• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Czystsze ścieki dzięki badaniom nad alternatywnymi źródłami węgla organicznego

    05.08.2010. 00:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Problemy dużych i średnich komunalnych oczyszczalni ścieków związane z usuwaniem związków biogennych, próbuje rozwiązać Jakub Drewnowski z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej. Jego badania pomogą sprostać wymogom unijnym związanym ze stężeniem azotu i fosforu w odpływających, oczyszczonych ściekach. Nowa metoda może okazać się tańsza od stosowanych obecnie komercyjnych rozwiązań, wymagających zakupu związków chemicznych do wspomagania procesów zachodzących w komorze osadu czynnego.

    Jak wyjaśnia PAP Jakub Drewnowski, substancjami biogennymi są azot i fosfor, które wprowadzane do środowiska poprzez nieodpowiednie oczyszczanie ścieków, intensyfikują procesy wzrostu biomasy i zaburzają naturalną równowagę w wodach powierzchniowych.

    "Niekorzystne procesy są najwyraźniej widoczne w akwenach zamkniętych jak jezioro, gdzie stały i niekontrolowany dopływ biogenów powoduje bujny wzrost roślin i stopniowe zarastanie zbiornika wodnego, zwane eutrofizacją. Piękne i czyste jezioro w niedługim czasie może zamienić się w płytki, zarośnięty trzciną staw, potem bagno, a z czasem może całkowicie zaniknąć wraz ze wszystkimi żyjącymi w nim organizmami" - obrazuje naukowiec.

    Przypomina, że po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej znacznie obniżyły się dopuszczalne stężenia związków biogennych w odpływie z oczyszczalni. Zgodnie z danymi z 2003 roku Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych w Polsce na 129 dużych oczyszczalni ścieków, aż 109 nie spełniało wymagań odnośnie parametrów ścieków oczyszczonych.

    Naukowiec tłumaczy, że podstawę do opracowania metody biologicznego oczyszczania ścieków z substancji biogennych za pomocą osadu czynnego stanowiły trzy czynniki. Pierwszym było odkrycie bakterii posiadających zdolność gromadzenia w organizmie zwiększonych ilości fosforu. Drugim - identyfikacja bakterii, które mogą przekształcać azot i jego związki w postać gazową uwalniając go do atmosfery. Trzeci to poznanie warunków koniecznych dla ich przeżycia i rozwoju.

    "Mikroorganizmy, głównie bakterie, w komorze osadu czynnego przetwarzają biogeny i inne związki organiczne w gazy, proste związki organiczne i nowe bakterie. W procesie osadu czynnego następuje przyrost masy mikroorganizmów proporcjonalnych do usuniętych zanieczyszczeń" - mówi badacz.

    Doktorant proponuje efektywne wykorzystanie tzw. wewnętrznych źródeł węgla w postaci substratu wolnorozkładalnego. Jego metoda może stanowić alternatywę dla zakupu komercyjnych związków do wspomagania procesów biochemicznych - metanolu i etanolu. Rezultaty tych badań mogą stać się ciekawą ofertą dla gospodarki komunalnej.

    "Powszechnie stosowane w oczyszczalniach komunalnych wielofazowe układy osadu czynnego, umożliwiają efektywny przebieg procesów biologicznego usuwania związków organicznych, azotu i fosforu. Uzyskanie niskich stężeń związków biogennych w ściekach oczyszczonych wymaga zapewnienia optymalnych warunków dla przebiegu procesów biochemicznych" - wylicza Drewnowski.

    Tłumaczy, że procesy te wymagają obecności związków organicznych węgla. Źródła węgla organicznego dzielimy na wewnętrzne (obecne w dopływających ściekach m. in. substrat łatwo- lub wolnorozkładalny), zewnętrzne (nieobecne w ściekach dopływających, ale można je zakupić i dozować) i endogenne, wytwarzane w systemie oczyszczania ścieków np. w komorze osadu czynnego w wyniku obumierania organizmów.

    "Zastosowanie zewnętrznego źródła węgla organicznego umożliwia uzyskanie zadawalającej efektywności bez konieczności modernizacji bioreaktorów. Dostępne na rynku źródła węgla - metanol, etanol, kwas octowy, octan sodu lub glukoza - są kosztowne i zazwyczaj wymagany jest okres adaptacji mikroorganizmów uczestniczących w oczyszczaniu ścieków. Dlatego przydatność alternatywnych źródeł bogatych w węgiel organiczny powinna być zweryfikowana na podstawie badań - aktualnie przez nas prowadzonych" - mówi naukowiec.

    Drewnowski będzie w sposób nowatorski modelował kinetykę procesów biochemicznych przy użyciu specjalistycznego oprogramowania komputerowego. O przydatności takiej symulacji przekonały go doświadczenia zagraniczne oraz wcześniejsze badania przeprowadzone w oczyszczalni "Wschód" w Gdańsku.

    "Nasze badania są wdrażane i pozwalają usprawnić procesy biochemiczne zachodzące na oczyszczalniach w północnej Polsce w sposób gwarantujący spełnienie wymagań unijnych odnośnie parametrów ścieków oczyszczonych" - przekonuje młody badacz.

    Jakub Drewnowski zdobył stypendium programu "Innodoktorant", przyznawane autorom badań o wysokim potencjale aplikacyjnym. W czerwcu tego roku otrzymał nagrodę podczas 8 Kongresu Naukowego Societas Humboldtiana Polonorum organizowanego przez niemiecką Fundacje Humboldta. W lipcu uczestniczył w 5 Międzynarodowej Konferencji Stowarzyszenia Wodnego IWA (International Water Association) w Sydney w Australii, gdzie szczególnie istotnym problemem są niedobory wody i istnieje konieczność nie tylko jej oczyszczania, ale również ponownego wykorzystania - recyrkulacji.

    "Otrzymane fundusze z programu Innodoktorant pozwalają nam na promowanie naszej wiedzy i technologii w świecie, wymianę doświadczeń na stażach zagranicznych oraz możliwość prowadzenia badań bez obawy, że w pewnym momencie zabraknie środków finansowych na kontynuację badań lub powtórzenie ich części" - ocenia w rozmowie z PAP.

    Drewnowski zakończył już część doświadczalną swojego projektu. Teraz pisze pracę doktorską i wspólnie z promotorem prof. nadzw. PG, dr. hab. inż. Jackiem Mąkinią, zamierza na podstawie przeprowadzonych testów laboratoryjnych wykonać modelowanie matematyczne procesów biochemicznych.

    PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

    tot/

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Złoże biologiczne: Złoża biologiczne to urządzenia stanowiące element biologicznej oczyszczalni ścieków. Opracowane i wdrożone do powszechnego stosowania już w XIX wieku, były niegdyś najpopularniejszą oraz najbardziej wydajną formą biologicznego oczyszczania ścieków, do momentu opracowania i wdrożenia wysokosprawnych metod osadu czynnego. Obecnie złoża biologiczne są bardzo często wykorzystywane do oczyszczania ścieków w terenach wiejskich dla zlewni o wielkości do 10 000 RLM. Chemiczne oczyszczanie ścieków – jedna z metod oczyszczania ścieków. Polega na wytrącaniu niektórych związków rozpuszczalnych lub ich neutralizacji za pomocą procesu koagulacji, neutralizacji, ekstrakcji, elektrolizy, destylacji lub sorpcji na węglu aktywnym. Oczyszczanie chemiczne stosuje się głównie przy ściekach przemysłowych, które zawierają metale ciężkie oraz chemiczne związki organiczne. Odory z oczyszczalni ścieków komunalnych – pojęcie stosowane w odniesieniu do poszczególnych nieprzyjemnie pachnących związków chemicznych, emitowanych z poszczególnych części instalacji do oczyszczania ścieków, albo w odniesieniu do mieszanin wszystkich wonnych związków (odorantów), których ilość jest określana olfaktometrycznie. Emisję zapachową (ilość emitowanych odorów) wyraża się w jednostkach zapachowych emitowanych w jednostce czasu. Określenie wartości emisji zapachowej i wskaźników emisji zapachowej, odniesionych np. do jednostkowej ilości oczyszczanych ścieków lub jednostki powierzchni odstojnika ścieków (osadnika), umożliwia obliczanie zasięgu ponadnormatywnej uciążliwości zapachowej w otoczeniu oczyszczalni. Obliczenia są wykonywane metodami matematycznego modelowania procesu rozprzestrzeniania się odorantów.

    Azot ogólny, azot Kjeldahla — w terminologii hydrochemicznej postać azotu dająca się oznaczyć przy użyciu metody Kjeldahla. Jest to azot wchodzący w skład związków amonowych oraz azotowych związków organicznych, które łatwo przekształcić w związki amonowe. W tabelach obejmujących ten parametr, w razie braku jego bezpośredniego pomiaru, jest sumą azotu amonowego i azotu organicznego (zawartego w aminokwasach, moczniku, pirydynach, aminach i in.) Ponieważ azot amonowy występujący w wodzie i glebie często ma pochodzenie organiczne, parametr ten może wskazywać źródło zanieczyszczeń. Analiza ekonomiczna – metoda badania procesów gospodarczych, polegająca na rozpatrywaniu związków zachodzących pomiędzy poszczególnymi elementami tych procesów.

    Złoże biologiczne (inne nazwy: filtr biologiczny, biofiltr) jest urządzeniem oczyszczalni ścieków do intensywnego biologicznego oczyszczania ścieków w środowisku powietrznym. Zanieczyszczenia biogenne – rodzaj zanieczyszczeń. Są to pierwiastki i sole mineralne potrzebne do rozwoju żywych organizmów (biogeny). Do podstawowych biogenów zaliczane są związki azotu i fosforu. W ściekach miejskich zarówno nieoczyszczonych jak i biologicznie oczyszczonych znajdują się duże ilości tych zanieczyszczeń. Ścieki te odprowadzane do rzek i jezior zwiększają ich żyzność wzbogacając w substancje pokarmowe, powodując ich przedwczesne starzenie, czyli eutrofizację. Wynikiem eutrofizacji jest masowy rozwój glonów, które obumierając i ulegając rozkładowi powodują wtórne zanieczyszczenie wód do wystąpienia procesów gnicia włącznie.

    Kwasy humusowe (kwasy próchnicowe) – mieszanina wielkocząsteczkowych związków organicznych o zmiennym składzie (w zależności od składu materii organicznej, z której powstają) i charakterze kwasowym, wchodzących w skład próchnicy glebowej i roztworów wód naturalnych. Tworzą się one w biochemicznych procesach rozkładu związków organicznych budujących żywe organizmy. Budowa tych wyjątkowo skomplikowanych związków nie jest jeszcze do końca poznana, dlatego najczęściej rozpatruje się je na zasadzie różnic pomiędzy różnymi rodzajami tych substancji. Wyróżnia się dwie podstawowe grupy tych związków, kwasy fulwowe oraz huminowe: Jezioro hipertroficzne – jezioro, którego wody charakteryzują się bardzo dużą zawartością pierwiastków biogennych, głównie azotu i fosforu. Pochodzą one najczęściej ze ścieków komunalnych lub z nadmiaru nawozów spływających z pól uprawnych. Zachodzi w nim proces zarastania i spłycania który może doprowadzić do całkowitego zaniku zbiornika wodnego.

    Bakterie metanowe - (Pseudomonas), bakterie przeprowadzające proces rozkładu związków organicznych do CH4 i CO2 lub redukujące CO2 do CH4, występują na bagnach, w glebie, oczyszczalniach ścieków a także w przewodzie pokarmowym przeżuwaczy.

    Obieg fosforu w wodzie: Obieg fosforu w wodzie – zespół reakcji chemicznych i biochemicznych dotyczących krążenia związków fosforu w zbiornikach wodnych.

    Asymilacja azotu – proces prowadzący do wytworzenia organicznych związków zawierających azot z nieorganicznych związków azotu obecnych w środowisku organizmów żywych. Do asymilacji azotu ze związków nieorganicznych zdolne są rośliny, niektóre bakterie oraz grzyby. Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZTn) – umowny wskaźnik określający biochemiczne zapotrzebowanie tlenu, czyli ilość tlenu wymaganą do utlenienia związków organicznych przez mikroorganizmy (bakterie aerobowe). Wartość tę uzyskuje się w wyniku pomiaru zużycia tlenu przez badaną próbkę wody lub ścieków w ciągu 5, 7 lub 20 dób (Oznaczając to odpowiedni BZT5, BZT7 lub BZT20). Pośrednio określa się w ten sposób stężenie substancji organicznej podatnej na biodegradację. BZTn jest wskaźnikiem czystości wody i jakości oczyszczanych ścieków: im wyższa wartość BZTn tym większe zanieczyszczenie (ilość związków organicznych). Z przyczyn praktycznych częściej stosowane jest BZT5 lub BZT7.

    Dodano: 05.08.2010. 00:17  


    Najnowsze