Jak bakterie oczyszczają ścieki? Oczyszczalnie ścieków w Polsce
Ekologia.pl Środowisko Ochrona środowiska naturalnego Jak bakterie oczyszczają ścieki

Jak bakterie oczyszczają ścieki

Większość ścieków, jakie wytwarzamy, oczyszczane jest w oczyszczalniach biologicznych. Nie chcę tutaj pisać o tym, że oczyszczalni w Polsce jest w ogóle za mało ani o tym, kto jakie ścieki produkuje, chciałbym skoncentrować się na samym procesie oczyszczania, a dokładnie na bakteriach, które w oczyszczalniach biologicznych są za niego odpowiedzialne.

W numerze wrześniowym pisałem o tym, że bakterie występują prawie wszędzie, zawdzięczają to ogromnej zdolności do wykorzystywania jako pokarm substancji w żaden sposób nie przyswajalnych przez inne organizmy, a nie rzadko będących dla innych nawet toksynami. To właśnie ta cecha bakterii sprawiła, że zwrócono na nie uwagę przy oczyszczaniu ścieków. Jeżeli kogoś zastanawia, w jaki sposób doszło do oczyszczenia całkowicie zanieczyszczonej Tamizy, odpowiedź znajdzie w zjawisku samooczyszczania wód. Mikroorganizmy znajdujące się w wodzie rozłożyły wszystkie zanieczyszczenia, które stały się niejako ich pokarmem.

Wymagania pokarmowe bakterii są bardzo zróżnicowane, niektórym gatunkom wystarczy kilka prostych związków chemicznych, potrzeby innych bakterii zamykają się czasami w dość pokaźnej liście, niekiedy dość wyszukanych związków. Jeżeli weźmiemy jeszcze pod uwagę, że istnieje około 30 000 gatunków bakterii, i wewnątrz każdego gatunku powstawać mogą szczepy o najrozmaitszych wymaganiach pokarmowych – to stwierdzić można, że bakterie są w stanie korzystać z każdej substancji chemicznej jako źródła pokarmu. Wykorzystanie tego pokarmu może być różnorakie, ale w efekcie jego obróbki powstają związki nieszkodliwe. Zanieczyszczenia zostają po prostu zjedzone. Bakterie nie są w stanie pochłaniać bardzo rozbudowanych cząsteczek, dlatego prowadzą ich wstępną obróbkę wydzielając do środowiska enzymy (tzw. egzoenzymy) i trawią te substancje poza swoim organizmem. W środowisku naturalnym (ale też w oczyszczalniach) bakterie tworzą swoiste wielogatunkowe ekosystemy, co zapewnia np. udostępnianie przez jedne gatunki źródeł pokarmu innym gatunkom, które własnym aparatem enzymatycznym nie byłyby w stanie czerpać z tych zasobów.

Różnorodne wymagania pokarmowe bakterii sprawiają, że biologiczne metody oczyszczania ścieków dają możliwość usuwania bardzo szerokiej gamy zanieczyszczeń. Wielogatunkowość układu umożliwia dość szybką jego adaptację do zmiany składu czy też stężenia doprowadzanych ścieków. Ponadto stosowanie metod biologicznych nie wymaga bardzo skomplikowanej aparatury i nie niesie ze sobą wysokich kosztów eksploatacji. Nie znaczy to jednak, że są to technologie tanie – wybudowanie samej oczyszczalni wymaga dużych nakładów inwestycyjnych. Do utrudnień w eksploatacji oczyszczalni należy też konieczność przestrzegania warunków technologicznych.

Naturalna mikroflora wody radzi sobie całkiem nieźle z rozkładem zanieczyszczeń, które rzeka generuje sama z siebie, pewien zapas mocy przerobowych bakterii wystarcza jeszcze na rozkład niewielkiej ilości zanieczyszczeń, które wprowadza człowiek. Jedna z metod oczyszczana ścieków w warunkach naturalnych w wodzie lub glebie polega na wprowadzeniu pewnej ilości ścieków – takiej, która nie obciąży nadmiernie ekosystemu – bezpośrednio do rzeki, zbiornika zamkniętego czy też do gruntu. Znajdujące się w danym środowisku bakterie przeprowadzają oczyszczanie. Po jakimś czasie ekosystem powraca do pierwotnego stanu. Takie systemy oczyszczani są jednak mało wydajne i wymagają dużych powierzchni – głównie ze względu na zapobieganie nadmiernemu obciążeniu ściekami, przy którym mogłoby zanikać życie naturalne. Czynione są też próby stosowania systemów półnaturalnych polegające na przystosowaniu środowiska do przyjmowania ścieków i stworzenia w nich warunków do ich oczyszczania. Szczególnie dobrze udaje się to przy oczyszczaniu ścieków pochodzących z przemysłu rolno-spożywczego. W USA np. zakładane są specjalne stawy rybne, w których ostatnim ogniwem łańcucha pokarmowego procesu oczyszczania są ryby.

Dwie zasadnicze technologie wykorzystywane w oczyszczaniu biologicznych to stosowanie osadu czynnego i złoża biologicznego. Mechanizm oczyszczania w obydwu przypadkach jest jednakowy – bakterie, ale na tym podobieństwa się kończą.

Osad czynny występuje w postaci drobnych kłaczków (do kilkuset μm średnicy) swobodnie pływających (zawieszonych) w oczyszczanym ścieku. Na kłaczek w 70 proc. składają się bakterie przytwierdzone do nośnika – który stanowi pozostała część kłaczka. Oprócz bakterii w osadzie czynnym występują też pierwotniaki – odżywające się bakteriami, a nawet drobne bezkręgowce. Kłaczki sprawiają ze struktura osadu jest gąbczasta – zwiększa to istotnie powierzchnię kontaktu osadu ze ściekami. Sama struktura kłaczka jest wynikiem zlepiania się mikroorganizmów wytwarzanym przez nie śluzem. Nie wszystkie bakterie są zlepione w kłaczki, pewna ich część wolno pływa w ściekach. Skład gatunkowy osadu jest indywidualną cechą oczyszczalni i nie ma dwóch takich samych, pod względem gatunkowym i liczebnościowym, oczyszczalni; nawet jeżeli oczyszczane są w nich takie same ścieki.

Mikroflora oczyszczalni tworzy się w trakcie funkcjonowania oczyszczalni i cały czas jest układem dynamicznym, zależnym od składu ścieków, pory roku i mikroflory środowiska, które otacza oczyszczalnię. Podczas budowy nowej oczyszczalni pierwszy osad czynny sprowadza się z instalacji o podobnych parametrach ścieków jednak już po niedługim czasie dochodzi do ustalenia własnego składu gatunkowego.

Kłaczek nie może funkcjonować w nieskończoność, po pewnym czasie usuwany jest z oczyszczalni i tutaj pojawiają się problemy. Mikroflora, która służyła do oczyszczania ścieków, jak i ta niesiona samymi ściekami jest na tyle bogata, że zawierać może mikroorganizmy chorobotwórcze, ponadto korzystanie z pokarmu, jakim są ścieki poprowadzić może do akumulacji metali ciężkich. W związku z tym zużyty osad czynny nie może zostać wykorzystany jako np. kompost. Na ogół zatęża się go i składuje na wysypiskach, czynione są też próby fermentowania osadu i pozyskiwanie z niego biogazu.

Osad czynny jest dość wrażliwy na czynniki środowiska, zachwiania równowagi układu prowadzić może czasami do nadmiernego rozwoju jednej grupy bakterii, bardzo aktywne w tym względzie są bakterie nitkowate – których przerost prowadzi do tzw. puchnięcia osadu i spadku jego parametrów technologicznych i zdolności oczyszczania.

Układem alternatywnym do osadu czynnego jest złoże biologiczne. Bakterie zdolne są do tworzenia biofilmów – najłatwiej można się o tym przekonać w momencie, kiedy zapomnimy na jakiś czas o wędlinie przechowywanej w lodówce – pokrywa się ona lepkim śluzem, to jest jeden z przykładów biofilmu. Właśnie na wytworzeniu biofilmu opierają się złoża biologiczne wykorzystywane w oczyszczaniu. Podstawę złoża stanowi wypełnienie, które, może być materiałem naturalnym – np. kamienie czy pokruszona skała, albo stanowić je mogą elementy w tworzyw sztucznych – różnego rodzaju kształtki. W wyniku kontaktu wypełnienia ze ściekami bakterie niesione przez ścieki zaczynają je kolonizować. Po jakimś czasie (na ogół po około roku) złoże jest już w pełni ukształtowane, bakterie występujące w biofilmie prowadzą oczyszczanie ścieków.

Skład gatunkowy i dynamika układu wygląda podobnie jak w przypadku osadu czynnego, złoże jest może nieco bardziej stabilne, ale jego mikroflora jest również bardzo bogata, indywidualna dla danej konstrukcji. W przypadku osadu czynnego nie było problemu z podawaniem ścieków na oczyszczalnie – kłaczki po prostu w nim pływały. Złoże wymaga trochę innego podejścia, w zależności od technologii złoże może być ściekami zraszane, zalewane (okresowo lub na stałe), ale też może być skonstruowane jako duże talerze zainstalowane na jednej osi razem, które obracają się zanurzone do połowy w ściekach – w wyniku, czego zawsze połowa złoża jest zwilżana, a połowa natleniana.

Zaletami złoża jest jego większa stabilność temperaturowa oraz to, że konstrukcja zajmuje dużo mniej miejsca. Co prawda układ tworzy się nieco wolniej, ale stanowi to też o jego stabilności i pozwala np. na znalezienie w nim bakterii zdolnych do usuwania substancji trudno degradowanych – wymagających długiego wieku osadu, co z kolei przekłada się na lepsze oczyszczenie ścieków. Złoże pozwala również na pozbycie się problemu bakterii nitkowatych, a tym samym zjawiska puchnięcia.

Bakterie oczyszczające ścieki znajdują się jednak nie tylko w dużych oczyszczalniach, każda przydomowa oczyszczalnia też posiada własną mikroflorę bakteryjną, i to nie wiele uboższą gatunkowo od wielkich instalacji. Wrzucane raz na jakiś czas do oczyszczalni przydomowej preparaty są niczym innym jak odpowiednio przygotowanymi bakteriami mającymi poprawić funkcjonowanie urządzenia, a usuwany z oczyszczalni osad to również bakterie, które niejako zużyły się już w procesie oczyszczania.

Jak widać bakterie przez nikogo nie zauważane wykonują ogromną pracę i nie wymagają przy tym jakiejś szczególnej troski. Ale oczyszczanie ścieków jest tylko jednym z wielu obszarów zastosowania bakterii w oczyszczaniu środowiska.

Jakub Marczak, Eko i My

4.6/5 - (5 votes)
Post Banner Post Banner
Subscribe
Powiadom o
3 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments

Bakterie wykonują bardzo dobrą pracę, ale trzeba pamiętać jak ważne jest też napowietrzenie. Oczyszczalnie ścieków są przecież nie tylko biorcami energii, ale też jej producentami. Napowietrzenie ścieków takim dyfuzorem Aerostrip z Aerzen to bardzo ważna sprawa, bo to aż 60% więcej wytworzonej energii.

biologiczne oczyszczanie ścieków jest bardzo dobrym pomysłem, u mnie w firmie ostatnio kupiliśmy zraszacze obrotowe z https://www.sewaco.net.pl/ by wspomóc tę formę oczyszczania

Jak mogę zaszczepić takie bakterie mam oczyszczalni e biologiczną z napowietrzaniem ale osąd nie chcę się wtrącić oczyszczalni bio–cler proszę o pomoc