1. Hydrometalurgia, dział metalurgii zajmujący się otrzymywaniem metali z rud, koncentratów i innych surowców na drodze ługowania wodnymi roztworami odpowiednio dobranych związków chemicznych. Z wodnych roztworów po ługowaniu wydziela się metale za pomocą wytrącania nierozpuszczalnych związków, elektrolizy, ekstrakcji rozpuszczalnikowej, wymiany jonowej, cementacji, sorpcji na węglach aktywnych lub redukcji wodorem. Metody hydrometalurgii znajdują zastosowanie w metalurgii metali rzadkich, szlachetnych i nieżelaznych.
Biohydrometalurgia - Pozyskiwanie metali poprzez ługownie ich z rud dzięki przeprowadzeniu w formy rozpuszczalne z wykorzystaniem mikroorganizmów (np.: Thiobacillus ferrooxidans).
Bioremediacja - bioodzysk jest określana jako użycie biologicznych układów
w celu redukcji wielkości zanieczyszczenia powietrza, wody i gleby lub transformacji
różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe.
Stosowane są różne układy biologiczne: rośliny (fitoremediacja),
drobnoustroje (biohydrometalurgia). Potencjalne możliwości mikroorganizmów są
olbrzymie i dotychczas nie w pełni poznane.
Bioremediacja - technologia usuwania zanieczyszczeń (głównie substancji ropopochodnych) z gleby i wód podziemnych za pomocą żywych mikroorganizmów w celu katalizowania, destrukcji lub transformacji różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe. W bioremediacji wykorzystywane są naturalne zdolności mikroorganizmów do rozkładu węglowodorów ropy naftowej. Zaleca się stosowanie bioremediacji na terenach wyeksponowanych na działanie wyniszczających czynników. Przykładami zastosowań dla tego procesu są środowiska skażone metalami ciężkimi, obszary wycieków ropy naftowej, obszary hutnicze, obszary prób broni atomowej, okolice fabryk, wysypisk śmieci oraz oczyszczalni ścieków.
BIOMASA - masa materii zawarta w organizmach. Biomasa podawana jest w odniesieniu do powierzchni (w przeliczeniu na metr lub kilometr kwadratowy) lub objętości (np. w środowisku wodnym - metr sześcienny). Wyróżnia się czasem fitomasę (biomasę roślin) oraz zoomasę (biomasę zwierząt), a także biomasę mikroorganizmów.
Poprzez fotosyntezę energia słoneczna jest akumulowana w biomasie, początkowo organizmów roślinnych, później w łańcuchu pokarmowym także zwierzęcych. Energię zawartą w biomasie można wykorzystać dla celów człowieka. Podlega ona przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów jej rozkładu. W wyniku spalania uzyskuje się ciepło, która może być przetworzona na inne rodzaje energii np. energię elektryczną.
Do celów energetycznych wykorzystuje się najczęściej: -drewno o niskiej jakości technologicznej oraz odpadowe, odchody zwierząt, osady ściekowe -słomę, makuchy i inne odpady produkcji rolniczej, wodorosty uprawiane specjalnie w celach energetycznych,odpady organiczne np. wysłodki buraczane, łodygi kukurydzy, trawy, lucerny,oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce. W Polsce na potrzeby produkcji biomasy można uprawiać rośliny szybko rosnące:
wierzba wiciowa (Salix viminalis)
ślazowiec pensylwański lub inaczej malwa pensylwańska (Sida hermaphrodita)
topinambur czyli słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus)
róża wielokwiatowa znana też jako róża bezkolcowa (Rosa multiflora)
rdest sachaliński (Polygonum sachalinense)
Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych, gdyż zawartość szkodliwych pierwiastków (przede wszystkim siarki) w biomasie jest niższa, a powstający się w procesie spalania dwutlenek węgla wytworzony został w nieodległej przeszłości z dwutlenku węgla zawartego w biosferze. Natomiast dwutlenek wprowadzony do środowiska przy spalaniu paliw kopalnych jest dodatkowym dwutlenkiem węgla wnoszonym do atmosfery, zwiększającym globalne ocieplenie. Wadą biomasy stosowanej do spalania jest wydzielanie się szkodliwych substancji podczas spalania białek i tłuszczy.
Bioenergia - rośliny potrafią magazynować energię ze Słońca, którą później można użyć wykorzystując olej z nasion, słomę, odpady z zakładów wykorzystujących drewno i przez wiele innych sposobów. Jednak należy tu zwrócić uwagę na cykl życia roślin, np. drzewa powinno się ścinać zimą, gdy życie w nich przechodzi w stan hibernacji, soki wycofują się do korzeni, kiedy większość ptaków odlatuje i nie zamieszkuje ich, a nie w okresie wiosenno-letnio-jesiennym.
Biotechnologia laserowa -naświetlanie spójnym światłem laserowym materiału biologicznego może nie tylko przyspieszyć wzrost i zwiększyć przyrost biomasy, ale także podwyższyć odporność roślin na niekorzystne warunki środowiska. Przy wykorzystaniu stymulacji laserowej o odpowiednio dobranych parametrach możliwe jest zmniejszenie negatywnego oddziaływania podwyższonego stężenia soli na kiełkowanie i wzrost testowanych roślin.
Zastosowanie fotostymulacji laserowej: •monochromatycznosc spójność,równoległość
Mechanizm biostymulacji:
• Fotoreceptor absorbuje fotony swiatła
• Pochłoniete kwanty energii stymuluja enzym Na+/K+
ATPaze, co wpływa na produkcje ATP
• Nastepuje synteza DNA i RNA
• enzymy frakcji mitochondrialnej
• synteza kwasów nukleinowych
Efekty stymulacji laserowej materiału biologicznego:
•Wzrost poziomu metabolizmu, przyspieszenie podziału komórek, przyrost biomasy,
• Wzrost lub spadek kumulacji pierwiastków, (w zaleznosci od algorytmu naswietlania),
• Wzrost odpornosci na hipotermie,
• Wzrost siły kiełkowania nasion, Nowe metody monitoringu środowiska Chemiczne i fizyczne metody monitoringu wód powierzchniowych nie umożliwiają oceny rzeczywistego stanu ekosystemu, czyli wpływu ekotoksyn na organizmy żywe. Pomijają kumulację toksyn w łańcuchach pokarmowych, skutki synergistycznych oddziaływań trucizn oraz ich metabolizm w organizmach żywych. W testach biologicznych wykorzystujemy organizmy wskaźnikowe (bioindykatory), które odznaczają się małą tolerancją na wpływ czynników stresowych, są reprezentatywne dla danego ekosystemu, występują powszechnie w danym środowisku, są łatwe do rozpoznania i oznaczenia oraz charakteryzują się dobrze poznaną ekologią. Rozwój biotechnologii środowiskowej umożliwia modyfikację metod biomonitoringu w celu podniesienia ich czułości i efektywności oraz stworzenie systemów wczesnej oceny zagrożenia środowiska wodnego toksynami. Coraz większą rolę w metodach bioindykacji zaczynają odgrywać metody embriologiczne, umożliwiające ocenę zmian (biochemicznych, morfologicznych, fizjologicznych itp.) zachodzących w organizmach będących we wczesnych stadiach rozwoju osobniczego. Ekotoksykologiczna ocena z zastosowaniem kryteriów embriologicznych stwarza przesłanki do opracowania skuteczniejszych metod monitoringu środowiska w celu lepszej ochrony zdrowia człowieka, z punktu widzenia profilaktyki ekotoksykologicznej, np. wad wrodzonych spowodowanych skażeniami środowiska przyrodniczego i łańcucha pokarmowego.
Wodór źródłem nowej energii.
Rozwój technologii wodorowej stwarza rozległe perspektywy rozwiązań globalnych, a takze
mozliwości optymalizacji i konsolidacji pracy luźno dziś powiązanych ze sobą obszarów
aktywności energetycznej .
Globalny wymiar gospodarki wodorowej będzie wiązał się z wykorzystaniem, jak mozna
przypuszczać, istniejącej sieci gazociągów gazu ziemnego do przesyłu wodoru na duze
odległości, budowy wydzielonych sieci wodorowych, a takŜe transportowania wodoru
zmagazynowanego przy wykorzystaniu nowoczesnych technologii, np. nanostruktur
kompozytowych. W ten sposób, wodór będzie mona uzytkować nie tylko lokalnie, w rejonie jego produkcji, jak to miało miejsce na przykład w przypadku gazu miejskiego, ale równie w odległych od źródła rejonach. Konsolidacyjna rola wodoru w zastosowaniach energetycznych opiera się na przekonaniu, że wodór mozna będzie efektywnie wytwarzać z energii wiatru, słońca, węgla, biopaliw, gazu ziemnego, rozszczepienia jądra atomowego i innych. Poprzez wykorzystanie elektrolizy, zgazowania, fotowoltaiki, termodysocjacji itd., wodór mógłby być integratorem podsystemów energetycznych. Dotyczyć to powinno zwłaszcza integracji energetycznego wykorzystania węgla i odnawialnych źródeł energii.
Wykorzystanie wodoru stwarza równie mozliwość szeroko pojętej ,w rozumieniu terytorialnym optymalizacji kierunków rozwoju energetyki. Optymalizacja ta byłaby moŜliwa dzięki współdziałaniu systemów transportu wodoru ze źródłami wodoru opartymi na lokalnych zasobach paliw i energii. I tak stałaby się moŜliwa współpraca północnej części Europy obfitej w biomasę i energię wiatru, z centralną częścią naszego kontynentu zasobną w węgiel kamienny i brunatny, a takŜe z regionem Morza Śródziemnego (włączając Afrykę Północną), gdzie bogactwo słońca i gazu ziemnego stanowią największy potencjał energetyczny. Wykorzystanie wodoru stwarza więc ogromne moŜliwości dla wyzwolenia synergii poprzez sprzęgnięcie pracy róŜnych podsystemów energetycznych, a takŜe ich odpowiedniego rozwoju w róŜnych regionach Europy i świata .
Technologie wodorowe są atrakcyjne ze względu na moŜliwość osiągania wysokich sprawności.
Uzyskiwanie w hybrydowych instalacjach przemysłowych, złożonych z ogniw paliwowych
i turbiny gazowej, sprawności do 80% jest w pełni realistyczne . Technologie wodorowe
oznaczają także szanse na rozwój produkcji energii elektrycznej w układach rozproszonych,
efektywne, rezerwowe zasilanie ważnych obiektów, zasilanie wspomagające obiektów w okresie szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną oraz odciążenie bądź całkowite uniezależnienie obiektów od pracy sieci elektroenergetycznej. Wśród walorów związanych z użytkowaniem wodoru należy wymienić jeszcze ten, że wszystkie wyżej wymienione efekty są przyjazne dla środowiska naturalnego .
Oczyszczalnie Bando
Oczyszczalnia składa się ze złoŜa biologicznego, które ze względu na zastosowanie
silnie porowatej struktury siatkowej, charakteryzuje się duŜą powierzchnią kontaktu ścieków
z błoną biologiczną. Zastosowanie siatek o duŜych oczkach umoŜliwia dobre napowietrzenie
osadu i korzystnie wpływa na aktywność bakterii aerobowych, a recyrkulacja ścieków w
reaktorze zapewnia ich długi kontakt z aktywną biologicznie powierzchnią. Dodatkowo w
przestrzeniach niewypełnionych siatką tworzą się kłaczki osadu czynnego.
Drugi element strukturalny systemu oczyszczania ścieków stanowi filtr gruntowy,
konstrukcyjnie zbliŜony do aktualnie popularnych oczyszczalni ścieków opartych na drenaŜu
rozsączającym. Oczyszczalnie te charakteryzują się niskim kosztem eksploatacji, łatwą
obsługą i stosunkowo małą produkcją osadu.
Oczyszczalnia zainstalowana w Krakowskich Bielanach składa się z dwóch szeregowo
połączonych róŜniących się objętością reaktorów biologicznych (objętość całkowita obu
reaktorów wynosi 5,26 m3). Po opuszczeniu reaktorów ścieki pompowane są do drenaŜu
rozsączającego, a następnie odprowadzane za pomocą układu drenów zbierających do
studzienki końcowej.
Prace badawcze dotyczące oceny przydatności zastosowania oczyszczalni w warunkach
klimatycznych charakterystycznych rejonu Krakowa obejmowały:
- ustalenie charakterystyki ścieków surowych i warunków ich odprowadzania do testowanej
oczyszczalni,
- przeprowadzenie montaŜu i rozruchu oczyszczalni,
- określenie warunków pracy oraz efektywności oczyszczania [Kurbiel, Styka 1990].
Wśród parametrów określających jakość oczyszczonych ścieków brano pod uwagę
oznaczenia pH, ChZT, BZT5, utlenialność, azot organiczny, amoniak, azotany, fosfor ogólny,
fosforany, zawiesinę ogólną, chlorki oraz OWO.
W wyniku przeprowadzonych analiz stwierdzono obniŜenie w reaktorach biologicznych
stopnia wartości BZT5 , ChZT .
ObniŜenie zawartości związków azotu było niskie w przypadku reaktorów
Biologicznych, azotu organicznego oraz azotu amonowego. Po drenaŜu rozsączającym związki azotu uległy redukcji. Usunięcie fosforu w reaktorach biologicznych również było niewielkie, a następnie spadło.
Osad czynny w Bando znacznie róŜni się od typowego osadu występującego
w oczyszczalniach biologicznych, zachowuje on zdolność biooksydacji, ale jego zdolności
sedymentacyjne nie są wykorzystywane. Występuje tu słabe wymieszanie osadu w pionie, co
powoduje duŜe zróŜnicowanie mikrofauny w przekroju pionowym, w oczyszczalni japońskiej występuje tez duŜa zmienność i róŜnorodność skupisk zooglearnych w poziomie, natomiast skład gatunkowy mikroorganizmów jest znacznie uboŜszy niŜ w typowej oczyszczalni biologicznej.
Efektywność pracy oczyszczalni Bando zainstalowanej w Jaworkach koło Szczawnicy
była wysoka w przypadku usuwania BZT5 (90%), ChZT (87%) i OWO (73%). Stopień
usuwania biogenów był bardzo niski i kształtował się na poziomie 3,2% w usuwaniu fosforu
ogólnego, 8,4% w usuwaniu fosforanów i azotu amonowego na poziomie 32%. NajwyŜszą
sprawność oczyszczalni stwierdzono dla niskich przepływów ścieków, nieprzekraczających 8
m3/dobę. Badania wykazały istotną rolę poletka filtracyjnego w redukcji objętości
przepływających ścieków, szczególnie w sezonie turystycznym, kiedy ilość przepływających
ścieków ulega duŜym czasowym wahaniom.
Obserwacje przeprowadzone w Jaworkach wykazały duŜą przydatność oczyszczalni
Bando do oczyszczania ścieków w takich obiektach jak domy wczasowe, szkoły
gospodarstwa indywidualne. Technologia ta moŜe być stosowana w terenach górskich
charakteryzujących się trudnymi warunkami klimatycznymi i duŜym spadkiem terenu.
Skuteczność usuwania związków biogennych w oczyszczalniach Bando testowanych w
Polsce (Kraków, Jaworki, Dobrzany k. Szczecina) była znacznie niŜsza niŜ w oczyszczalniach zainstalowanych w Japonii, związane moŜe być to z konstrukcją filtra gruntowego oraz stosowanego materiału.
Biodegradacja substancji ropopochodnych
W wyniku tego procesu powstają: CO2, H2O, biomasa oraz metabolity czyli obojętne dla środowiska produkty uboczne. Szybkość biodegradacji węglowodorów zależy od:
• budowy chemicznej degradowanej substancji,
• właściwości fizykochemicznych (lepkości, gęstości, rozpuszczalności w wodzie, temperatury wrzenia, współczynnika podziału, sorpcji i desorpcji w glebie.)
• stężenia i ich toksyczności w stosunku do mikroorganizmów,
• zawartości tlenu,
• wilgotności,
• odczynu pH,
• temperatury,
• naświetlenia (fotooksydacja),
• obecności emulgatorów,
• składu jakościowego i ilościowego mikroorganizmów glebowych,
• zawartość związków biogennych w tym azotu i fosforu,
• obecność innych źródeł węgla i energii dla drobnoustrojów niż węglowodory
Ropa naftowa i jej pochodne: skład chemiczny, właściwości fizyczne, rozprzestrzenianie się w środowisku naturalnym.
Podstawowymi pierwiastkami występującymi w ropie naftowej są: węgiel, wodór, siarka, azot oraz tlen.
W zależności od składu grupowego ropy wyróżnia się 4 typy: parafinowo-naftenowe, naftenowo-parafinowe, naftenowo-aromatyczne, parafino-nafteno-aromatyczne. Skład grupowy frakcji ropy naftowej parafin i naftenów w benzynach waha się w przedziale 10-80%,a zawartość węglowodorów aromatycznych wynosi 20%.
W mieszaninie węglowodorów związki rozkładane są z różną prędkością:
• Węglowodory alifatyczne są łatwiej degradowane niż aromatyczne.
• Mniej toksyczne i łatwiej metabolizowane są długo-łańcuchowe alkany niż krótko-łańcuchowe, które charakteryzują się stosunkowo dużą toksycznością.
• Bardziej oporne na rozkład są związki o rozgałęzionej budowie w porównaniu do węglowodorów o łańcuchach prostych.
• Związki nasycone są łatwiej utylizowane niż nienasycone.
• Wraz ze wzrostem ilości pierścieni aromatycznych oporność na biodegradację wzrasta.
Najłatwiej biodegradacji ulegają węglowodory o podstawnikach karboksylowych, dalej w kolejności: monohydroksylowych, metylowych oraz aminowych, natomiast najtrudniej degradowane są chlorowcopochodne węglowodorów.
Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w glebie jest związane z takimi procesami jak:
a) Procesy fizyczne
• migracja, czyli przemieszczanie się zanieczyszczeń;
• filtracja, czyli przesączanie cieczy polegające na oddzieleniu dwóch faz mieszaniny;
• dyfuzja molekularna, czyli samorzutna, zachodząca wbrew sile ciężkości wędrówka cząsteczek układu prowadząca do ustalenia się stanu równowagi rozkładu koncentracji;
• przenoszenie konwekcyjne, czyli przenoszenie masy i ciepła wywołane migracją płynów i gazów;
• dyfuzja konwekcyjna, czyli dyfuzja w płynach wywołana równoczesnym występowaniem makroskopowego ruchu płynu (konwekcji) oraz dyfuzji;
• mikrodyspersja, czyli rozproszenie spowodowane procesami dyfuzji i dyspersji;
• parowanie, czyli przejście substancji ze stanu ciekłego w stan lotny;
b) Procesy geochemiczne
• rozpuszczanie, czyli tworzenie się substancji będącej mieszaniną jednorodną pod względem fizycznym i chemicznym z innymi substancjami;
• strącanie, czyli tworzenie się w roztworze produktów nierozpuszczalnych, wydzielających się z roztworu jako osad;
• sorpcja, czyli pobieranie substancji z cieczy lub gazu przez fazę skondensowaną w wyniku wiązania cząsteczek płynu przez cząsteczki ciała stałego;
c) Procesy biochemiczne
• rozkład organiczny, czyli rozpad danej cząsteczki na fragmenty.
W procesie migracji ropopochodnych z powierzchni gruntu do warstwy wodonośnej można wyróżnić etapy:
a) przemieszczanie się fazy olejowej przez strefę nienasyconą,
b) wytworzenie się mieszaniny wodno-olejowej w strefie kontaktu,
c) dyspersję oleju rozpuszczonego w wodzie gruntowej,
d) ewolucję koncentracji węglowodorów w czasie.
W glebie występuje strefa nienasycona wodą, w której zjawisko migracji węglowodorów ma charakter wielofazowego przepływu. W obecności powietrza gruntowego i pod wpływem siły ciężkości, zachodzi jednoczesne przemieszczanie się mniej lotnych frakcji węglowodorów oraz wody porowej. W trakcie tej migracji odparowują lotne frakcje benzynowe. Substancje ropopochodne docierają do strefy kapilarnej wody gruntowej i tworzą warstwę impregnacyjną wtedy, gdy ich stężenie przekroczy możliwości retencyjne gruntu. Następnie węglowodory mobilne w postaci smugi rozprzestrzeniają się poziomo w przestrzeni porowej strefy kapilarnej. Powierzchnia rozprzestrzenienia się oleju w gruncie jest ograniczona przez jego masę i siły kapilarne. Wraz ze zmianami zwierciadła wody gruntowej substancje naftowe mogą przesuwać w górę lub w dół. W strefie tej może występować warstwa stagnacyjna, która znajduje się poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej.
Strefa wahań zwierciadła wody gruntowej posiada warunki do tworzenia się mieszaniny i wymiany między ropopochodnym i wodą. Produkty naftowe słabo rozpuszczają się w wodzie a mimo to wymiana między nimi występuje. Znaczący wpływ na ten proces ma obecność innych zanieczyszczeń o własnościach rozpuszczalnikowych. W wyniku tej wymiany, do wody przedostają się substancje olejowe w postaci rozpuszczonej. Następnie substancje ropopochodne rozprzestrzeniają się w warstwie wodonośnej, zgodnie z teorią dyspersji hydrodynamicznej. Przeprowadzone dotychczas badania dowodzą, że rozpuszczone w wodzie gruntowej węglowodory w małym stopniu podlegają adsorpcji.
Budowa oraz konstrukcja hydrobotanicznych oczyszczalni ścieków:Są to obiekty w których wykorzystuje się rośliny wodne lub bagienne, czyli tzw. hydrofity. Najczęściej wykorzystywane rośliny to: trzcina pospolita, turzyce, pałka wodna, oraz wierzba krzewiasta. Metoda oczyszcz. Ścieków polega na wykorzystaniu procesów sorpcji (pochłaniania), chemicznych reakcji utleniająco-redukujących, oraz biologicznej aktywności wymienionych rodzajów roślin. Rodzaje oczyszcz. hydrobotanicznych: -stawy przepływowe o swobodnej powierzchni, porośnięte roślinnością zakorzenioną lub pokryte roślinnością pływającą, -złoża z przepływem podpowierzchniowym, poziomym, lub pionowym porośnięte zakorzenioną roślinnością wodną lub bagienną .Zalety oczyszczalni hydrofitowych: • Wysoki stopień redukcji BZT i zawiesiny(90-95%)
• Wyskoki stopien usuwania biogenów (azot, fosfordo 98 %)
• Trwałosc urzadzen
• Niewrażliwosc na wahania przepływu scieków
• Tania i łatwa eksploatacja
• Brak uciazliwosci dla otoczenia i naturalny wyglad
Ograniczenia :
• warunki klimatyczne (wrazliwosc na hipotermie),
• wolne tempo akumulacji(modyfikacje genetyczne, nawoenie),
• ograniczona strefa penetracji(zasiegu korzeni)
• wolne tempo wzrostu.
Biomarkery;
Są wyznacznikami zróznicowań występujących w obrębie składników komórkowych lub
fizjologicznych płynów ustrojowych. Najczęściej są to określone związki biochemiczne,
których tempo biosyntezy zalezy od wystąpienia odpowiedniego czynnika (np. protoporfiryna erytrocytarna będąca biomarkerem dla występowania ołowiu w zaadsorbowanego do ustroju). Ogólnie mozna powiedzieć, ze oznaczanie biomarkerów przeprowadza się w wydzielinach ludzkich (mocz, ślina, kał), płynach ustrojowych (krew, limfa), w komórkach (wcytoplazmie), w tkankach na drodze róznych metod pomiarowych. Są one często odpowiedzią na określony czynnik toksyczny.
Za pomocą biomarkerów mozemy wyznaczyć;
-Ilość zaadsorbowanej substancji chemicznej - biomarkery ekspozycji (dawki).
-Rodzaj odpowiedzi organizmu na dany efekt toksyczny - biomarkery efektu
(odpowiedzi) - moze to być skutek zdrowotny.
-Podatność (wrazliwości) organizmu na określony czynnik chemiczny -biomarkery podatności(wrażliwości)