Osad czynny to nie tylko bakterie – w skład
mikrofauny wchodzi całe mnóstwo pierwot-
niaków oraz organizmy tkankowe. Częste
obserwacje tego samego osadu umożliwiają
wychwycenie bardzo istotnych zmian zwią-
zanych z aktywnością, sposobem poruszania,
obecnością form przetrwalnikowych itp.
Wśród pierwotniaków w osadzie spotykane
są wiciowce, korzenionóżki oraz orzęski
o bardzo zróżnicowanym kształcie oraz
budowie. Najliczniej spotykane są orzęski,
w tym formy pływające (Tetrahymena, Col-
pidium, Paramecium), pełzające (Litonotus,
Chilodonella, Aspidisca) oraz osiadłe (Vorticella,
Epistilis, Opercularia, Podophrya).
Wśród nich obserwujemy gatunki bardzo
wrażliwe na czynniki środowiska, i to właśnie
one są bioindykatorami pracy osadu. Wśród
organizmów tkankowych najczęściej spotyka-
ne są: wrotki, nicienie, czasami brzuchorzęski
lub niesporczaki. Oprócz wrotek, na które
możemy natrafić przez cały rok, organizmy
te występują sezonowo. Obserwacja ich za-
chowania jest cenna przy opisywaniu pracy
osadu. Ich obecność świadczy o jego dobrej
pracy i wysokim stopniu oczyszczania ście-
ków; są one wskaźnikiem dobrego osadu.
Obserwując osad za pomocą mikroskopu,
można otrzymać wyczerpujące informacje
na temat funkcjonowania oczyszczalni.
Rozmiary, stopień skupienia oraz kształt
kłaczków osadu są związane z warunkami,
w których przebiega proces, a ponadto
mają podstawowe znaczenie dla właściwości
sedymentacyjnych osadu. Obecność specy-
ficznych cząstek (materiałów) w kłaczkach in-
formuje o charakterze dopływającego ścieku;
z kolei zmiany w ilości oraz przestrzennym
rozmieszczeniu organizmów nitkowatych
informują o potencjalnym zagrożeniu z po-
wodu puchnięcia osadu. Prowadząc regularne
obserwacje, mamy szansę zauważyć wzrost
znaczenia organizmów nitkowatych, zanim
jeszcze właściwości sedymentacyjne osadu
ulegną pogorszeniu. W przypadku puchnię-
cia postawienie właściwej diagnozy i podjęcie
odpowiednich środków zaradczych wymaga
zidentyfikowania organizmów nitkowatych.
Szczególną rolę w tym zakresie funkcjo-
nowania oczyszczalni zawsze odgrywały
pierwotniaki.
Pierwotniaki są bardzo zróżnicowane pod
względem rozmiarów, kształtów oraz sposobów
poruszania się. Obserwacja pierwotniaków
mgr inż. Sylwia Brzezicka
Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów
44-101 Gliwice, ul. Konarskiego 18
e-mail: sylwia.brzezicka@polsl.pl
Streszczenie
W oczyszczalniach ścieków monitoruje się przebieg pracy przede
wszystkim przy pomocy parametrów fizykochemicznych. W wyko-
rzystującej osad czynny metodzie biologicznej proces oczyszcza-
nia realizowany jest przez zespół żywych organizmów. Kontrola
mikroskopowa jest potrzebna, chociażby w celu sprawdzenia,
czy rozwijają się właściwe organizmy. Ważne jest, aby analiza
mikroskopowa prowadzona była równolegle do badań parametrów
fizykochemicznych. Dysponując zestawionymi wynikami analiz,
mamy większą szansę na wyjaśnienie przyczyn problemów, a in-
formacje te stają się wyjątkowo przydatne, kiedy funkcjonowanie
systemu jest zakłócone.
Summary
The operation of the wastewater treatment plants is monitored
mainly by the means of physical and chemical parameters. In
the biologic treatment, which includes the active sediment, the
treatment process is performed by the group of living organisms.
The microscopic control is important as it allows to check whether
these organisms are growing properly. It is also crucial to conduct
the microscopic analysis simultaneously with the studies on
physical and chemical parameters. Having the compiled results
of analyses, there is a greater opportunity to explain the reasons
for these problems. And this information is becoming especially
useful in case the system is disrupted.
Słowa kluczowe
analiza mikroskopowa, osad czynny, pierwotniaki, „dojrzewanie”
osadu
Key words
microscopic analysis, active sediment, protozoans, ripening of
the sediment
Analiza mikroskopowa
osadu czynnego
na oczyszczalni ścieków
dostarcza dużo informacji na temat całej
biocenozy. Zmiany w składzie gatunkowym
czy modyfikacje proporcji ilościowych mogą
zwracać uwagę na przekształcenia zachodzące
w procesie, ostrzegać przed potencjalnymi
zagrożeniami lub wskazywać na wadliwe
funkcjonowanie systemu. Na przykład obser-
wacja mikrofauny to z pewnością najszybszy
i najtańszy sposób, żeby stwierdzić zatrucie
osadu substancjami toksycznymi. Ograniczona
ruchliwość oraz modyfikacje morfologiczne,
takie jak skurczenie lub zniekształcenie komó-
rek, to wyraźne oznaki niedawnego zatrucia.
Poszczególne gatunki i całe kategorie pierwot-
niaków wykazują zróżnicowaną wrażliwość
na działanie substancji toksycznych. Gatunki
wrażliwe zanikają, a gatunki odporne, korzy-
stając ze zmniejszonej konkurencji, zwiększają
swoją liczebność.
Warto pamiętać, że obserwowanie pier-
wotniaków jest pożyteczne nie tylko w sytu-
acjach awaryjnych. Ich skład gatunkowy oraz
proporcje ilościowe zależą w dużym stopniu
od obciążenia substratowego i wieku osadu,
czyli głównych parametrów określających
funkcjonowanie całego systemu. Kontrola
obciążenia staje się coraz ważniejszym
55
ochrona środowiska
Laboratorium |
7-8
/2007
55
konieczność identyfikowania gatunków.
Oznaczanie gatunków jest trudne, wymaga
dużej wiedzy i pokaźnego zbioru literatury.
Madoni (1994) zaproponował uproszczone
podejście do oceny osadu czynnego na pod-
stawie występujących w nim pierwotniaków.
Metoda jest podobna do indeksów biotycz-
nych stosowanych do oceny jakości rzek za
pomocą makrobezkręgowców. Ocenę osadu
czynnego przeprowadza się bez konieczności
identyfikacji gatunków (z małym tylko wyjąt-
kiem). Założono, że same proporcje ilościowe
dużych i łatwych do rozpoznania kategorii
pierwotniaków pozwalają ocenić kondycję
osadu i funkcjonowanie systemu.
Wiciowce heterotroficzne
Drobne wiciowce o rozmiarach < 10 μm
są stałym składnikiem osadu czynnego.
Stanowią także najliczniejszą kategorię wśród
pierwotniaków w dopływających ściekach.
Zawsze dominują w pierwszej fazie rozruchu
nowej oczyszczalni, a także w systemach
wysoko obciążonych. Żywią się głównie
bakteriami rozproszonymi. Niektóre z nich
są osiadłe lub czasowo przytwierdzają się do
powierzchni. Przy niższych obciążeniach li-
czebność wiciowców ulega wyraźnej redukcji.
Powodem jest silna konkurencja ze strony
orzęsków oraz drapieżnictwo – wiciowce
są preferowanym pokarmem wielu drapież-
nych pierwotniaków. Stwierdzenie wysokiej
liczebności wiciowców w dojrzałym osadzie
świadczy o złym funkcjonowaniu systemu.
Może to być rezultat nadmiernego obciąże-
nia substratowego, braku tlenu lub dopływu
ścieków zagniwających. Wiciowce wykazują
generalnie większą odporność niż orzęski
na niedobory tlenu i obecność substancji
toksycznych. Z powodu swojej odporności
elementem sterowania we współczesnych
oczyszczalniach – na przykład pogodzenie
wymogów nitryfikacji z jednoczesną kontrolą
bakterii nitkowatych wymaga precyzyjnej
kontroli obciążenia.
Osiągnięcie pełnej wydajności procesu
w nowo uruchamianym systemie wyma-
ga czasu. „Dojrzewanie” osadu to okres
intensywnych transformacji jakościowych
i ilościowych. Przebudowa „mikrofauny”
dotyczy nie tylko pojawiania się i zanikania
konkretnych gatunków, ale widoczna jest
także w zmianach dotyczących całych grup
organizmów.
Stopniowy przyrost masy osadu prowadzi
do daleko idących zmian warunków pokar-
mowych. W pierwszym okresie dopływający
do reaktora ładunek substancji ściekowych
napotyka tylko znikomą masę osadu
(obfitość dostępnych substratów pokarmo-
wych, bardzo wysoka aktywność bakterii).
Gwałtowny przyrost populacji bakteryjnych
prowadzi do szybkiego rozwoju żywiących
się nimi pierwotniaków. W pierwszym etapie
pojawiają się te, które potrafią najszybciej
rozmnażać się w warunkach obfitości pokar-
mu bakteryjnego – są to przede wszystkim
najdrobniejsze wiciowce heterotroficzne.
W ślad za nimi pojawiają się pływające
bakteriożerne orzęski. Rozwój wiciowców
oraz pływających orzęsków przyczynia się
do wyraźnego spadku zagęszczenia bakterii
rozproszonych. Jednocześnie ciągły przyrost
masy osadu w reaktorze sprawia, że bakterie
mają do dyspozycji coraz mniej substratów
pokarmowych. Ładunek dopływających
substratów rozkłada się bowiem na coraz
większą masę organizmów i dostępne zasoby
stają się coraz mniejsze. Swobodnie pływające
orzęski są zastępowane przez formy osiadłe
i pełzające, które pobierają pokarm w sposób
wydajniejszy i potrafią przeżyć przy znacznie
niższych zagęszczeniach bakterii niż gatunki
pływające. Formy pełzające żerują także
na bakteriach tworzących kłaczki. Ameby
oskorupione (Testacea) stają się ważnym skład-
nikiem osadu dopiero w późniejszej fazie.
Także wrotki, nicienie, niesporczaki oraz
inne zwierzęta, mające z reguły dużo dłuższy
czas generacji niż większość pierwotniaków,
pojawiają się dopiero w późniejszych etapach
sukcesji. Zmiany w „dojrzewającym” osadzie
czynnym wynikają głównie ze stopniowych
zmian w dostępności pokarmu bakteryjnego,
umiejętności korzystania z różnych jego
rodzajów przez poszczególne gatunki lub
kategorie bakteriożerców oraz z ich zróżni-
cowanego tempa wzrostu.
Skład gatunkowy orzęsków w osadzie
wykazuje wyraźny związek z jakością oczysz-
czonego ścieku. Curds i Cockburn stworzyli
ranking gatunków orzęsków powiązanych
z określonymi zakresami BZT
5
w odpływie.
Wykazali, że znajomość orzęsków w osa-
dzie czynnym pozwala w pewnym zakresie
przewidywać jakość odpływu. Skuteczność
systemu potwierdzono, stosując go w oczysz-
czalniach, z których nie pobierano wcześniej
danych. Polską modyfikację tej procedury
postępowania zaproponował Klimowicz
(1983). Przedstawione metody powstały
na bazie danych uzyskanych z dużej liczby
oczyszczalni, reprezentujących bardzo szero-
ki zakres warunków.
Zaobserwowano istnienie wyraźnego
związku między składem gatunkowym
„mikrofauny” osadu czynnego a warunkami
procesowymi i jakością odpływu. Z prak-
tycznego punktu widzenia zasadniczą wadą
w stosowaniu tych procedur jest jednak
Wirczyk Vorticella sp.
Carchesium polypinum
Vorticella convallaria
Epistylis plicatilis
Epistylis sp.
Orzęski Aspidisca sp.
ochrona środowiska
Laboratorium |
7-8
/2007
56
i szybkiego tempa wzrostu, spośród wszyst-
kich pierwotniaków wiciowce najwcześniej
odradzają się po różnego rodzaju szokowych
zaburzeniach.
Orzęski swobodnie
pływające
Pływające bakteriożerne orzęski to kategoria
również charakterystyczna dla wysokich
obciążeń substratowych i wczesnych etapów
sukcesji w nowo uruchamianych systemach.
Zwłaszcza gatunki o drobnych rozmiarach
z grupy Hymenostomata: Cyclidium, Tetrahy-
mena, Uronema, Colpidium, to organizmy
dominujące w warunkach wysokiego ob-
ciążenia. Orzęski te są zdolne do bardzo
szybkiego wzrostu, ale wymagają przy tym
dużego zagęszczenia bakterii w środowisku.
Przy niższych zagęszczeniach bakterii są
konkurencyjnie wypierane przez inne grupy
o wydajniejszych strukturach filtrujących, np.
przez osiadłe czy pełzające Hypotrichida.
Osiadłe orzęski
bakteriożerne
Osiadłe orzęski z grupy Peritrichidia (np.
Carchesium, Vorticella, Epistylis czy Opercularia)
posiadają bardzo charakterystyczne wydajne
aparaty filtrujące. Przytwierdzają się do
powierzchni kłaczków osadu za pomocą
sztywnych lub kurczliwych stylików. Przed-
stawiciele tej grupy orzęsków to najbardziej
charakterystyczny składnik osadu czynnego.
Występują w szerokim zakresie obciążeń.
Czasami obserwuje się ich masowy rozwój,
kiedy stanowią ponad 80% całej „mikro-
fauny” osadu. Przypuszczalnie świadczy
to o niestabilnych warunkach będących
efektem nagłego wzrostu obciążenia lub jego
znacznych wahań.
Orzęski pełzające
Pełzające bakteriożerne orzęski (np. Aspidisca,
Euplotes, Chilodonella, Trochilia) występują
przede wszystkim w warunkach niskich
i średnich obciążeń. Liczne gatunki pełzają-
ce potrafią korzystać z bakterii związanych
z kłaczkami osadu, niektóre specjalizują się
w połykaniu bakterii nitkowatych. Według
niektórych autorów, stosunek ilościowy form
pełzających do osiadłych ma związek z wy-
dajnością oczyszczalni. Kiedy jego wartość
przekracza 0,5, odpływ jest lepszej jakości.
Zaobserwowano także odwrotną zależność
form pełzających i indeksu objętościowego
osadu. Bardzo wysokie zagęszczenia form
pełzających (powyżej 2 000 osobników ml
-1
)
towarzyszą niskim wartościom SVI (poniżej
200). Natomiast przy wartościach SVI powy-
żej 400 – liczebność orzęsków pełzających
szybko spada (Madoni, 1994).
Ameby oskorupione
(Testacea)
W osadzie czynnym występują najczęściej
przedstawiciele rodzajów: Arcella, Euglypha
i Diflugia. Ich występowanie jest związane
z długim wiekiem osadu, niskim obciąże-
niem, dobrym natlenieniem oraz bardzo
niskim stężeniem azotu amonowego – czyli
z warunkami towarzyszącymi pełnej nitry-
fikacji. Dlatego właśnie Testacea w osadzie
czynnym są uważane za wskaźnik dobrze
przebiegającej nitryfikacji. Opanowują tylko
osady nisko obciążone, ponieważ ich tempo
wzrostu jest bardzo powolne. Liczebność
Testacea zwykle rośnie latem w wyższych
temperaturach. W miarę upływu czasu pod
wpływem soli żelaza domki Arcella nabierają
coraz bardziej intensywnego, brązowożółtego
zabarwienia. Niektórzy traktują intensywność
Opercularia articulata
Cyclidium glaukoma
Dexiostoma campylum
(syn. Colpidium campylum)
Opercularia minima
57
ochrona środowiska
Laboratorium |
7-8
/2007
57
Występowanie określonych gatunków
wskaźnikowych tłumaczy się zwykle ich
wrażliwością na konkretne czynniki środowi-
skowe, takie jak np. temperatura, tlen, pH czy
określone substancje toksyczne. Podstawowe
znaczenie mają przedstawione wcześniej
warunki pokarmowe związane z wielkością
obciążenia substratowego oraz wiek osadu.
Należy jednak pamiętać, że w kształtowaniu
struktury każdego systemu ekologicznego
wielką rolę odgrywają interakcje międzyga-
tunkowe – przede wszystkim konkurencja
i drapieżnictwo. Ich efekty pośrednie mogą
być trudne do przewidzenia. Na przykład
zanik konkretnego gatunku wrażliwego na
dany czynnik może doprowadzić do znaczą-
cych zmian w innym miejscu sieci troficznej.
W każdej oczyszczalni powstaje osad czynny
o swoistych właściwościach. Prowadząc regu-
larne obserwacje, operator ma szansę poznać
i zanalizować osad, nauczyć się odróżniać
zmiany nieistotne od tych bardzo ważnych
dla przebiegu procesu.
Bardzo często zdarza się, że wynik
analizy osadu czynnego ogranicza się
do przedstawienia składu gatunkowego.
Należałoby jednak pamiętać, iż sam skład
gatunkowy w wielu przypadkach nie
jest przydatny. Technolog oczyszczalni
oczekuje informacji dotyczących jakości
osadu, jego kondycji związanej z ilością
pokarmu, tlenu, wieku osadu, stwierdzenia
ewentualnych zaburzeń, ustalenia przyczyn
złej pracy. Informacje takie uzyskamy tylko
i wyłącznie podczas współpracy biologów
ze specjalistami w zakresie technologii
oczyszczania ścieków.
Piśmiennictwo
1. Fijałkowska E., Fyda J., Pajdak-Stós A.,
Więckowski K.: Osad czynny. Biologia i ana-
liza mikroskopowa. Oficyna Wydawnicza
„Impuls”, Kraków 2005.
2. http://www.zwikprudnik.opalnet.pl/ocpi-
gulka.php.
3. http://pl.wikipedia.org/wiki/Protisty.
4. http://members.lycos.co.uk/wopio/hy-
dro.doc.
tej barwy jako dodatkową informację wska-
zującą na wiek osadu.
Niektóre z pierwotniaków są gatunkami
wskaźnikowymi – przede wszystkim są to
gatunki zdolne do życia w warunkach eks-
tremalnych, a więc wskazują na złą kondycję
osadu. Do tej grupy należą orzęski z rodzaju
Opercularia. W osadzie czynnym najczęściej
występują trzy gatunki: Opercularia coarctata,
Opercularia microdiscus i Opercularia minima.
Dość popularne, ale występujące raczej
w niewielkich ilościach, są charakterystyczne
dla wysokich obciążeń i wysokich wartości
BZT
5
w odpływie. Jeśli jednak pojawiają
się w dużych ilościach w systemach, które
powinny pracować przy średnich lub niskich
obciążeniach, to świadczą zdecydowanie
o złych warunkach. Poza tym gatunki te
wykazują stosunkowo dużą odporność na
różne substancje toksyczne, zwłaszcza na
metale. W oczyszczalniach, które mają dużą
domieszkę ścieków przemysłowych zawie-
rających substancje toksyczne, Opercularia
występują często w znacznych ilościach.
Opercularia coarctata bywa jedynym składni-
kiem mikrofauny w oczyszczalniach prze-
mysłowych zasilanych ściekami bogatymi
w metale. Orzęskom z rodzaju Opercularia
często towarzyszy Vorticella microstoma,
również charakterystyczna dla wysokiego
obciążenia. Ten gatunek jest zwykle obecny
we wczesnej fazie rozwijającego się osadu
czynnego i z czasem zostaje zastępowany
przez Vorticella convallaria, która dominuje
w stabilnych warunkach. Przy spadkach
stężenia tlenu obserwowano powrót Vorticella
microstoma, uważanej za dobry wskaźnik
niedoborów tlenowych. Orzęski z rodzaju
Opercularia oraz Vorticella microstoma to
jedyne gatunki, których rozpoznawanie jest
konieczne przy wyznaczaniu Biotycznego
Indeksu Osadu.
Świetnymi wskaźnikami są gatunki bez-
tlenowe, np. orzęski z rodzajów Plagiopyla,
Metopus czy Caenomorpha. Dzięki osobliwej
morfologii można je łatwo rozpoznać pod
mikroskopem. W warunkach naturalnych
żyją w makrosiedliskach pozbawionych
tlenu, takich jak muł sapropelowy. Żywią się
bakteriami siarkowymi i uważane są za wskaź-
niki siarkowodoru. Gdy pojawiają się w osa-
dzie czynnym, wskazują wyraźnie na wadliwe
działanie systemu, np. istnienie martwych
stref, w których osad zalega i zagniwa.
Za wskaźniki dobrych warunków panują-
cych w osadzie czynnym uważa się ameby
domkowe: Arcella sp., Euglypha sp. oraz takie
orzęski, jak: Plagicampa metabolica, Coleps
hirtus czy Vaginicola. Organizmy te związane
są z niskim obciążeniem, długim wiekiem
oraz dobrymi warunkami tlenowymi – z wa-
runkami sprzyjającymi nitryfikacji. W lite-
raturze można spotkać listę organizmów
wskaźnikowych (Salvadó). Kolejność na liście
odpowiada rosnącej jakości odpływu: im
więcej organizmów z dalszych pozycji listy
zawiera osad i równocześnie im większa jest
ich liczebność, tym lepsza jest przewidywana
jakość odpływu:
1. Drobne wiciowce
2. Drobne ameby nagie (<50μm)
3. Vorticella microstoma
4. Uronema nigricans
5. Opercularia coarctata
6. Aspidisca cicada
7. Acineria uncinata
8. Vorticella convallaria
9. Epistylis plicatilis
10. Duże ameby nagie (> 50 μm)
11. Trochilia minuta
12. Euplotes aediculatus
13. Carchesium polypinum
14. Zoothamnium sp.
15. Thuricola kellicotiana
16. Vorticella campanula
Dawno już zauważono, że dobrze pracują-
ce osady, o dobrej jakości odpływu mają na
ogół bardzo urozmaicony skład gatunkowy
pierwotniaków. Z drugiej strony ograniczo-
na liczba gatunków lub silna dominacja
pojedynczej grupy świadczy najczęściej o za-
kłóconym funkcjonowaniu systemu. Indeks
Biotyczny Osadu uwzględnia informację
o różnorodności pierwotniaków, przyznając
wyższą liczbę punktów osadom o większej
różnorodności.
Aspidisca cicada (syn. A. costata)
Euplotes moebiusi
Chilodonella uncinata
ochrona środowiska
Laboratorium |
7-8
/2007
58