IMG31

z kompletnym wymieszaniem mają najczęściej zwartą budowę, a ściek i recyrkulowany osad są wprowadzane często w wielu punktach jednocześnie. Warunki takie najłatwiej uzyskać w systemach zblokowanyoh.

Reaktory o przepływie tłokowym mają odmienny kształt Recyrkulowany osad jest mieszany z dopływającym ściekiem - na początku bardzo wydłużonej, stosunkowo wąskiej - komory. W rezultacie bakterie napotykają tam ściek o stosunkowo wysokim stężeniu. W miarę jak osad przepływa wzdłuż takiej komory, środowisko otaczające bakterie, a w konsekwencji także ich stan fizjologiczny, podlega wyraźnym zmianom. W początkowej części reaktora bakterie znajdują się w warunkach obfitości pokarmu. Substancje ściekowe zostają jednak szybko związane i w dalszej części komory osad unosi się już w oczyszczonym ścieku. Bakterie korzystają tam już tylko z substratów związanych w pierwszej części reaktora. Krążąc między reaktorem a osadnikiem wtórnym, w kolejny*^ rylrlarh ęggd pryftyiyp naprzemienne fazy obfitości i braku pokarmu (ryc. 5). Dlatego takie systemy bywają nazywane systemami niejednorodnymi (lub gradientowymi). Warunki najbardziej zbliżone do przepływu tłokowego zapewnia kaskada mniejszych reaktorów o kompletnym wymieszaniu. Taki układ ogranicza bowiem możliwość mieszania

_    „ _ ,    , . ,    .    , wzdłuż drogi przepływu ścieku, podkreśla-

Ryc. 5. Porównanie systemów jednorodnych .    ..    ...    ...

(o kompletnym wymieszaniu) i systemów gradieo- W 8»^tent P™steenny. W rzeczywistości towych (z przepływem tłokowym)    każdy reaktor stwarza warunki pośrednie,

zbliżając się bardziej do jednego lub drugiego typu. Reaktory sekwencyjne (SBR) mogą naśladować jeden lub drugi typ zależnie od sposobu wprowadzania kolejnych porcji ścieku i mieszania ich z zawartością komory. Zamiast zróżnicowania przestrzennego może tam występować zróżnicowanie czasowe w obrębie pojedynczego cyklu.

Z punktu widzenia bakterii systemy jednorodne i gradientowe to bardzo różne sytuacje, wymagające odmiennych adaptacji. Przepływ tłokowy sprzyja bakteriom, które potrafią w krótkim czasie związać duże ilości substratu, kiedy pojawia się on w wysokim stężeniu. W takich warunkach „premiowana” jest także umiejętność gromadzenia wewnątrzkomórkowych zapasów, ułatwiających przetrwanie okresów braku substratu w otoczeniu. Z kolei systemy o kompletnym wymieszaniu sprzyjają organizmom, które preferują warunki stabilne. Mają wysokie powinowactwo do substratu, potrafią skutecznie wiązać rozcieńczone substraty i są odporne na głód. Można zatem oczekiwać, że reaktory z kompletnym wymieszaniem i reaktory z przepływem tłokowym będą sprzyjać ga-

m

o

t-.

(w

I

i

1

tatą

n

mvf

t- ■

tunkom o odmiennych właściwościach. Dotyczy to przede wszystkim bakterii. Ich rozwój zależy bowiem bezpośrednio od stężenia substancji ściekowych. Tego rodzaju krótkotrwałe wahania stężeń mają prawdopodobnie mniejszy wpływ na wyższe poziomy troficzne. Przykłady dotyczące wpływu konfiguracji reaktora na wynik konkurencji między różnymi grupami bakterii są opisane w rozdziale dotyczącym puchnięcia osadu.

^ Usuwanie substancji biogennych

Niezależnie od mineralizacji materii organicznej ważnym zadaniem oczyszczalni ¹ Z    jest usuwanie mineralnych substancji biogennych, takich jak azot i fosfor. Pierwiastki te

powodują wzrost żyzności (eutrofizację) zbiorników wodnych. Dostarczanie ich w ście- ' .. -'2¹    Eaćnjesf jedną ż głównycK przyczyn przyśpieszonej eutrofizacji wód. Nadmierny wzrost

żyzności jest szczególnie dotkliwy dla jezior i przybrzeżnych wód morskich, gdzie zakwity glonów i sinic prowadzą do bardzo niekorzystnych zmian środowiskowych i znacznego pogorszenia jakości wody. Niezależnie od ich roli w eutrofizacji nadmierne'ilości różnych form azotu w zbiornikach wodnych mają także inne, negatywne konsekwencje.

W każdej oczyszczalni bakterie wiążą azot i fosfor, wbudowują: je w nowo syntetyzowany materiał komórkowy. Pierwiastki są wiązane w takich proporcjach, w jakich występują w bakteryjnej biomasie. Jednak w porównaniu do zapotrzebowania bakterii przeciętne ścieki bytowe zawierają znaczny nadmiar azotu i fosforu w stosunku do węgla organicznego. Dlatego czynnikiem ograniczającym produkcję bakterii w osadzie czynnym jest najczęściej węgiel organiczny. Niezwiązany nadmiar azotu i fosforu pozostaje w oczyszczonych ściekach. Przedstawiony mechanizm jest dalece niewystarczający, ponieważ pozwala usunąć ok. 30% azotu i fosforu z przeciętnych ścieków bytowych. Skuteczne usuwanie każdego z tych pierwiastków wymaga stosowania specjalnych metod.

Azot

Do usuwania azotu wykorzystuje się denitryfikację. W jej wyniku azot ulatnia się do atmosfery w postaci gazowej jako N_r Denitryfikacja to sposób oddychania, z którego korzystają niektóre mikroorganizmy, kiedy w środowisku zabraknie tlenu. Utlenione formy azotu są używane wtedy zamiast tlenu cząsteczkowego, a zredukowany przy tym do postaci gazowej azot jest produktem ubocznym. Denitryfikacja wymaga utlenionych form azotu, który tymczasem dopływa do oczyszczalni głównie w postaci zredukowanej jako azot organiczny i amonowy. Ten pierwszy ulega przekształceniu w jony amonowe w wyniku mineralizacji substancji organicznych. Proces ten, nazywany «monifikacjq, jest najefektywniej realizowany przez tlenowe bakterie heterotroficzne. Z kolei za utlenianie

17