Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, ochrona środowiska i

Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, ochrona środowiska i biotechnologia kosmetologiczna II0
DWICZENIE 11 MIKROSKOPIA OSADU CZYNNEGO
1.
Biologiczne metody oczyszczania ścieków
Biologiczne oczyszczanie ścieków opiera się na naturalnych procesach samooczyszczania, które zachodzą w każdym zbiorniku
wodnym oraz w glebie, głównie dzięki aktywności drobnoustrojów. Jednak zdolności samooczyszczania są często
niewystarczające do unieszkodliwienia tak dużych ilości ścieków, jakie powstają w wyniku działalności człowieka. Dlatego w
biologicznym oczyszczaniu dużych ładunków zanieczyszczeo intensywnośd procesów samooczyszczania musi byd zwielokrotniona
metodami inżynieryjnymi. Metody oczyszczania wykorzystujące specjalne urządzenia intensyfikujące te naturalne procesy
określa się jako sztuczne, natomiast metody oparte wyłącznie na procesach samooczyszczania nazywane są metodami
naturalnymi. Częśd naturalnych sposobów oczyszczania ścieków ma charakter pośredni ze względu na pewien stopieo ingerencji
człowieka w proces.
Do naturalnych metod oczyszczania należą min.:
Nawadnianie szerokoprzestrzenne. Ścieki wylane na pola wsiąkają w grunt i zawarte w nich zanieczyszczenia są adsorbowane na
cząstkach gleby, a następnie rozkładane przez mikroorganizmy glebowe. W ten sposób można oczyszczad tylko ograniczoną ilośd
ścieków, aby nie dopuścid do przeciążenia pola. Wówczas bowiem dochodzi do uruchomienia procesów beztlenowych, którym
towarzyszy powstawanie substancji toksycznych i uwalnianie się odorów, a wegetacja roślin jest zahamowana. Ze względów
sanitarnych, ścieki przed wylaniem na pola muszą byd pozbawione czynników chorobotwórczych.
Filtry gruntowe to pola wykorzystywane wyłącznie do oczyszczania ścieków. Zakłada się je na glebach piaszczystych o dużej
miąższości i niskim poziomie wód gruntowych. Pola filtracyjne mają postad szeregu zdrenowanych poletek otoczonych groblami.
Zasada ich działania jest podobna jak przy nawadnianiu szerokoprzestrzennym, jednak brak rolniczego użytkowania umożliwia
stosowanie większych obciążeo ładunkiem zanieczyszczeo.
Stawy ściekowe przypominają stawy hodowlane, lecz są mniejsze i płytsze. Stosowane są one do oczyszczania ścieków łatwo
rozkładalnych (np. z przemysłu rolno-spożywczego) lub w koocowym etapie oczyszczania, po uprzednim stosowaniu innych
metod. Przed wpuszczeniem do stawów, ścieki powinny byd wstępnie pozbawione zawiesin (osadnik, piaskownik). Stawy
ściekowe tworzą zwykle szereg złożony ze stawu : „bakteryjnego”, „glonowego” i „skorupiakowego”. W pierwszym zachodzi
utlenianie zanieczyszczeo organicznych przez bakterie, co prowadzi do mineralizacji tych zanieczyszczeo, czyli ich przemiany w
związki nieorganiczne (min. NO3 , PO4 ), zwane też solami biogennymi lub użyźniającymi. Tak oczyszczone ścieki wpuszcza się do
stawu „glonowego”. Tu rozwijają się glony na bazie soli mineralnych wytworzonych w poprzednim stawie. Oczyszczona w ten
sposób z biogenów woda dostaje się do trzeciego stawu - „skorupiakowego”, w którym rozwijają się dafnie , oczliki i inne
skorupiaki zajadające glony.
Oczyszczalnie hydrobotaniczne (zwane też korzeniowymi lub trzcinowymi) stają się coraz bardziej popularną metodą
oczyszczania ścieków, ze względu na prostotę i niskie koszty. Opierają się one na wykorzystaniu procesów samooczyszczania
zachodzących w ekosystemach podmokłych, należą więc do oczyszczalni typu wetland systems, czyli systemów bagiennych.
Oczyszczanie jest w tym przypadku wynikiem współdziałania mikroorganizmów glebowych i roślinności bagiennej.
Mikroorganizmy rozkładają związki organiczne ścieków do związków nieorganicznych, natomiast rośliny przyswajają powstałe
związki mineralne tworząc biomasę roślinną. Na oczyszczanie hydrobotaniczne składają się więc trzy zasadnicze procesy:
adsorpcja zanieczyszczeo na cząstkach gleby, biodegradacja przeprowadzana przez mikroorganizmy i aktywnośd biologiczna
roślin.
Naturalne metody oczyszczania , chod są zwykle tanie i proste, wymagają jednak dużych powierzchni i neutralizują stosunkowo
niewielkie ładunki zanieczyszczeo.
Sztuczne metody biologicznego oczyszczania ścieków, podobnie jak naturalne, wykorzystują procesy samooczyszczania
zachodzące w naturze, jednak ze zwielokrotnioną intensywnością. Np. procesy przebiegające w złożach biologicznych
przypominają samooczyszczanie w glebie (udoskonalone „filtry gruntowe”), a metoda osadu czynnego opiera się na podobnych
zjawiskach zachodzących w środowisku wodnym (ulepszone „stawy ściekowe”).
Złoża biologiczne mają postad cylindrycznych konstrukcji wypełnionych tłuczonym kamieniem (granit), żużlem lub koksem..
Wysokośd złoża dochodzi do kilku metrów, a średnica mieści się w granicach 6 - 20.
Schemat takiej konstrukcji przedstawia rysunek:
1 - dopływ ścieków na złoże, 2 - zraszacz
obrotowy, 3 - otwór kontrolny do czyszczenia
ramion zraszacza, 4 - materiał wypełniający
złoże, 5 - warstwa podtrzymująca, 6 - drenaż i
wentylacja,
7
odpływ
ścieków
oczyszczonych
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba; dr Teresa Farbiszewska
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, ochrona środowiska i biotechnologia kosmetologiczna II0
DWICZENIE 11 MIKROSKOPIA OSADU CZYNNEGO
Za pomocą specjalnych zraszaczy ścieki rozpryskiwane są od góry i spływają przez wypełnienie. Po paru tygodniach na
powierzchni materiału wypełniającego wytwarza się błona biologiczna. Jest ona początkowo utworzona z bakterii zooglealnych
produkujących śluzowate otoczki. Z czasem skład gatunkowy błony zmienia się w wyniku procesu sukcesji. Obok różnych typów
bakterii pojawiają się grzyby, pierwotniaki, wrotki, pierścienice i larwy much. Ostatecznie, po miesiącu, błona dojrzewa, tzn. jej
skład dopasowuje się do rodzaju ścieków spływających po złożu i jest ona zdolna do efektywnego rozkładu zawartych w nich
zanieczyszczeo. Ukształtowana biocenoza ma tu w zasadzie charakter heterotroficzny. Jedynie przy powierzchni złoża i u dołu
występują organizmy autotroficzne. W warunkach dostępu światła pojawiają się glony, nie pełniące istotnej roli w oczyszczaniu.
Większe znaczenie mają natomiast autotroficzne bakterie nitryfikacyjne rozwijające się w dolnych partiach złoża, na koocowym
etapie oczyszczania. Materia organiczna ścieków jest absorbowana przez błonę, a następnie rozkładana w komórkach
drobnoustrojów. Rozkład zachodzi głównie w warunkach tlenowych, ponieważ złoże jest samoczynnie przewietrzane w wyniku
naturalnej cyrkulacji powietrza wywoływanej różnicą temperatur między powietrzem i ściekami. Związki organiczne zawarte w
ściekach są nie tylko rozkładane w procesach oddychania komórkowego, ale służą też drobnoustrojom jako budulec. Dlatego
procesowi oczyszczania towarzyszy przyrost masy błony biologicznej. Nadmiernie rozrastająca się biomasa może zatkad złoże, co
powoduje czasem koniecznośd jego wymiany. Zwykle jednak do tego nie dochodzi, ponieważ błona jest sukcesywnie zjadana
przez liczne drobne zwierzęta zasiedlające złoże, takie, jak larwy owadów, czy pierścienice. Poza tym, co jakiś czas odrywa się
ona i spływa wraz z oczyszczanymi ściekami.
Cechą charakterystyczną złóż biologicznych jest pionowe zróżnicowanie biocenozy.
W zależności od obciążenia, złoża można podzielid na: zraszane (nisko obciążone) i spłukiwane (wysoko obciążone). W złożach
zraszanych błona jest lepiej rozwinięta i proces biologicznego rozkładu jest prawie zupełny. W koocowych etapach oczyszczania
zachodzą w nich intensywne procesy nitryfikacji powodujące dużą zawartośd azotanów w odpływie. Dlatego złoża zraszane
nazywane są też nitryfikacyjnymi. W złożach spłukiwanych natomiast większa jest intensywnośd przepływu ścieków, natomiast
słabiej rozwinięta jest błona, która składa się prawie wyłącznie z bakterii. Chociaż redukcja zanieczyszczeo w takich złożach jest
mniejsza, to jednak są one dużo wydajniejsze od złóż zraszanych.
2. Charakterystyka biologiczna osadu czynnego
Osad czynny jest metodą oczyszczania, w której elementem oczyszczającym są bakterie zlepione w kłaczki zawieszone w
środowisku płynnym (ścieki). Kłaczki osadu powstają podobnie jak błona biologiczna, w wyniku łączenia się bakterii zooglealnych
wytwarzających lepki śluz. Proces tworzenia się kłaczków, zwany flokulacją, zachodzi spontanicznie w trakcie napowietrzania
komory wypełnionej ściekami.
W oczyszczalniach pracujących metodą osadu czynnego ścieki, po oczyszczaniu mechanicznym w osadniku wstępnym, są
kierowane do komory osadu czynnego, zwanej też komorą napowietrzania, gdzie odbywa się właściwe oczyszczanie biologiczne.
Kłaczki osadu wchodzą tu w kontakt ze ściekami w warunkach sztucznego napowietrzania i intensywnego mieszania. Bakterie
obecne w kłaczkach pochłaniają substancję organiczną ze ścieków i częśd jej zużywają jako paliwo (źródło energii), częśd
natomiast przyswajają jako materię budulcową, co prowadzi do zwiększenia biomasy. Efektem tych procesów jest mineralizacja
ścieków i wzrost masy osadu czynnego *rys. 2+.
Po kilku godzinach przetrzymywania
ścieków w komorze, są one
przepuszczane do osadnika wtórnego,
w którym zachodzi oddzielenie
kłaczków od oczyszczonych ścieków.
Kłaczki osadzają się na dnie osadnika i
są recyrkulowane albo z powrotem do
komory napowietrzania, by utrzymad
stężenie biomasy (osad powrotny),
albo do osadnika wstępnego i wraz z
osadem wstępnym usuwane z obiegu
oraz
unieszkodliwiane
(osad
nadmierny).
Jako, że elementem oczyszczającym w tej metodzie są kłaczki zlepionych bakterii, dlatego ważne jest, aby proces flokulacji
przebiegał prawidłowo i aby powstałe kłaczki miały odpowiednią wielkośd, kształt i strukturę. Flokulacja zależy od stopnia
obciążenia osadu ładunkiem zanieczyszczeo. Przy bardzo wysokim i bardzo niskim obciążeniu obserwuje się bowiem zjawisko
deflokulacji, czyli rozpraszania się bakterii skupionych w kłaczki. Gdy osad jest nadmiernie obciążony, kłaczki są nie dotlenione,
natomiast w przypadku niedociążenia bakterie giną z braku pokarmu.
Wielkośd kłaczków jest istotną cechą wpływającą na efektywnośd oczyszczania. Zależą od niej dwa ważne procesy: biosorpcja
(pochłanianie zanieczyszczeo ) i sedymentacja (opadanie kłaczków). Biosorpcja jest etapem poprzedzającym biodegradację i
zależy od wielkości powierzchni kłaczków. Powierzchnia ta jest tym większa, im kłaczki są mniejsze. Jednak zbyt małe kłaczki,
chod mają dużą powierzchnię sorpcyjną, źle opadają w osadniku wtórnym. Może to prowadzid do wtórnego zanieczyszczenia
odbiornika, do którego odprowadza się oczyszczone, ale nie oddzielone od kłaczków ścieki. Natomiast kłaczki zbyt duże, chod
świetnie sedymentują, to jednocześnie słabo oczyszczają ścieki. Wynika to z faktu, że bakterie umieszczone w centralnej części
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba; dr Teresa Farbiszewska
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, ochrona środowiska i biotechnologia kosmetologiczna II0
DWICZENIE 11 MIKROSKOPIA OSADU CZYNNEGO
dużego kłaczka mają utrudniony dostęp do tlenu i zanieczyszczeo będących substratem pokarmowym. Kłaczki muszą więc
wykazywad właściwy stan rozdrobnienia zapewniający odpowiednie warunki tlenowe i pokarmowe.
Kształt kłaczków jest cechą, która może wykazywad na pewne niekorzystne zjawiska w osadzie. Np. kształt gwiaździsty, pierzasty
czy siatkowaty wiążą się zwykle z obecnością mikroorganizmów nitkowatych (głównie bakterii i grzybów), których obecnośd w
osadzie jest niepożądana, gdyż powodują jego puchnięcie.
Struktura kłaczka może byd spoista bądź luźna. W warunkach niedotlenienia lub braku pokarmu kłaczki przybierają formę
zbitych, obłonionych tworów koloru szarego. Obecnośd takich kłaczków w osadzie powoduje spadek jego aktywności. Wiele
różnych czynników powoduje rozluźnienie kłaczków. Należą do nich: rozwój form nitkowatych, nadmiar lub niedostatek tlenu,
przeciążenie osadu lub warunki głodowe.
Niekorzystnym zjawiskiem obniżającym zdolności sedymentacyjne kłaczków jest puchnięcie osadu czynnego. Z puchnięciem
mamy do czynienia, gdy zwiększa się objętośd osadu przy zachowaniu tej samej masy. Liczbowo wyraża to indeks osadu, który
przedstawia objętośd (w ml) jednego grama jego suchej masy. Indeks wyraża więc gęstośd osadu, lub stopieo uwodnienia. Jeden
gram suchej masy dobrze pracującego osadu czynnego ma zwykle objętośd 67 ml (indeks = 67ml/g). Indeks osadu spuchniętego
mieści się w granicach od 100 - 400 ml/g. Spuchnięty osad jest co prawda bardzo aktywny (duża powierzchnia biosorpcyjna),
jednak z powodu obniżonej opadalności nie może byd on oddzielony od oczyszczonych ścieków w osadniku wtórnym . Wiele jest
przyczyn puchnięcia osadu. Bezpośrednią przyczyną tego zjawiska mogą byd organizmy nitkowate, bakterie zooglealne,
rozproszenie kłaczków lub wzrost lekkości osadu spowodowany wydzielaniem się pęcherzyków gazu. Organizmy nitkowate
(głównie bakterie i grzyby) wywołują tzw. puchnięcie włókniste. Zwykle dochodzi do niego, gdy skład ścieków jest niewłaściwy
(zbyt duże ilości węglowodanów w stosunku do azotu i fosforu), w sytuacji przeciążenia osadu, nagłych zmian obciążenia ,
niedotlenienia, zakwaszenia, zatrucia, obniżenia temperatury lub niedostatecznie długiego przetrzymywania osadu w komorze
napowietrzania. Do najczęściej spotykanych mikroorganizmów nitkowatych należą bakterie: Sphaerotilus, Beggiatoa i
promieniowce. Mniej poznanym zjawiskiem jest puchnięcie niewłókniste. Wywołane jest ono nadmierną produkcją
pozakomórkowych substancji śluzowych przez pewne bakterie zooglealne. Śluzy te wiążą bardzo dużo wody, co sprawia, że osad
jest czterokrotnie silniej uwodniony niż w przypadku spuchnięcia włóknistego. Zwiększenie indeksu osadu może też spowodowad
rozproszenie kłaczków w wyniku zbyt silnej turbulencji w komorze lub też wynoszenie osadu w osadniku wtórnym. Z tym drugim
przypadkiem mamy do czynienia, gdy osad jest zbyt długo przetrzymywany w osadniku i dochodzi do rozwoju beztlenowych
bakterii denitryfikacyjnych wydzielających pęcherzyki azotu cząsteczkowego.
Bakterie heterotroficzne stanowią główną częśd organizmów występujących w osadzie czynnym. Najczęściej spotykanymi
gatunkami są Zooglea ramigera, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida oraz bakterie z rodzaju Achromobacter,
Bacillus, Flavobacterium. Ścieki zawierające duże ilości białek lub produktów ich hydrolizy, zapewniają w osadzie czynnym
dominację bakteriom z rodzaju Alcaligenes, Flavobacterium i Bacillus, natomiast ścieki obfitujące w węglowodany lub
węglowodory umożliwiają szybki rozwój Pseudomonas. W osadzie czynnym mogą również występowad bakterie
chemosyntetyzujące z rodzaju Nitrosomonas i Nitrobacter (bakterie nitryfikacyjne), oraz bakterie siarkowe z rodzaju Thiothrix i
Beggiatoa. Grzyby są stosunkowo rzadko spotykane w osadzie czynnym. Rozwijają się w osadzie w warunkach niedostatecznego
natlenienia, niskiego pH i nadmiaru węglowodorów. Przypisuje się im - podobnie jak bakteriom nitkowatym - wywoływanie
zjawiska pęcznienia osadu.
Do pierwotniaków najczęściej występujących w osadzie czynnym należą Vorticella, Carchesium i Opercularia, które w
sprzyjających warunkach rozwijają się bardzo intensywnie. Ich ilośd dochodzi do około 11 000 komórek/ml zawartości komory
napowietrzania. Bardzo często występują również Cochliopodium (ameba), Anthophysa vegetans (wiciowiec) oraz orzęski
Trachelophyllum pulsillum, Litonotus, Trochilia minor, Oxytricha pellionella, Stylonychia mytilus.
Organizmy obecne w osadzie czynnym tworzą zespół, który powstał w wyniku procesu sukcesji. Początkowo w ściekach obecne
są głównie bakterie, wiciowce (Zooflagellata) i ameby (Sarcodina), a więc organizmy odżywiające się materią organiczną zawartą
w ściekach. Z czasem pojawiają się orzęski (Ciliata) zjadające bakterie i drapieżne. Z orzęsków najwcześniej rozwijają się formy
wolno pływające, pożerające bakterie, które nie zlepiły się jeszcze w kłaczki (niesflokulowane). W następnym etapie, gdy proces
flokulacji jest już zaawansowany, pojawiają się formy osiadłe orzęsków (przyczepione do kłaczków). W ostatnim etapie rozwijają
się wrotki (Rotatoria).
Znajomośd przemian sukcesyjnych w osadzie oraz właściwości biologicznych mikroorganizmów jest przydatna w ocenie pracy
oczyszczalni. Służy do tego analiza mikroskopowa próbki osadu, obejmująca, oprócz opisu wyglądu kłaczków, również badanie
składu mikrofauny. Stwierdzenie dużej liczebności wiciowców i ameb (korzenionóżek), a więc pierwotniaków pionierskich,
świadczy o przeciążeniu osadu i jego niedotlenieniu (a więc o warunkach przypominających początkowe etapy rozwoju osadu).
Występowanie orzęsków natomiast, zwykle świadczy o dobrej pracy osadu. Dotyczy to zwłaszcza form osiadłych. Orzęski
bakteriożerne wywierają stałą presję na populacje bakteryjne, które pobudzane są przez to do ciągłych podziałów. Wynikiem
tego jest odmładzanie się flory bakteryjnej i jej zwiększona aktywnośd metaboliczna. Poza tym orzęski przyczyniają się do
klarowania ścieków zjadając nie sflokulowane bakterie. Obecnośd w osadzie wrotków zwykle świadczy o dobrym natlenieniu
osadu i jego stabilizacji.
3. Nitryfikacja i denitryfikacja
Usuwanie azotu ze ścieków polega na rozkładzie związków organicznych zawierających azot, utlenieniu azotu amonowego do
azotanów (nitryfikacja), a następnie dysymilacyjnej redukcji azotanów do tlenków azotu i azotu cząsteczkowego (denitryfikacja).
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba; dr Teresa Farbiszewska
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, ochrona środowiska i biotechnologia kosmetologiczna II0
DWICZENIE 11 MIKROSKOPIA OSADU CZYNNEGO
Układy technologiczne z usuwaniem azotu są oparte na założeniu, że nitryfikacja zachodzi w warunkach tlenowych, a
denitryfikacja w beztlenowych. W warunkach tlenowych następuje utlenienie azotu amonowego do azotanów, a akceptorem
elektronów jest tlen cząsteczkowy. W warunkach beztlenowych azotany są redukowane do azotu cząsteczkowego (tlenków
azotu) przez bakterie, które wykorzystują azotany i azotyny jako akceptory elektronów oraz związki organiczne jako źródło węgla
i energii do procesów wzrostu.
W układach z przepływem ciągłym narzuca to koniecznośd wydzielenia w komorze osadu czynnego stref: beztlenowej i tlenowej,
bądź prowadzenia procesu w odrębnych reaktorach.
Wydzielona komora denitryfikacji [ryc. 6] –
z powodu ograniczonej ilości dostępnych
związków organicznych konieczne jest
doprowadzenie metanolu lub innego
zewnętrznego źródła węgla (melasa, ścieki
przemysłowe). Wadą tego typu rozwiązad
są koszty związane z użyciem metanolu i
koniecznośd usunięcia niewykorzystanego
źródła węgla. Technologie te stosuje się w
przypadku ścieków o małej zawartości
węgla organicznego i dużej zawartości
azotu.
Denitryfikacja wstępna [ryc. 7] – układu
składające się z komory pracującej w
warunkach
beztlenowych
(komora
denitryfikacji) i tlenowych (komora
nitryfikacji). Do komory denitryfikacji
doprowadza się ścieki, osad z osadnika
wtórnego oraz osad z komory tlenowej
zawierający azotany.
Denitryfikacja równoczesna (symultaniczna), przemienna – w tej samej komorze występują obszary w których osad czynny jest
niedotleniony (denitryfikacja) i natleniony (nitryfikacja) – dzięki odpowiedniemu usytuowaniu urządzeo do napowietrzania, lub
okresowemu włączaniu i wyłączaniu tych urządzeo.
4. Biologiczna defosfatacja
W osadzie czynnym występuje specyficzna grupa bakterii kumulujących fosfor w postaci polifosforanów w charakterystycznych
granulkach wewnątrz komórek. Bakterie te (bakterie poli-P) to organizmy tlenowe, tworzące charakterystyczne monokolonie.
Kiedy osad czynny „doświadcza” powtarzających się regularnie warunków beztlenowych i tlenowych, można zaobserwowad
charakterystyczne zjawiska:
W fazie beztlenowej stężenie fosforanów w roztworze rośnie, a pula fosforu związanego w osadzie maleje. Jednocześnie osad
wiąże krótkołaocuchowe kwasy tłuszczowe (szczególnie octany). W komórkach bakterii poli-P rośnie ilośd kwasu poli-βhydroksymasłowego (PHB), popularnej u wielu mikroorganizmów substancji zapasowej. Kiedy w środowisku pojawia się
ponownie tlen (lub azotany), stężenie rozpuszczonych fosforanów szybko maleje poniżej poziomu w dopływających ściekach, a
wewnątrzkomórkowe zapasy polifosforanowe są odbudowywane.
Najpopularniejszą interpretacją biochemiczną opisanych wyżej zjawisk są modele Comeau i Mino. Według obu modeli,
gromadzone przez bakterie poli-P polifosforany stanowią specyficzne źródło energii, które pozwala tym tlenowym bakteriom
zachowad ograniczoną aktywnośd w środowisku beztlenowym. Energia uwalniana przy odłączaniu kolejnych reszt fosforanowych
jest wykorzystywana wtedy (bezpośrednio lub za pośrednictwem ATP) do wiązania prostych produktów fermentacji (octanów) i
syntezy PHB. Fosforany, jako produkt uboczny, są uwalniane na zewnątrz komórki. Związane substraty organiczne nie mogą byd
utleniane w warunkach beztlenowych, ale związanie ich w postaci wewnątrzkomórkowych zapasów daje wyłącznośd na ich
późniejsze wykorzystanie. Powrót tlenu przywraca metabolizm tlenowy i normalne funkcjonowanie organizmów tlenowych.
Zależnie od gatunku mogą one wtedy wiązad odpowiednio szerszy zakres substratów organicznych ze środowiska. Utleniają
także zrobione wcześniej, wysokoenergetyczne zapasy PHB. Daje im to konkurencyjną przewagę nad innymi tlenowcami, które w
fazie beztlenowej pozostały zupełnie nieaktywne. W obecności tlenu zapasy polifosforanów są odbudowywane, co jest widoczne
w szybkim spadku stężenia rozpuszczonych fosforanów w środowisku. Ponieważ zapasy wewnątrzkomórkowe są odtwarzane „z
nawiązką” stężenie fosforu rozpuszczonego w ściekach spada poniżej stężenia, które było na początku fazy beztlenowej.
Usunięty tą droga fosfor opuszcza system w osadzie nadmiernym.
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba; dr Teresa Farbiszewska
Biotechnologia ogólna dla kierunku biologia, ochrona środowiska i biotechnologia kosmetologiczna II0
DWICZENIE 11 MIKROSKOPIA OSADU CZYNNEGO
5. Wykonanie dwiczenia.
5.1. Mikroskopowa analiza osadu czynnego.
Przygotowad preparaty przyżyciowe osadu czynnego.
Oglądając preparaty pod mikroskopem zwrócid uwagę na: wielkośd, kształt, spójnośd kłaczków, obecnośd pierwotniaków,
osiadłych i wolnopływających, bakterii oraz bakterii nitkowatych. Do identyfikacji pierwotniaków wykorzystad tablice.
Zaklasyfikowad osad do jednej z trzech kategorii:
- osad czynny w dobrym stanie - duża ilośd bakterii zooglealnych oraz bakterii z rodzaju Pseudomonas i Bacillus, duża
zawartośd orzęsków osiadłych, mała liczba wiciowców i ameb oraz brak bakterii nitkowatych i grzybów. Wysoki udział
kłaczków o wymiarach 50-100 μm.
- osad czynny w średnim stanie - mało orzęsków, dośd liczne wiciowce i ameby oraz pewna liczba bakterii nitkowatych i
grzybów wodnych.
- osad czynny w złym stanie - bardzo mała liczba orzęsków, duża liczba wiciowców, ameb oraz bakterii nitkowatych
(Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix) i grzybów (Leptomitus, Mucor), a także bakterii spiralnych (Spirillum) i grzybów
wodnych. Wysoki udział kłaczków o wymiarach powyżej 100 μm.
5.2. Oznaczenie objętości osadu czynnego
Do cylindra miarowego wlad 100ml osadu czynnego. Po 30-minutowej sedymentacji określid jego objętośd. Wynik podad w
3
3
cm /dm zawiesiny.
5.3. Oznaczenie suchej masy osadu czynnego
Pobrad 5ml osadu czynnego i przenieśd na wysuszoną do stałej masy szalkę Petriego.
0
Suszenie próbki przeprowadzid w wagosuszarce (patrz oznaczanie suchej masy) w temperaturze ok. 105 C.
3
Wynik podad w g s.m./dm zawiesiny.
5.4. Wyznaczenie indeksu objętościowego osadu czynnego
Korzystając z wyników objętości osadu czynnego i jego suchej masy obliczyd indeks osadu ze wzoru:
3
Osad czynny dobrze pracujący ma indeks w granicach 80-120 cm /g.
5.5. Oznaczanie suchej masy w wagosuszarce
- 15 minut przed rozpoczęciem pomiaru włączyd wagosuszarkę – urządzenie musi się nagrzad.
- Po 15 minutach otworzyd wieko wagosuszarki, umieścid na wadze szalkę Petriego (wcześniej dokładnie wysuszoną w
0
suszarce w temp. 105 C) i nacisnąd dwukrotnie przycisk TARE – tarowanie wagi.
- Na szalkę Petriego wprowadzid 5ml uprzednio wymieszanego osadu czynnego – zanotowad masę osadu !
- Zamknąd wieko wagosuszarki.
0
- Nacisnąd przycisk F1 (programowanie temperatury) i klawiszem F2 ustawid temperaturę – 104 C.
- Nacisnąd klawisz F1 (czas próbkowania) i klawiszem F2 ustawid czas próbkowania – 20.
- Nacisnąd klawisz F1 – pojawi się komunikat na wyświetlaczu READY – potwierdzid ponownie naciskając F1 – rozpoczyna
się pomiar.
- Wynik podawany jest w % wilgotności próbki.
- Pomiar prowadzid do momentu uzyskania stałej wartości wilgotności.
- Zapisad wynik i wyliczyd suchą masę analizowanej próbki.
- Zakooczyd pomiar naciskając klawisz TARE – otworzyd wieko wagosuszarki, wyciągnąd szalkę z osadem, zamknąd wieko,
wyłączyd urządzenie. Szalkę Petriego dokładnie umyd
6. Opracowanie wyników
Na podstawie uzyskanych wyników: obserwacji mikroskopowej osadu czynnego i jego parametrów fizycznych przedstawid
wnioski dotyczące kondycji osadu i stopnia oczyszczenia ścieków.
7. Zagadnienia teoretyczne:
- Charakterystyka metod biologicznych oczyszczania ścieków. Metody naturalne i sztuczne oczyszczalnia
- Charakterystyka mikrobiologiczna osadu czynnego. Charakterystyka kłaczków osadu czynnego
- Sukcesja mikroorganizmów w osadzie czynnym
- Flokulacja, nitryfikacja, denitryfikacja, biologiczna defosfatacja
8. Literatura
- Kowal K., Libudzisz Z.; Mikrobiologia techniczna; Wyd. Politechniki Łódzkiej; 2000
- Kunicki-Goldfinger W.; Życie bakterii; Wyd. PWN; Warszawa; 1998
- Schlegel H.; Mikrobiologia ogólna; Wyd. PWN; Warszawa; 2000
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba; dr Teresa Farbiszewska