Podstawy biologiczne - wykłady 2014


Wykład 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 08.10.2014

Podstawy biologiczne

Rola mikroorganizmów

Negatywna

Uzdatnianie wody do picia na potrzeby gospodarcze (dezynfekcja)

Lekooporność / chorobotwórczość

Legionella (w wodzie ciepłej)

Toksyny sinicowe

„Obrosty” w sieci wodociągowej

W sieci tworzy się biofilm („obrosty”) zawierający mikroorganizmy (również lekoodporne).

Problemy : zapach wody, nanocząsteczki używane w uzdatnianiu wody.

Układy wentylacyjno-klimatyzacyjne budynków

Jakość powietrza atmosferycznego

Zasiedlanie filtrów i kanałów wentylacyjnych drobnoustrojami

Rozwój bakterii i grzybów w zbiornikach wody (klimatyzacja)

Powietrze wewnątrz pomieszczeń - toksyny bakteryjne i mykotoksyny

Problem: woda

Materiały

Korozja metali, betonu

Niszczenie szkła, gumy, skóry, farb, papieru, syntetyki

Rozkład paliw i cieczy eksploatacyjnych (chłodziwa, ciecze hydrauliczne)

Pozytywna

Biotechnologia w ochronie środowiska

Biologiczne oczyszczanie wody

Filtry węglowe / ozon

Filtry piaskowe powolne

Biologiczne oczyszczanie ścieków

Metody konwencjonalne

Metody zintegrowanego usuwania zanieczyszczeń organicznych oraz N i P

Inne rozwiązania

Biosorpcja metali ze ścieków

Ługowanie metali z ubogich rud, odpadowych koncentratów i osadów ściekowych

Odzysk metali

Biologiczne oczyszczanie gazów odlotowych

Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych

Kompostowanie odpadków

Nowe źródła energii

Biosensory

Mikroorganizmy:

Autotrofy

Źródło węgla: CO2 (atmosferyczny + węglany)

Źródło energii: światło - fotosynteza bakterii, fotosynteza glonów i roślin

Utlenianie związków nieorganicznych np.:

Fe (II) -> Fe (III)

H2S -> H2SO4

Nitryfikacja -> NH4 -> HNO2 -> HNO3

CO -> CO2

H2 -> H2O

Heterotrofy

Źródło węgla: związki organiczne

Źródło energii: światło - fotosynteza bakterii

Utlenianie związków organicznych np.:

Glukoza -> glikoliza -> cykl Krebsa -> łańcuch oddechowy -> O2

Oddychanie beztlenowe np.:

Redukcja

Azotanów -> N2 (denitryfikacja)

Siarczanów -> H2S

Węglanów -> CH4

Fermentacje z wytworzeniem kwasów, alkoholi, CO2, H2

W procesie uzdatniania wody stosuje się filtrację pospieszną (praktycznie biorąc nie należy do metod biologicznych) oraz filtry powolne, które działają przy prędkości przepływu wody od 0,1 do 1 m/h przy średnicy ziaren poniżej 0,5 mm. Na powierzchni filtrów wytwarza się błona biologiczna - tzw. mada (2 - 3 cm) - w niej znajdują się rożne organizmy auto- i heterotroficzne, które produkują polimery zewnątrzkomórkowe (EPS) - powodują one zlepianie się komórek. W madzie występują także pierwotniaki, skorupiaki i larwy owadów Złoże jest okresowo czyszczone przez zdjęcie mady - płukane i z powrotem wkładane do złoża.

Do uzdatniania wody stosuje się także granulowany węgiel aktywny (GWA). Na powierzchni GWA także tworzy się błona biologiczna złożona z organizmów jw., przy czym filtry te działają jako sorbent chemiczny. Często filtracja ta połączona jest z ozonowaniem wody (wstępne, pośrednie, końcowe).

Ozonowanie wstępne - usuwanie złożonych związków organicznych

Ozonowanie pośrednie - ułatwia dostęp do związków organicznych mikroorganizmów

Ozonowanie końcowe - dezynfekcja

Skład gatunków mikroorganizmów rozwijających się w GWA zależy od rodzaju zanieczyszczeń występujących w wodzie, a efektywność wzrostu błony zależy od czynników abiotycznych, głównie od ilości tlenu rozpuszczonego. Spośród drobnoustrojów stwierdza się obecność bakterii heterotroficznych z rodzajów Pseudomonas, Actinobacter, Arthobacter, Flavobacterium, Bacillus i autotroficznych-nitryfikacyjnych. Występowanie żelaza i manganu w wodzie sprzyja rozwojowi mikroorganizmów utleniających te pierwiastki, auto- i hetero- i miksotrofów, m.in. z rodzajów Thiobacillus, Siderocapsa, Hyphomicrobium, Gallionella, Leptothrix, Crenothrix, Toxothrix. Grzyby mikroskopowe reprezentowane są przez alternaria, Cladosporium, Aspergillus, Geotrichum, Penicillium, Candida, Cryptococcus, Rhodotorula.

Efekt biodegradacji związków organicznych zależy nie tylko od zawartości tlenu ale i od temperatury, czasu kontaktu. Do oceny sorpcji i biodegradacji w GWA może służyć wskaźnik Eberhardta, Madsena i Southeimera, uwzględniajacy spadek ChZT i ubytek tlenu rozpuszczonego.:

EMS = d ChZT / d O2

Jeśli EMS = 1 to sorpcja i biodegradacja zachodzą z tą samą szybkością, przy EMS > 1 - procesy sorpcji dominują nad biodegradacją, EMS < 1 - biodegradacja zachodzi szybciej niż sorpcja, EMS = 0 - wskazuje na brak obu procesów.

Na powierzchni GWA znajdują się mikro- i mezospory o wymiarach odpowiednio poniżej 1 nm i od 1 do 25 nm oraz makropory o wymiarach powyżej 25 nm. Rozwój mikroflory w filtrach węglowych zachodzi dzięki:

Badania biologiczne zawiesiny błony zmytej z ziaren węgla obejmują oznaczenie:

Usuwanie zanieczyszczeń organicznych na GWA ma zabezpieczać przed rozwojem mikroorganizmów w sieci wodociągowej. Jednak należy liczyć się ze zjawiskiem wypłukiwania drobnoustrojów z filtrów i przechodzenia komórek do sieci dystrybucji wody. Zjawisko to występuje niezależnie od podobnych konsekwencji pojawiających się przy płukaniu filtrów. Płukanie stosuje się celem usunięcia depozytów zatykających złoże i nadmiaru błony biologicznej. Płukanie (fluidyzację filtru) przeprowadza się z użyciem wody, powietrza lub wody i powietrza.

Ochrona sieci wodociągowej przed przedostawaniem się mikroorganizmów wypłukanych z GWA wymaga kontroli ilościowej wody odpływającej ze złoża węglowego. Przyjmuje się, że jedna komórka bakterii zawiera 20*10^-15 g C, a liczba wypłukanych bakterii może sięgać 10^5 JTK/ml. Uważa się, że ilość węgla powyżej 10 ug C/l może wywoływać wtórne zanieczyszczenie sieci wodociągowej. Jednocześnie wykazano, że pył węglowy z GWA chroni mikroorganizmy przed działaniem środków dezynfekcyjnych


Rysunek - Działanie promieniowania UV na łańcuch DNA

Rysunek - Dimer tyminy

Dezynfekcja - ma za zadanie usunięcie wegetatywnych form przetrwalnikowych / komórek chorobotwórczych. Spory bakterii i … grzybów.

Biofilm to heterogenna śluzowata materia złożona z mikroorganizmów, polimerów (egzopolisacharydy - EPS) i innych substancj ichemicznych, w tym niewielkich cząstek. Zawiera 90% wody (% masowy), a jej właściwości zalezą od czynników biologicznych, chemicznych i fizycznych (hydrodynamiki i warunków cieplnych). Warstwa biofilmu od 10u do 1 mm, zawartość komórem 10^7 - 10^9 / cm2, a EPS to > 50%. Błony wys tępują w wymiennikach ciepła, wieżach chłodniczych, zaworach, przewodach, powierzchniach kadłubów statków.

Wanna nawilżająca w klimatyzacji…

Wykład 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22.10.2014

Toksyny

Glony oraz sinice (Cyanobacter) produkują różnego rodzaju toksyny, które mogą się dostawać do wody (pitnej). Najbardziej znane są toksyny sinicowe. Nitrocystyny - produkowane są przez sinice z rodzaju Nitrocistis. Nitrocystyny powodują uszkodzenia wątroby (hepatotoksyny), swoją toksycznością przewyższają arszenik (1 μg na litr). Inna grupa Afanotyksyny - są to toksyny powodujące uszkodzenia układu nerwowego. Cytotoksyny - uszkadzające komórki.

Toksyny sinicowe nie ulegają biodegradacji w środowisku - są oporne na pH, a więc odczyn kwasu żołądkowego. Są termostabilne i nie ulegają rozkładowi przy gotowaniu wody. Zalew Sulejowski - zbiornik zaopatrujący w wodę Łódź. Zbiornik Dobczyce.

Jak unieszkodliwiać - SUW w Sulejowie wprowadził ozonowanie wody i filtrację przez węgiel aktywny.

Nanocząstki

Nanocząstki - cząstki o wymiarach poniżej 100 nm (mniejsze niż niektóre wirusy i bakterie).

Nanocząstki inżynierskie - cząstki produkowane przez człowieka:

Zastosowanie:

Właściwości nanocząstek:

Nanocząsteczka

Zastosowanie

Występowanie w środowisku

Ag

Składnik antybakteryjny (środki czyszczące, farby, tekstylia, tworzywa, membrany filtracyjne)

Występowanie w środowisku: uwalnianie nanocząstek i Ag+

TiO2, ZnO

Farby, cement, kosmetyki samochodowe, katalizatory, powłoki przeciw UV, baterie, membrany

Uwalnianie TiO2 do ścieków i ze składowanych odpadów

Nanorurki węglowe

Elektronika, dodatek do opon i środków smarnych, adsorbenty zanieczyszczeń (m.in. z wody)

Emisja podczas składowania, uwalnianie z materiałów sorpcyjnych

Pt

Katalizatory

Emisja aerozoli

SiO2

Szkło, ceramika, elektronika, produkty farmaceutyczne

Emisja aerozoli i uwalnianie do ścieków

Fe2O3

Dodatek do cementu

Emisja do atmosfery

Fe2O4

Adsorbent zanieczyszczeń

Uwalnianie do ścieków

Kompozyty

Fe/Ni, Fe / Co, Fe / Pd, SiO2 / TiO2

Usuwanie szkodliwych składników m.in. z wody

Uwalnianie do ścieków

Al2O3

Baterie, środki przeciwogniowe, sorbenty

Uwalnianie do ścieków


Działanie nanocząstek na organizmy

Efekty toksyczne nanocząstek

Nanosrebro

TiO2

Nanocząstki glinu

Nanocząstki molibdenu Mo3

Nanocząstki CoCr

Nanocząstki krzemu

Fulereny

Nanorurki krzemowe

Platformy dla leków

Reakcja Fentona?

Drogi rozprzestrzeniania się nanocząstek

Ograniczenia wykorzystania nanotechnologii w oczyszczaniu wody

Prawo Amara

Wykład 4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22.10.2014

Zapach wody i powiązania z mikroorganizmami

Źródła związków zapachowych w wodzie

Kierunki badań

Oznaczenia chemiczne związków odo ryzujących i określenie ich biosyntezy

Grupy związków zapachowych

Składniki terpenowe:

Limonen

Geosmina

2-Metyloizoborneol

1,8 Cineol

Mycren

Geraniol

Nerol

Gamma-Kadinen

Germakren

Kwasy:

Dodekanowy

Heksadekanowy

Tetradekanowy

Alkohole

Pentadekanol

Oktadekanol

Heksanol

Oktanol

Ketony:

2-dekanon

2-undekanon

Estry:

Benzoproponian etylu

Pentadekanon metylu

Ftalan di butylu

Węglowodory

Teradekan

Pentadekan

Oktadekan

Aldehydy:

Trans, trans 2,4-nonadieral

Związki siarki

Disulfid di metylu

Związki azotu

Podział według żywotności komórek na grupy:

Jakie rodzaju zapachy są produkowane przez glony i sinice?

Jaki jest poziom (zakres) zapachu? (stężenia)

Geosmina (GE)

Stężynia toksyczne - 16,6 mg /l

Poziom zapachu - 4 ng / l

MIB

Stężenie toksyczne - 66,9 mg /l

Poziom zapachu - 15 ng / l

Wpływ warunków środowiska na produkcję związków zapachowych

mg P / l 0,003 - 0,016

mg NNO3 / l 0,05

N:P - 10 - 20

Światło 1000 lx 5,9 g/l GE

40 dni hodowli Oscillatoria 338 g / l MIB

Biomasa często brak kolrelacji

Stymulacja wzrostu glonów geosmina stymuluje rozwój zielenic

Jakość wody pod względem zapachu zależy od jakości wody powierzchniowej. Należy kontrolować wzrost glonów i sinic w pobliżu ujęć wody, na złożach infiltracyjnych. Należy badać wnętrza przewodów ze złoża infiltracyjnego do SUW.

Wykład 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29.10.2014

Bioaerozole

Składniki bioaerozoli:

W fazie rozpraszającej, która stanowi powietrze mogą występować krople wody lub innych cieczy, pyły przemysłowe, pyły doglebowe, różnego rodzaju włókna itp. Wielkość cząstek pochodzenia biologicznego wynosi zazwyczaj poniżej 100 um.

Oddziaływanie:

Infekcje drobnoustrojami patogennymi

Efekty zdrowotne:

Efekty niszczenia materiałów:

Korozja metali, betonu

Niszczenie szkła, skóry, papieru, tkanin, drewna, syntetyków

Miejsce występowania zanieczyszczeń mikrobiologicznych:

Pomieszczenia mieszkalne i biurowe

Szpitale

Obiekty hodowli zwierząt i weteranyjne

Oczyszczalnie ścieków

Składowiska odpadów

Agrotechnika (elewatory, roszarnie lnu, punkty omłotu zbóż, paczkarnie nasion (ziół), stodoły

Zakłady obróbki powierzchniowej metali

Zakłady włókiennicze i garbarskie

Zakłady farmaceutyczne

Obiekty biotechnologiczne

Liczebność drobnoustrojów - przykłady

Ściany gipsowe zawilgocone - grzyby

Urządzenia wentylacyjne - grzyby, bakterie

Systemy chłodziw - ciecze emulsyjne, powietrze, grzyby

Czyszczenie lnu / omłoty zbóż - grzyby

Szpitale (dane z Niemiec)

Infekcje szpitalne

Ryzyko infekcji po operacji czystych (np. operacja tarczycy) sięga około 5%.

Po operacjach lekko zanieczyszczających powietrze (np. resekcja płuc) ryzyko sięga 11%.

Po operacjach zanieczyszczających powietrze (np. operacja jelit) ryzyko sięga 16%.

Po operacjach brudnych (np. perforacje jelit, wrzody) sięga 40%.

Eschericha Coli, drożdżaki…

…wewnątrz przewodów może osiągać 6000 jednostek tworzących kolonie na gram pyłu, a bakterii 5000 jednostek tworzących kolonie.

Woda stosowana w systemach klimatyzacji zawiera liczne mikroorganizmy w tym gronkowce i bakterie Legionella.

Liczba grzybów w pomieszczeniach nie powinna przekraczać 150 JTK / m3 (grzybów nieprodukujących toksyn). Liczba bakterii 300 - 500 JTK / m3.

Układ wentylacyjne powinien chodzić całą dobę, nie powinno być wyłączeń nocnych (nie powinno być przestojów) - filtry najlepiej żeby były zgrubne oraz dokładne (2). Powinny być często wymieniane.

Kanały powinny być czyszczone. Woda powinna być kontrolowana na zawartość mikroorganizmów. W przypadku stwierdzonych zanieczyszczeń (nawet na oko), należy osady usunąć mechanicznie, umyć przy udziale detergentów, wypłukać czystą wodą, wtedy można zastosować chlor do odkażenia urządzenia. Parowniki także nie zabezpieczają przed dostawaniem się do wentylacji.

Niszczenie materiałów

Mikrobiologiczne niszczenie materiałów użytkowych:

Najłatwiej rozkładalna jest hemiceluloza (oraz celuloza) - do prostych cukrów. Bardzo trudno rozkładalne są ligniny (jednostki fenylopropanu). Ligninę stosunkowo prosto rozkładają grzyby białej zgnilizny drewna (grzyby typu huby, opieńki, boczniaki). Grzyby te posiadają 3 różne grupy enzymów (w tym lakazy) w tym takie które działają w sposób zbliżony do reakcji wolnorodnikowych (reakcja Fentona) - produkują wodę utlenioną i wolne rodniki.

Mikrobiologiczne niszczenie kamieni budowlanych poprzez:

Korozja betonu, która zachodzi wskutek reakcji kwasów lub ditlenku węgla z wodorowęglanem wapnia (wapno gaszone) i węglanem wapnia. Kwas i CO2 produkowane są przez mikroorganizmy.

CO2 + kwas mlekowy + H2O -> mleczan wapnia *H2O

Ca(OH)2 + 2CH3COOH ->

W obecności bakterii utleniających związki siarki powstaje gips:, który reaguje z minerałami zawierającymi glin i tworzy się etryngit (sól Candlota) . Sól ta zwiększa objętość 1,7 krotnie, wywołując tzw. korozję pęczniejącą. W konstrukcjach żelbetowych dodatkowo zachodzi korozja mikrobiologiczna stali.

Bakterie redukujące siarczany obecne w ściekach wydzielają siarkowodór. Na sklepieniu (w miejscach korozji) kanału żyją bakterie utleniające siarkowodór do kwasu siarkowego (z użyciem ditlenku węgla).

Tworzywa oporne na działanie mikroorganizmów

Folia polietylenowa - 42 dni UV + grzyby fuzarium (10 lat) - ubytek polietylenu o 8%

Polistyren + UV + 5% ketonu winylowego - ubytek o 1%

Polietylen, polistyren w glebie - 32 lata - niewielki ubytek polietylenu

Poliamidy (nylony) są łatwo rozkładalne przez mikroorganizmy (bakterie i grzyby) np. nylon6 lub nylon 11. Związki te zawierają grupy aminowe i są stosowane do wyrobu ubrań i odzieży sportowej, dywanów, skóry sztucznej.

Poliuretany są szeroko stosowane do wyrobu pianek, gum, skóry syntetycznej, farb i włókien.

Wielu autorów stwierdziło, że poliuretany (PU) typu poliestrów sa rozkładane przez grzyby z większą efektywnością aniżeli typu polieterów. Wprowadzenie takich elementów polepsza biodegradację.

Aby polepszyć rozkładalność syntetyków wprowadza się skrobię w łańcuch (do 20%), co polepsza rozkładalność, ponieważ bakterie i grzyby atakują miejsce, w którym znajduje się skrobia.

Guma naturalna łatwo ulega rozkładowi, ponieważ ulega i chłonie wodę. Guma wulkanizowana także ulega biodegradacji, ale łatwiej aniżeli naturalna. Do wzmocnienia gumy stosuje się dodatki (takie jakie butan i silikony).

Wilgotność względną, przy której zachodzi rozwój mikroorganizmów na materiałach:

Drewno - 65%

Tapety - 56%

Szkło - 75-90%

Tekstylia > 65% (24% wzrost grzybów)

Zaprawa murarska z farbą emulsyjną 5 - 9%

Przy 0,5% wilgotności bakterie mnożą się na filtrach powietrza w klimatyzacji.

Biocydów nie powinno dawkować się do benzyny. Można je dodawać do paliwa lotniczego lub do paliwa dla okrętów wojennych.

Wykład 6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 05.11.2014

Korozja mikrobiologiczna jest odmianą korozji elektrochemicznej metali

Wodorotlenek żelaza (II) rozpuszcza się w wodzie. Wodorotlenek żelaza (III) nie rozpuszcza się w wodzie.

Najczęściej do korozji dochodzi tam gdzie tworzą się biofilny.

Grupy drobnoustrojów biorące udział w procesie korozji:

Przy korozji elektrochemicznej, przy obecności tlenu następuje depolaryzacja tlenowa, co daje produkt korozji w postaci strontu. Produkt korozji tworzy warstwę pasywacyjną (produkty korozji chronią powierzchnię metalu przed dalszą korozją).

W warunkach beztlenowych zachodzi depolaryzacja wodorowa - tworzą się siarczki, które pasywują powierzchnię.

W przypadku korozji mikrobiologicznej nie zachodzi pasywacja - korozja zachodzi cały czas. Bakterie utleniają żelazo (II) do żelaza (III).

Korozja mikrobiologiczna są przyczyną niszczenia zbiorników paliwa.

Mechanizmy mikrobiologicznie indukowanej korozji (MIC)

Zróżnicowanie obszarów natlenienia w układzie woda-biofilm-metal (ogniwo tlenowe)

Współzależności pomiędzy grupami bakterii w konsorcjum

Inaktywacja (niszczenie) inhibitorów korozji

Korozja mikrobiologiczna - w zbiornikach i w przewodach. Bakterie uodparniają się na działanie inhibitorów, przez co inhibitory staja się dodatkowym źródłem „pożywienia”

Metody badań korozji:

Inaktywacja (niszczenie) inhibitorów korozji:

Metody hamowania korozji

1) Interakcje biochemiczne (usuwanie czynników korozji)

Denitryfikatory konkurują o substraty (LKT) z bakteriami redukującymi siarczany. Azotyny hamują rozwój BRZ, ponieważ hamują reduktazę siarczynową (redukcja siarczynu do H2S i siarczków). Inne, które utleniają…

2) Tworzenie warstwy ochronnej - warstwa EPS tworzy barierę i wiąże metale (w tej warstwie zachodzą rożnego rodzaju procesy)

3) Wytwarzanie związków hamujących proces - produkcja antybiotyków lub inhibitorów jak poliglutaminian (B. licheniformis)

4) produkcja biosurfaktantów - biosurfaktanty tworzą barierę, obniżają zawartość tlenu

5) bakteriofagi - bakteriofagi (wirusy bakterii) niszczą komórki bakterii.

Korozja mikrobiologiczna pojawia się wszędzie tam gdzie są metal, woda i tlen.

Przy przekroczeniu czasu zatrzymania osadu następuje faza endogennej respiracji (oddychanie wewnątrzkomórkowe) - bakterie zużywają wszystkie zapasy z komórek (kolejno: węglowodany, tłuszcze, białka) i następuje śmierć (rozkład komórki). Spada ilość osadu czynnego i pojawia się duża ilość wrotek (najwięcej), nicieni. Efekt oczyszczania spada.

Czynniki wpływające na osad czynny:

Wykrywa się od 2 do 20% bakterii obecnych w osadzie czynnym. Można też używać sond.

Procesy biochemiczne zachodzące w procesach rozkładu ścieków:

W warunkach tlenowych:

Białka (CHNOS(P)) - bakterie wytwarzają zewnątrz komórkowe enzymy (proteazy), ścinające białka do polipeptydów, peptydów (min. 3 aminokwasy), a następnie aminokwasów.

Bakterie patogenne

Zawartość bakterii patogennych

Rodzaj / gatunek

Zawartość komórek na gram fekalia (dawka infekcyjna)

Przeżywalność w formie wirulentnej 20-30 °C (miesiące)

Enterowirusy

10^7

3

Wirus Hepatitis A

10^6

3

Salmonella typhi

10^8

2,4

Salmonella spp

10^8

3

Vibro Cholerae

10^7

1

Escherichia coli

10^8

3

Campylobacter jejuni

10^7

0,3

Giardia labla (nicień)

10^5

0,8

Entamoeba histolyca (ameba)

10^5

0,8

Ancytostoma dudenale

10^2

3

Trichuris trichura

10^3

9

Taenia saginata

10^4

9

Atcaris lumbricoides

10^4

12

Te patogeny przechodzą przez oczyszczalnie ścieków - może być zatrzymane ok. 2%. Mogą trafić do osadów fermentowanych.



Wyszukiwarka