommended for this low-cost sorbent, which may be a competitive material for commercial products

Use of Natural Sorbents in the Processes of Removing Biogenic Compounds from the Aquatic Environment

This paper presents the results of the evaluation of the possibility of using a selected sorbent of natural origin, mineral (opoka rock), for the removal of biogenic compounds from aqueous solutions. The analyzed opoka rock contains approximately 70% calcium carbonate (CaCO3) and from 26 to 27% silicon dioxide (SiO2) and has been classified as heavy opoka rock. The experiment focused on the sorption of organic components, including phosphorus (P), nitrogen (N) and carbon (C). It was carried out for two treatment systems, column tests and batch tests, for three samples of water—water from a water supply system, water from a fish pond and water from a garden pond—located in the region of Silesia (Poland). The results showed that the P removal efficiency was equal to 96.6% for the fine-grained sorbent (grain size 4+) removal was equal to 84% for both types of sorbents in the batch tests, while it was 47.7% for the fine-grained sorbent and 26.3% for the coarse-grained sorbent in the column tests. The efficiency of the removal of nitrate-nitrogen (NO3−) was higher for the fine-grained sorbent in all analyzed water samples. The use of materials of natural origin in industrial applications is a recommended direction, part of the green transition. The analyzed samples of opoka rock come from deposits, and opoka rock has so far not been analyzed in terms of its possible use in water and sewage treatment technology. Therefore, further research is recommended for this low-cost sorbent, which may be a competitive material for commercial products

Production of microcapsules used in bioremediation and plant growth support

This publication contains a short description of the immobilization process. The advantages and disadvantages of immobilizing biological factors have been mentioned. The carriers used (mainly sodium alginate) have been described. Techniques used to carry out immobilization (using a carrier or not) are presented. Also discussed is a prototype microcapsule production plant that can be used in many industries, including food, cosmetics and pharmaceutical. Produced microcapsules, depending on the factors subjected to immobilization (chemical substances or microorganisms), can be used in bioremediation or in supporting plant growth. Due to the use of microcapsules, the immobilized medium is separated from the reaction medium. In the case of microorganisms, this results in an increase in their lifetime because fluctuations of some process parameters (eg temperature, pH, nutrient composition) do not affect them directly. Immobilized microorganisms, such as PGPR bacteria, can stimulate plant growth through the production of phytohormones, fight against pathogens and induce their systemic immunity. While, the use of microcapsules, with immobilized microorganisms, in bioaugmentation processes will allow them to provide optimal development conditions and extend their lifespan, thus extending their duration. The costs incurred will decrease because the number of repetitions will be reduced. The interest in using microcapsules in biotechnological processes, and not only, is increasing. They become an alternative to traditional techniques.Celem publikacji jest dokonanie charakterystyki przemysłowego procesu immobilizacji substancji aktywnych przeznaczonych do użytku środowiskowego (bioremediacja, rolnictwo). W pracy omówiono wady i zalety unieruchomienia czynników biologicznych. Opisano także stosowane nośniki (głównie jest to alginian sodu) oraz przedstawiono techniki stosowane do przeprowadzenia immobilizacji (z wykorzystaniem nośnika). Omówiono również prototypową instalację do wytwarzania mikrokapsułek, które mogą być stosowane w wielu gałęziach przemysłu, m.in. spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym. Wyprodukowane mikrokapsułki, w zależności od czynników poddanych immobilizacji (substancje chemiczne lub mikroorganizmy), mogą być stosowane w bioremediacji lub we wspomaganiu wzrostu roślin. Dzięki zastosowaniu mikrokapsułek immobilizowany czynnik oddzielony jest od środowiska reakcji. W przypadku mikroorganizmów skutkuje to wydłużeniem ich żywotności, ponieważ wahania niektórych parametrów procesu (np. temperatura, pH, skład pożywki) nie wpływają na nie bezpośrednio. Immobilizowane mikroorganizmy, takie jak bakterie PGPR, mogą stymulować wzrost roślin poprzez produkcję fitohormonów, zwalczanie patogenów oraz indukcję ich odporności systemicznej. Natomiast wykorzystanie mikrokapsułek z unieruchomionymi mikroorganizmami w procesach bioaugmentacji pozwoli na zapewnienie im optymalnych warunków rozwoju oraz wydłużenie ich żywotności, a poprzez to wydłuży czas ich działania. Zainteresowanie wykorzystaniem mikrokapsułek alginianowych w procesach biotechnologicznych zwiększa się; stają się one alternatywą dla tradycyjnych technik immobilizacji

Efektywność energetyczna procesu fitoremediacji wspomaganego użyciem roślin energetycznych – P. arundinacea L. i Brassica napus L.

The objective of the experiment was to evaluate the energy efficiency of the phytoremediation process, supported using energy crops. The scope of conducted work includes the preparation of a field experiment. During the evaluation, 2 factors were into consideration – total energy demand and total energy benefit. The case study, used as an origin of data, consists a 3-years field study, conducted with the use of 2 energy crops – Phalaris arundinacea L. and Brassica napus L. The area subjected to the experiment was polluted with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and herbicides, classified as phenoxy acids (2, 4 D). The experimental design consisted of 4 groups of fields, divided according to the used plant species and type of treatment. For each energy crop, 2 types of fertilization strategies were used. Therefore the 1st and 3rd sets of fields were not treated with any soil amendment while the 2nd and 4th sets were fertilized with compost. The obtained data allowed to observe that the cultivation of P. arundinacea L. and B. napus L. allowed a positive energy balance of the process to be achieved. However, it should be noted, that the B. napus L. growth in the first vegetation season was not sufficient to fully compensate a total energy demand. Such a goal, in the mentioned case, was possible after the 2nd vegetation season. The collected results show also that the best energetic potential combined with the most effective soil remediation were obtained on the fields with the cultivation of P. arundinacea L. fertilized with compost. The number of biofuels, collected from the 1 ha of such fields, can reach a value equal even to12.76 Mg of coal equivalent.Celem eksperymentu było dokonanie oceny efektywności energetycznej procesu fitoremediacji, wspieranego przez uprawy roślin energetycznych. Zakres prowadzonych prac obejmował przygotowanie badań polowych. Podczas oceny wzięto pod uwagę całkowite zużycie energii i całkowitą korzyść energetyczną uzyskaną z termicznej konwersji zebranych biopaliw. Badane studium przypadku składało się z trzyletniego doświadczenia, prowadzonego z użyciem 2 roślin energetycznych – P. arundinacea L. i B. napus L. Obszar objęty pracami zanieczyszczony był wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi (WWA) oraz herbicydami (2,4 D). Eksperyment składał się z 4 grup poletek, podzielonych według stosowanego gatunku roślin i rodzaju wykonanego zabiegu pomocniczego. Dla każdej z wybranych roślin zastosowano dwa rodzaje strategii nawożenia: poletka 1 i 3 nie były nawożone, poletka 2 i 4 natomiast nawożono kompostem. Uzyskane dane pozwoliły zaobserwować, że uprawa P. arundinacea L. i B. napus L. pozwala osiągnąć dodatni bilans energetyczny procesu. Należy jednak zauważyć, że wzrost B. napus L. w pierwszym sezonie wegetacyjnym nie był wystarczający, aby w pełni zrekompensować całkowite zapotrzebowanie energetyczne. Osiągnięcie celu energetycznego we wspomnianym przypadku było możliwe po drugim sezonie wegetacyjnym. W doświadczeniu zaobserwowano również, że najlepszy potencjał energetyczny w połączeniu z najskuteczniejszą rekultywacją gleby uzyskano na polach z uprawą P. arundinacea nawożonego kompostem. Ilość biopaliwa zebranego z 1 ha pozwoliło osiągnąć wartość równą nawet 12,76 Mg ekwiwalentu węgla

Adsorption of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHS) from Aqueous Solutions on Different Sorbents

This paper presents the results of the possibility and effectiveness of PAHs removal from a model aqueous solution, during the sorption on the selected sorbents. Six PAHs (naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, anthracene) listed by EPA for the analysis in the environmental samples were determined. Model aqueous solution was prepared with RESTEK 610 mix PAHs standard. After the sorption process, decrease in the concentration of individual hydrocarbons was observed. The removal percentage was dependent on the type of sorbent (quartz sand, mineral sorbent, activated carbon). The highest efficiency (98.1%) was observed for activated carbon.. The results shows that the sorption processes can be used in aqueous solutions treatment procedures

Management and monitoring of municipal waste in Poland in the context of circular economy (CE) implementation

Gospodarka odpadami komunalnymi jest od wielu lat obszarem szczególnego zainteresowania Komisji Europejskiej (KE). W 2018 r. KE wskazała zagadnienia związane z gospodarką odpadami komunalnymi jako ważny element ram monitorowania procesu transformacji w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ), stanowiącej obecnie priorytet polityki gospodarczej Unii Europejskiej (UE). W przedstawionych ramach monitorowania określono 10 wskaźników GOZ wśród których kwestie związane odpadami komunalnymi pojawiają się bezpośrednio w dwóch obszarach GOZ – w obszarze produkcji oraz w obszarze gospodarki odpadami, oraz pośrednio – w obszarach surowców wtórnych oraz konkurencyjnościi innowacji. W pracy przedstawiono zmiany w zakresie zarządzania gospodarką odpadami komunalnymi w Polsce w kontekście wdrażania założeń GOZ, omówiono wyniki osiągniętych wskaźników GOZ w dwóch wybranych obszarach ram monitorowania GOZ w Polsce (produkcja i gospodarka odpadami), oraz porównano osiągnięte wyniki na tle innych krajów europejskich. W Polsce zadania w zakresie realizacji gospodarki odpadami komunalnymi od 1 lipca 2013 r. należą do obowiązków gminy, która jest odpowiedzialna za zapewnienie warunków funkcjonowania systemu selektywnego zbierania i odbierania odpadów komunalnych od mieszkańców oraz za budowę, utrzymanie i eksploatację regionalnych instalacji do przetwarzania odpadów komunalnych (RIPOK). Gmina jest przy tym zobowiązana do prawidłowego gospodarowania odpadami komunalnymi, w myśl europejskiej hierarchii postępowania z odpadami, której nadrzędnym celem jest zapobieganie ich powstawaniu oraz ograniczanie ilości, następnie recykling i inne formy unieszkodliwiania, spalanie i bezpieczne składowanie. W pracy analizowano zmiany wartości dwóch wybranych wskaźników GOZ, tj. (1) wskaźnika wytwarzania odpadów komunalnych, w obszarze produkcja oraz (2) wskaźnika recyklingu odpadów komunalnych w obszarze gospodarki odpadami. W tym celu wykorzystano dane statystyczne Głównego Urzędu Statystycznego (GUS) oraz Eurostat. Przedstawiono dane od roku 2014, tj. od momentu zainicjowania konieczności przechodzenia na GOZ w UE. W ostatnich latach obserwuje się wzrost ilości wywarzonych odpadów komunalnych w Polsce, jak i w UE. Zgodnie z danymi Eurostat ilość wytworzonych odpadów komunalnych w przeliczeniu na jednego mieszkańca Polski wzrosła z 272 kg w 2014 r. do 315 kg w 2017 r. Warto przy tym podkreślić iż średnia ilość wytworzonych odpadów komunalnych w Polsce w 2017 r. była jedną z najniższych w UE, przy średniej europejskiej 486 kg/osobę. Przy czym Polska osiągnęła niższe poziomy recyklingu odpadów komunalnych (33,9%) niż średnia europejska (46%). Przyczyną gorszych wyników Polski w zakresie recyklingu może być m.in. brak wystarczająco rozwiniętej infrastruktury służącej przetwarzaniu odpadów komunalnych, funkcjonującej w innych państwach takich jak Niemcy czy Dania, oraz zdecydowanie wyższej świadomości społeczeństwa dotyczącej problematyki odpadów komunalnych w krajach rozwiniętych. Gospodarka odpadami komunalnymi w Polsce stoi przed szeregiem wyzwań w aspekcie wdrażania GOZ, przede wszystkim w zakresie osiągnięcia narzuconych przez KE wartości recyklingu, do minimum 55% do 2025 r.Municipal waste management has been an area of special interest of the European Commission (EC) for many years. In 2018, the EC pointed out issues related to municipal waste management as an important element of the monitoring framework for the transition towards a circular economy (CE), which is currently a priority in the economic policy of the European Union (EU). In the presented monitoring framework, 10 CE indicators were identified, among which issues related to municipal waste appear directly in two areas of the CE – in the field of production and in the field of waste management, and indirectly – un two other areas – secondary raw materials, and competitiveness and innovation. The paper presents changes in the management of municipal waste in Poland in the context of the implementation of the CE assumptions, a discussion of the results of CE indicators in two areas of the CE monitoring framework in Poland (production and waste management), and a comparison of the results against other European countries. In Poland, tasks related to the implementation of municipal waste management from July 1, 2013 are the responsibility of the municipality, which is obliged to ensure the conditions for the system of selective collection and collection of municipal waste from residents, as well as the construction, maintenance and operation of regional municipal waste treatment installations (RIPOK). The municipality is also committed to the proper management of municipal waste, in accordance with the European waste management hierarchy, whose overriding objective is to prevent waste formation and limiting its amount, then recycling and other forms of disposal, incineration and safe storage. The study analyzed changes in the value of two selected CE indicators, i.e. (1) the municipal waste generation indicator, in the area of production and (2) the municipal waste recycling indicator, in the area of waste management. For this purpose, statistical data of the Central Statistical Office (GUS) and Eurostat were used. Data has been presented since 2014, i.e. from the moment of initiating the need to move to the CE in the EU. In recent years, there has been an increase in the amount of municipal waste generated in Poland as well as in the EU. According to Eurostat, the amount of municipal waste generated per one inhabitant of Poland increased from 272 kg in 2014 to 315 kg in 2017. It should be noted that the average amount of municipal waste generated in Poland in 2017 was one of the lowest in EU, with a European average of 486 kg/person. Poland has achieved lower levels of municipal waste recycling (33.9%) than the European average (46%). The reason for Poland’s worse results in the recycling of municipal waste may be, among others, the lack of sufficiently developed waste processing infrastructure, operating in other countries such as Germany and Denmark, and definitely higher public awareness of the issue of municipal waste in developed countries. Municipal waste management in Poland faces a number of challenges in the implementation of GOZ, primarily in terms of achieving the recycling values imposed by the EC, up to a minimum of 55% by 2025