background image

 

1.  Wstęp teoretyczny 

Działalność człowieka może powoduje emisję gazów odlotowych do powietrza. Dzieje się tak, 

w wyniku procesów zachodzących m. in. w: lakierniach, fabrykach farb, lakierów i rozpuszczalników, 
odlewniach metali, wytwórniach płyt wiórowych i sklejek, zakładach przetwórstwa artykułów 
spożywczych, fermach wielkostadnych, przetwórniach odpadów zwierzęcych, kompostowniach czy 
oczyszczalniach ścieków. Gazy odlotowe zawierają mieszaninę  związków organicznych tj. 
węglowodorów nasyconych i nienasyconych, węglowodorów aromatycznych, chlorowcopochodnych, 
alkoholi, aldehydów i ketonów, estrów, kwasów, amin (trietyloamina), składników cykloalifatycznych, 
związków zawierających siarkę.  

Do metod usuwania zanieczyszczeń z gazów odlotowych należą: adsorpcja, absorpcja, 

ozonowanie, utlenianie termiczne oraz metody biologiczne.  

Biologiczne  metody usuwania zanieczyszczeń polegają na wykorzystaniu mikroorganizmów 

zawieszonych w roztworach wodnych  lub unieruchomionych w nośnikach stałych w postaci biofilmu. 
Cały proces zachodzi w bioreaktorze, gdzie zachodzi sorpcja oraz biodegradacja zanieczyszczeń przy 
udziale mikroorganizmów. W wyniku rozkładu substancji organicznych uzyskuje się energię i 
metabolity do syntez  struktur komórkowych. Stosowanie tego typu metod wiąże się z kilkoma 
ograniczeniami wpływającymi na przebieg procesu tj.  zawartość metali ciężkich oraz oparów 
kwasów, podatność zanieczyszczeń na rozkład biologiczny oraz temperatura.  

 

2.  Cel ćwiczenia 

Celem ćwiczenia jest określenie możliwości biologicznego usuwania zanieczyszczeń organicznych 

z gazów odlotowych w bioreaktorach.  

Ćwiczenie obejmuje: 

- ocenę efektywności usuwania fenolu z gazów odlotowych w bioreaktorze z wypełnieniem wiórami 
drzewnymi 

-analizę wpracowania bioreaktora i jego eksploatacji na podstawie oznaczenia ogólnej liczby bakterii. 

 

3.  Opis przebiegu wykonywania badań 

Oznaczenie zawartości fenolu w powietrzu 

Stanowisko badawcze składa się z: dmuchawy membranowej przez którą powietrze 

wprowadzane jest do układu, zaworu, płuczki zawierającej zanieczyszczenie (fenol), rotametr 
mierzący przepływ przez cały układ oraz dwóch bioreaktorów. Zanieczyszczone powietrze 
wprowadzane jest przez filtr Schotta umieszczony na wysokości  1 cm od dna. Do bioreaktorów 
wprowadza się bakterie immobilizowane w nośnikach o charakterze sorbentów, których objętość 
nasypowa wynosiła 0,5 m

3

. W bioreaktorze 1, jako nośnik zastosowano węgiel aktywny, a w 

bioreaktorze II wióry dębowe.  Nośniki również zostały zasiedlone bakteriami. Cały układ został dwa 
razy w tygodniu zasilany ściekami bytowo – gospodarczymi.  

background image

 

Próbki do badań pobiera się zarówno przed układem biologicznym i za. Oznaczenia wykonano 

zarówno dla bioreaktora z węglem aktywnym, jak i z wiórami. Do próbnika pobiera się w ciągu 
minuty. Następnie wykonuje się chromatografie gazową. I oznacza się za jej pomocą zawartość 
fenoli. 

Oznaczenie liczebności bakterii w nośnikach bioreaktora 

Do 90ml 0,1% roztworu pirofosforanu sodowego dodano 10g wiórów  dębowych z bioreaktora,  

zasiedlonych  przez  bakterie  na  drodze  immobilizacji.  Uzyskano  rozcieńczenie  10

-1

,  po  czym 

wytrząsano przez 30 minut. Następnie przystąpiono do dalszego rozcieńczania w próbkach.  Do 9ml 
wody  w  warunkach  jałowych  dodano  1ml  zawiesiny  i  uzyskano  rozcieńczenie  10

-2

.  Czynność  tą 

powtórzono do uzyskania rozcieńczenia 10

-7

.  

Kolejnym etapem ćwiczenia było wykonanie posiewów. W posiewie powierzchniowym na płytki 

Petriego  (podłoże  stałe  agarowe  odżywcze  zwykłe)  naniesiono  0,1ml  zawiesiny  i  rozprowadzono 
delikatnie  po  płytce  za  pomocą  głaszczki  uprzednio  styrylizowanej  denaturatem.  Dokonano 
posiewów z zawiesin o rozcieńczeni 10

-5

, 10

-6

, 10

-7

W  posiewie  głębinowym  na  puste  płytki  naniesiono    1ml  zawiesiny,  zalano  rozpuszczonym  

podłożem i delikatnie rozprowadzono. Dokonano posiewów z zawiesin o rozcieńczeni 10

-5

, 10

-6

, 10

-7

Po wykonaniu posiewów hodowle umieszczono w inkubatorze w temperaturze 26

o

C na 2 dni. Po 

okresie inkubacji policzono kolonie, określono liczbę bakterii zasiedlających wypełnienia bioreaktora 
wyrażone jako jtk w przeliczeniu na 1g wypełnienia. Wyniki przedstawiono w tabelce.   

 

 

 

 

background image

 

4.  Obliczenia 

 

a)  Obciążenie bioreaktora ładunkiem zanieczyszczeń A

Ł

 [g/m

3

*h] obliczono ze wzoru: 

 

 

 

 

 

A

Ł 

= S

o

*P/V 

gdzie: S

o

 – stężenie zanieczyszczeń  w powietrzu doprowadzanym do bioreaktora [g/m

3

 

    P – przepływ powietrza przez bioreaktor P = 0,05m

3

/h 

 

    V – objętość robocza bioreaktora V = 0,0005m

 

 

 

 

A

Ł

 = 1,530*0,05/0,0005 = 153 [g/m

3

*h] 

b)  Obciążenie objętościowe bioreaktora A

v

 [m

3

/(m

3

*h)] obliczono ze wzoru: 

 

 

 

 

 

A

= P/V 

 

 

 

 

A

= 0,05/0,0005 = 100 [m

3

/(m

3

*h)] 

c)  Stopień usuwania zanieczyszczeń organicznych z powietrza ῃ [%] obliczono ze wzoru: 

 

 

 

 

 

ῃ = [1-S

k

/S

o

]*100 

gdzie: S

o

 – stężenie zanieczyszczeń  w powietrzu doprowadzanym do bioreaktora [g/m

3

 

    S

– stężenie zanieczyszczenia w powietrzu oczyszczonym [g/m

3

 

 

 

 

ῃ = [1-0,119/1,530]*100= 92,22% 

d)  Obliczenie JTK/g nośnika: 

JTK ={( 89+50+50)/3}*10

5

 = 63*10

5

 = 6,3*10

6

 

 

JTK = {(14+20)/2}*10

6

 = 17,0*10

 

5.  Wyniki 

Stężenie fenolu w powietrzu zanieczyszczonym:  1,530 [g/m

3

] 

Stężenie fenolu w powietrzu oczyszczonym – bioreaktor z węglem aktywnym: 0,078 [g/m

3

] 

Stężenie fenolu w powietrzu oczyszczonym – bioreaktor z wiórami drzewnymi: 0,119 [g/m

3

Obciążenie bioreaktora ładunkiem zanieczyszczeń : A

Ł

 = 153 [g/m

3

*h] 

Obciążenie objętościowe bioreaktora: A

v

 = 100 [m

3

/(m

3

*h)] 

Stopień usuwania zanieczyszczeń z powietrza - bioreaktor z wiórami drzewnymi: ῃ = 92,22% 

Stopień usuwania zanieczyszczeń z powietrza - bioreaktor z węglem aktywnym: ῃ = 94,90% 

 

 

background image

 

Zestawienie  wyników  oznaczenia  bakterii  w  nośnikach  bioreaktora  przedstawiono  poniżej  w 

tabeli: 

 

Liczba kolonii 

JTK/g nośnika 

10

-4 

10

-5 

10

-6 

10

-7 

Węgiel – posiew 
powierzchniowy 

nb 

151 

17/22 

1,8*10

Węgiel – posiew 
głębinowy 

nb 

39 

16 

3,9*10

Wióry – posiew 
powierzchniowy 

nb 

89 

5/5 

6,3*10

Wióry – posiew 
głębinowy 

np 

14 

17,0*10

np – niepoliczalne; nb - niebadane  

6.  Wnioski 

Analizując  wyniki  możemy  zauważyć,  że  węgiel  aktywny  jest  lepszym  nośnikiem  dla 

mikroorganizmów.  Metoda  posiewu  głębinowego  jest  dokładniejsza  od  metody  posiewu 
powierzchniowego.  Wynikać  to  może  z  możliwości  przedostania  się  zanieczyszczeń  do  próbki  z 
powietrza  w  przypadku    posiewu  powierzchniowego,  jak  również  z  fakt,  że  przy  metodzie  tej 
pobierana jest dziesięciokrotnie mniejsza objętość próbki, w stosunku do metody głębinowej. 

Bioreaktor  z  węglem  aktywnym  jest  również  nieznacznie  skuteczniejszy  w  usuwaniu 

zanieczyszczeń  z  powietrza.  Jego  skuteczność  to  94,90%,  przy  92,22%  bioreaktora  z  wiórami 
drzewnymi.