Biologiczne oczyszczanie ścieków

Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
BIOLOGICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW
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 zanieczyszczeń intensywność procesów samooczyszczania musi być 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. Część
naturalnych sposobów oczyszczania ścieków ma charakter pośredni ze względu na pewien stopień 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 oczyszczać tylko ograniczoną ilość
ścieków, aby nie dopuścić 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 być 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 postać szeregu zdrenowanych poletek otoczonych groblami.
Zasada ich działania jest podobna jak przy nawadnianiu szerokoprzestrzennym, jednak brak rolniczego użytkowania umożliwia
stosowanie większych obciążeń ładunkiem zanieczyszczeń.
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 końcowym etapie oczyszczania, po uprzednim stosowaniu innych metod.
Przed wpuszczeniem do stawów, ścieki powinny być wstępnie pozbawione zawiesin (osadnik, piaskownik). Stawy ściekowe tworzą
zwykle szereg złożony ze stawu : „bakteryjnego”, „glonowego” i „skorupiakowego”. W pierwszym zachodzi utlenianie
zanieczyszczeń organicznych przez bakterie, co prowadzi do mineralizacji tych zanieczyszczeń, 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 zanieczyszczeń na cząstkach gleby,
biodegradacja przeprowadzana przez mikroorganizmy i aktywność biologiczna roślin.
Naturalne metody oczyszczania , choć są zwykle tanie i proste, wymagają jednak dużych powierzchni i neutralizują stosunkowo
niewielkie ładunki zanieczyszczeń.
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 postać cylindrycznych
konstrukcji
wypełnionych
tłuczonym
kamieniem (granit), żużlem lub koksem..
Wysokość 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
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 zanieczyszczeń.
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
BIOLOGICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW
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 końcowym 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 zatkać złoże, co powoduje czasem
konieczność 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 podzielić na: zraszane (nisko obciążone) i spłukiwane (wysoko obciążone). W złożach
zraszanych błona jest lepiej rozwinięta i proces biologicznego rozkładu jest prawie zupełny. W końcowych etapach oczyszczania
zachodzą w nich intensywne procesy nitryfikacji powodujące dużą zawartość azotanów w odpływie. Dlatego złoża zraszane
nazywane są też nitryfikacyjnymi. W złożach spłukiwanych natomiast większa jest intensywność przepływu ścieków, natomiast
słabiej rozwinięta jest błona, która składa się prawie wyłącznie z bakterii. Chociaż redukcja zanieczyszczeń w takich złożach jest
mniejsza, to jednak są one dużo wydajniejsze od złóż zraszanych.
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 część jej zużywają jako paliwo (źródło energii), część 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 utrzymać 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 wielkość, kształt i strukturę. Flokulacja zależy od stopnia
obciążenia
osadu
ładunkiem
zanieczyszczeń. 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.
Wielkość kłaczków jest istotną cechą
wpływającą
na
efektywność
oczyszczania. Zależą od niej dwa ważne
procesy: biosorpcja (pochłanianie
zanieczyszczeń ) 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, choć mają dużą
powierzchnię sorpcyjną, źle opadają w osadniku wtórnym. Może to prowadzić do wtórnego zanieczyszczenia odbiornika, do
którego odprowadza się oczyszczone, ale nie oddzielone od kłaczków ścieki. Natomiast kłaczki zbyt duże, choć świetnie
sedymentują, to jednocześnie słabo oczyszczają ścieki. Wynika to z faktu, że bakterie umieszczone w centralnej części
Prowadzący: dr Sławomir Wierzba
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
BIOLOGICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW
dużego kłaczka mają utrudniony dostęp do tlenu i zanieczyszczeń będących substratem pokarmowym. Kłaczki muszą więc
wykazywać właściwy stan rozdrobnienia zapewniający odpowiednie warunki tlenowe i pokarmowe.
Kształt kłaczków jest cechą, która może wykazywać na pewne niekorzystne zjawiska w osadzie. Np. kształt gwiaździsty, pierzasty
czy siatkowaty wiążą się zwykle z obecnością mikroorganizmów nitkowatych (głównie bakterii i grzybów), których obecność w
osadzie jest niepożądana, gdyż powodują jego puchnięcie.
Struktura kłaczka może być spoista bądź luźna. W warunkach niedotlenienia lub braku pokarmu kłaczki przybierają formę zbitych,
obłonionych tworów koloru szarego. Obecność 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 objętość osadu przy zachowaniu tej samej masy. Liczbowo wyraża to indeks osadu, który
przedstawia objętość (w ml) jednego grama jego suchej masy. Indeks wyraża więc gęstość osadu, lub stopień
uwodnieniaPrawidłowa wartość indeksu objętościowego oscyluje w granicach 80-120 ml/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 być on oddzielony od oczyszczonych ścieków w osadniku wtórnym . Wiele jest przyczyn
puchnięcia osadu. Bezpośrednią przyczyną tego zjawiska mogą być 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 spowodować 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 część 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 występować 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 ilość 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).
Znajomość 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 aktywność metaboliczna. Poza tym orzęski przyczyniają się do klarowania
ścieków zjadając nie sflokulowane bakterie. Obecność w osadzie wrotków zwykle świadczy o dobrym natlenieniu osadu i jego
stabilizacji.
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
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
BIOLOGICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW
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 konieczność 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 rozwiązać
są koszty związane z użyciem metanolu i
konieczność 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 urządzeń do napowietrzania, lub
okresowemu włączaniu i wyłączaniu tych urządzeń.
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 zaobserwować
charakterystyczne zjawiska:
W fazie beztlenowej stężenie fosforanów w roztworze rośnie, a pula fosforu związanego w osadzie maleje. Jednocześnie osad
wiąże krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (szczególnie octany). W komórkach bakterii poli-P rośnie ilość 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
zachować ograniczoną aktywność 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 być
utleniane w warunkach beztlenowych, ale związanie ich w postaci wewnątrzkomórkowych zapasów daje wyłączność na ich
późniejsze wykorzystanie. Powrót tlenu przywraca metabolizm tlenowy i normalne funkcjonowanie organizmów tlenowych.
Zależnie od gatunku mogą one wtedy wiązać 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
Laboratorium - biotechnologia ogólna - dla studentów kierunku biotechnologia od 2014/2015
BIOLOGICZNE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW
Wykonanie ćwiczenia
1. Mikroskopowa analiza osadu czynnego.
1.1. Przygotować preparaty przyżyciowe osadu czynnego.
Oglądając preparaty pod mikroskopem zwrócić uwagę na: wielkość, kształt, spójność kłaczków, obecność pierwotniaków,
osiadłych i wolnopływających, bakterii oraz bakterii nitkowatych. Do identyfikacji pierwotniaków wykorzystać tablice. Do
pomiaru wielkości kłaczków użyć mikrometru okularowego (patrz pomiar mikrometrem okularowym). Wyniki obserwacji
umieścić w tabeli.
Badana
Opis kłaczków (kształt,
Obecność pierwotniaków
Obecność bakterii
próba
wielkość, spójność)
(przynależność systematyczna)
nitkowatych
Osad
czynny
1.2. Zaklasyfikować osad do jednej z trzech kategorii:
- osad czynny w dobrym stanie - duża ilość bakterii zooglealnych, duża zawartość 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, dość 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.
1. Oznaczenie objętości osadu czynnego
Do cylindra miarowego wlać 100ml osadu czynnego. Po 30-minutowej sedymentacji określić jego objętość. Wynik podać w
cm3/dm3 zawiesiny.
2. Oznaczenie suchej masy osadu czynnego
Pobrać 5ml osadu czynnego i przenieść na wysuszoną do stałej masy szalkę Petriego.
Suszenie próbki przeprowadzić w wagosuszarce (patrz oznaczanie suchej masy) w temperaturze ok. 105 0C.
Wynik podać w g s.m./dm3 zawiesiny.
3. Wyznaczenie indeksu objętościowego osadu czynnego
Korzystając z wyników objętości osadu czynnego i jego suchej masy obliczyć indeks osadu ze wzoru:
𝑰𝒏𝒅𝒆𝒌𝒔 𝒐𝒃𝒋ę𝒕𝒐ś𝒄𝒊𝒐𝒘𝒚 𝒐𝒔𝒂𝒅𝒖 [
𝒎𝒍
𝒐𝒃𝒋ę𝒕𝒐ść 𝒐𝒔𝒂𝒅𝒖 𝒄𝒛𝒚𝒏𝒏𝒆𝒈𝒐 𝒘 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝒍
]=
𝒈
𝒔𝒖𝒄𝒉𝒂 𝒎𝒂𝒔𝒂 𝒐𝒔𝒂𝒅𝒖 𝒄𝒛𝒚𝒏𝒏𝒆𝒈𝒐 𝒈/𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝒍
Osad czynny dobrze pracujący ma indeks w granicach 80-120 ml/g.
4. Oznaczanie suchej masy w wagosuszarce
- 15 minut przed rozpoczęciem pomiaru włączyć wagosuszarkę – urządzenie musi się nagrzać.
- Po 15 minutach otworzyć wieko wagosuszarki, umieścić na wadze szalkę Petriego (wcześniej dokładnie wysuszoną w suszarce
w temp. 1050C) i nacisnąć dwukrotnie przycisk TARE – tarowanie wagi.
- Na szalkę Petriego wprowadzić 5ml uprzednio wymieszanego osadu czynnego – zanotować masę osadu !
- Zamknąć wieko wagosuszarki.
- Nacisnąć przycisk F1 (programowanie temperatury) i klawiszem F2 ustawić temperaturę – 1040C.
- Nacisnąć klawisz F1 (czas próbkowania) i klawiszem F2 ustawić czas próbkowania – 15.
- Nacisnąć klawisz F1 – pojawi się komunikat na wyświetlaczu READY – potwierdzić ponownie naciskając F1 – rozpoczyna się
pomiar.
- Wynik podawany jest w % wilgotności próbki.
- Pomiar prowadzić do momentu uzyskania stałej wartości wilgotności.
- Zapisać wynik i wyliczyć suchą masę analizowanej próbki.
- Zakończyć pomiar naciskając klawisz TARE – otworzyć wieko wagosuszarki, wyciągnąć szalkę z osadem, zamknąć wieko,
wyłączyć urządzenie. Szalkę Petriego dokładnie umyć
5. Opracowanie wyników
Na podstawie uzyskanych wyników: obserwacji mikroskopowej osadu czynnego i jego parametrów fizycznych przedstawić
wnioski dotyczące kondycji osadu i stopnia oczyszczenia ścieków.
6. 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