2

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.

3

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.

4

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

3

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

v

= P/V

A

v

= 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

k

– 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

6

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%

5

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

9

1,8*10

7

Węgiel – posiew
głębinowy

nb

39

16

1

3,9*10

7

Wióry – posiew
powierzchniowy

nb

89

5/5

0

6,3*10

6

Wióry – posiew
głębinowy

np

14

2

-

17,0*10

6

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.