1. Zastosowanie wyników badań ekotoksykologicznych.

- Atestacja związków chemicznych i wyrobów handlowych

- Wyznaczenie dopuszczalnych ładunków ścieków odprowadzanych do wód

- Wyznaczenie bezpiecznych stężeń związków chemicznych dla biocenoz wodnych

- Oceny zagrożenia i ryzyka w środowisku

- Monitoring środowiska

- Służą do wyboru sposobów chemicznego podczyszczania ścieków

- Oceny przebiegu procesów oczyszczania ścieków w oczyszczalniach biologicznych

- Oceny jakości wody przeznaczonej do spożycia

2. Omów parametry opisujące ekotoksyczność ścieków.

LC50-t – stężenie powodujące śmierć 50% osobników w czasie trwania testu „t” w porównaniu z kontrolą

EC50-t – stężenie powodujące wystąpienie pewnego efektu w 50% w czasie trwania testu „t” w porównaniu z kontrolą

IC50-t – stężenie powodujące 50% inhibicję (zahamowanie) procesu biologicznego

NOEC – najwyższe przebadane w teście stężenie niepowodujące obserwowalnych (w sensie statystycznym) zmian w porównaniu z kontrolą , w czasie trwania testu „t”

LOEC – najniższe przebadane w teście stężenie niepowodujące obserwowalnych (w sensie statystycznym) zmian w porównaniu z kontrolą , w czasie trwania testu „t”

Jednostki toksyczności TU (a – ostre, c – chroniczne)

TUa – 100/LC(EC)50

TUc – 100/NOEC

CMC 0,3 TUa

Stężenie nieoddziałujące szkodliwie na organizmy w miejscu wprowadzania ścieków do odbiornika w ciągu 1 godziny

CCC TUc

Stężenie niewywołujące efektów toksycznych w strefie wymieszania z wodą odbiornika w okresie 4dni

3. Omów mikrobiologiczny proces oczyszczania wody. Podaj cechy GWA umożliwiające adhezję i rozwój bakterii w błonie biologicznej.

Biologiczne metody w uzdatnianiu wody – obejmują rozkład związków organicznych przez mikroorganizmy heterotroficzne i utlenianie związków nieorganicznych przez autotrofy chemolitotroficzne.

Metody biologicznego oczyszczania wody:

- filtracja powolna

- filtracja przez biologicznie aktywne filtry węglowe

Filtracja powolna – rola mikroorganizmów

- bakterie i grzyby heterotroficzne biorą udział w rozkładzie związków organicznych

- autotroficzne bakterie utleniają związki nieorganiczne

- organizmy zwierzęce regulują grubość błony, odżywiają się mikroorganizmami i drobnymi martwymi cząstkami zatrzymywanymi w filtrze

Biologicznie aktywne filtry węglowe BAFw – zawierają najczęściej granulowany węgiel aktywny

Efektywność działania węgla aktywnego zależy od:

- uziarnienia

- powierzchni właściwej

- obecności grup funkcyjnych

- parametrów hydraulicznych

- temperatury

- czasu kontaktu z błoną biologiczną

Granule węgla aktywnego zawierają: makropory, mikropory, mezopory.

Struktura mikroporów ( < 1 ) – wysoka zdolność adsorpcyjna w stosunku do cząstek zanieczyszczeń.

Struktura mezo i mikroporów ( 1 – 25 i > 25 ) – efektywne zasiedlanie przez mikroorganizmy przeprowadzające biodegradację związków organicznych.

4. Na czym polega lekooporność bakterii?

Lekooporność bakterii – jest to oporność bakterii na antybiotyki

Wyróżnia się:

- oporność naturalna – może wynikać z braku w komórkach danego gatunku miejsca docelowego dla leku, obecności struktur ograniczających możliwości jego dotarcia do celu lub funkcjonowania konkretnych mechanizmów oporności, które kodowane są przez geny specyficzne dla danego gatunku.

- oporność nabyta – pojawia się wskutek zjawisk genetycznych (np. mutacji). Z łatwością przeżywają przy dużym stężeniu antybiotyków.

Mechanizmy przekazywania lekooporności: koniugacja, transdukcja, transformacja.

Lekooporność drobnoustrojów przejawia się:

- w wytwarzaniu enzymów unieczynniających antybiotyków modyfikujących jego budowę

- w modyfikacji miejsc docelowych leków

- w zmianach w budowie błony zewnętrznej hamującej transport antybiotyku do komórki

- w wytwarzaniu substancji wiążących leki

- w aktywnym usuwaniu chemioterapeutyku z komórki

5. Omów fazy rozwoju biofilmu i opisz jego strukturę.

Wzrost biofilmu:

1. Tworzenie chemofilmu przez adhezję cienkiej monowarstwy złożonej z cząstek organicznych i jonów na powierzchni

2. Transport mikroorganizmów na powierzchnię  ruchy Browna, sedymentacja

3. Przyczepienie mikroorganizmów i ich wzrost

4. Transport substratów przez zewnętrzne ciekłe podłoże do wnętrza biofilmu:

   1. Dyfuzja molekularna

   2. Dyfuzja wirowa

5. Reakcje biologiczne „miejsc aktywnych”

6. Transfer masy z biofilmu

7. Odrywanie się części biofilmu wskutek obumierania, czy migracji i ścierania

Wzrost biofilmu w czasie:

– masa biofilmu w czasie t

- max. masa biofilmu

b – parametr empiryczny, odwrotnie proporcjonalny do sił hydrodynamicznych działających na powierzchnię błony i ilości przyczepionej biomasy

Struktura biofilmu

- heterogenna śluzowata materia złożona z mikroorganizmów, polimerów i innych substancji chemicznych, w tym niewielkich cząstek

- zawiera ponad 90% wody, właściwości zależą od czynników biologicznych, chemicznych i fizycznych (hydrodynamiki i warunków cieplnych)

- grubość od 10 do 1 mm

- zawartość komórek 10⁷ -10⁹ / cm²

- zawartość EPS > 50% ogólnej zawartości związków organicznych, często ujemny ładunek

6. Korozja mikrobiologiczna metali (różnica między korozją mikrobiologiczną i elektrochemiczną, grupy drobnoustrojów biorące udział w procesie, charakterystyczne reakcje).

Korozja – niszczenie materiałów pod wpływem reakcji chemicznych lub elektrochemicznych zachodzących w środowisku

Korozja elektrochemiczna – korozja metali spowodowana procesami elektrochemicznymi, zachodząca wskutek występowania różnych potencjałów na powierzchni korodującego obiektu znajdującego się w środowisku elektrolitu.

Korozja mikrobiologiczna – pojawia się w obecności bakterii, grzybów, mikroorganizmów, wiąże się z procesami metabolicznymi mikroorganizmów.

Grupy drobnoustrojów biorących udział w procesie korozji:

- redukujące siarczany

- utleniające żelazo/mangan

- redukujące żelazo/mangan

- wytwarzające kwasy

Mechanizm chemiczny korozji metali

• Mechanizm elektrochemiczny korozji metali występuje w środowisku przewodzącym prąd elektryczny w wyniku przepływu jonów

a) 2 Zn + O₂  2 ZnO

b) Anoda (-): 2 Zn  2 Zn²⁺ + 4 e^-

Katoda (+): O₂ + 2 H₂O + 4 e^-  OH^-

Roztwór: 2 Zn²⁺ + 4 OH^-  2 Zn(OH)₂

2 Zn(OH)₂  2 ZnO + 2 H₂O

W obszarze anody: uwalnianie elektronów z metalu

W obszarze katody: redukcja tlenu

• W środowisku o pH obojętnym lub zasadowym zachodzi depolaryzacja tlenowa:

Redukcja anodowa:

Me  Me²⁺ + 2 e^-

Redukcja katodowa – depolaryzacja tlenowa:

½ O₂ + H₂O + 2 e^-  2 OH^-

• W środowisku o pH obojętnym lub zasadowym zachodzi depolaryzacja tlenowa:

Korozja mikrobiologiczna pojawia się w obecności bakterii, grzybów, glonów i zależy od procesów metabolicznych mikroorganizmów w odniesieniu do warunków środowiska.

7. Wymień główne źródła nieakceptowanych zapachów wody i podaj przykłady związków powodujących zapach wody.

Źródła zapachu wody:

- związki syntetyzowane w czasie rozwoju organizmów wodnych i magazynowanie w komórkach lub wydzielane przeżyciowo

- substancje uwalniane w reakcjach pozakomórkowych w wyniku działania enzymów na kwasy tłuszczowe i karotenoidy oraz uwalniane do wody ze zniszczonych komórek

- składniki ścieków przemysłowych i produkty ich rozkładu

- produkty procesów

Grupy związków zapachowych:

- glony

- sinice (Oscillatoria, Chlorella)

- promieniowce

- rośliny wyższe

- związki siarki

- związki azotu

Zapach wody mogą powodować także:

- kwasy

- alkohole

- ketony

- estry

- węglowodory

- aldehydy

- promieniowce produkujące różne związki zapachowe

8. Wymień rodzaje zapachów wody i podaj poziom stężeń związków chemicznych powodujących zapach.

Zapach wód – akceptowalny – woda powinna wykazywać zapach bez jakichkolwiek naturalnych zmian

Rodzaje zapachów wód:

- roślinny (R) – w wyniku substancji organicznych, niebędących w stanie rozkładu i nienadających wodzie cech przykrych

- gnilny (G) – w wyniku obecności ciał organicznych w stanie rozkładu gnilnego i nadający wodzie nieprzyjemną woń

- specyficzny – zapach nienaturalny, powodowany obecnością ciał niewystępujących w wodach naturalnych, jak: chlor, fenol, benzyna, denaturat.

Skala intensywności zapachów:

1 – bardzo słaby 2 – słaby 3 – wyraźny 4 – silny 5 – bardzo silny

Toksyczność związków zapachowych:

Związek	stężenie toks. [mg/l]
Geosmina	16,6
MIB	66,9

9. Omów podstawowe typy hydrofitowych systemów oczyszczania wód i ścieków.

Hydrofitowa metoda oczyszczania ścieków – Proces biologiczny zachodzący z udziałem mikroorganizmów heterotroficznych oraz roślin wodnych i wodnolubnych (hydrofitów) egzystujących w odpowiednio zaprojektowanych obiektach – filtrach gruntowych lub stawach.

Podział systemów:

1. System hydrofitowy z powierzchniowym przepływem ścieków

2. System z podpowierzchniowym przepływem ścieków

3. Kombinacje systemów z niewielkim stawem

4. Plantacje wikliny  system gruntowo – roślinny

Podział systemów wg. Osmólskiej-Mróz:

1. Złoża z zakorzenioną roślinnością bagienną  filtry gruntowo – roślinne

   1. z poziomym przepływem ścieków

   2. z pionowym przepływem ścieków

   3. z poziomo-pionowym przepływem ścieków

2. Płytkie zbiorniki z zakorzenioną roślinnością wodną

3. Zbiorniki z roślinnością pływającą

10. Rola roślin w procesie oczyszczania ścieków w oczyszczalniach hydrofitowych.

• bezpośrednia

- pobieranie i akumulacja pierwiastków biofilnych

• pośrednia

- poprawiają hydraulikę podłoża

- wpływają na równomierne rozsączanie ścieków

- stanowią środowisko do zasiedlania mikroorganizmów biorących udział w oczyszczaniu ścieków

- dostarczają tlen do rizosfery (przykorzeniowej warstwy gleby)

11. Zalety i wady hydrofitowych oczyszczalni ścieków.

• ZALETY

- stabilność procesów nawet w warunkach zimowych

- efektywne oczyszczanie ścieków

- duża zdolność buforowa podłoża

- duża trwałość

- niskie koszty i łatwość budowy

- niskie koszty eksploatacji

- łatwość wkomponowania w krajobraz

• WADY

- mała stabilność systemów typu Lemna

- wysokie koszty budowy

- wysokie koszty eksploatacji związane z dużą energiochłonnością, kosztami utylizacji masy rzęsy, zagospodarowaniem osadów

12. Scharakteryzuj 4 fazy fermentacji metanowej.

Fermentacja metanowa to proces mikrobiologiczny, w którym złożone substancje organiczne przekształcane są w metan i dwutlenek węgla. Przebiega on w warunkach beztlenowych, w ekosystemach naturalnych oraz tych sztucznie stworzonych przez człowieka. Jest to proces wielofazowy i przebiega w czterech etapach:

• hydroliza prowadząca do rozkładu polimerów organicznych do związków o prostszej budowie, obejmująca w szczególności rozkład białek do aminokwasów, lipidów do alkoholi i wyższych kwasów tłuszczowych oraz węglowodanów do monosacharydów

• acidogeneza, podczas której z produktów hydrolizy wytwarzane są kwasy karboksylowe, głównie walerianowy, mrówkowy i propionowy

• acetogeneza, podczas której powstaje octan produkowany przez heterotrofy z glukozy oraz przez autotrofy z dwutlenku węgla i wodoru

• metanogeneza, czyli wytworzenie metanu przez metanogeny z octanu lub na drodze redukcji dwutlenku węgla wodorem

13. Scharakteryzuj krótko bakterie metanogenne i mikroorganizmy negatywnie wpływające na wydajność tworzenia metanu.

Bakterie metanogenne – to kluczowa grupa drobnoustrojów odpowiedzialna za produkcję metanu.

• Bakterie nitkowate

• Bakterie rosnące w agregatach (produkują metan z octanu)

• Bakterie zużywające wodór (redukują wodorem CO₂, mrówczan i metanol do octanu)

Mikroorganizmy negatywnie wpływające na wydajność tworzenia metanu:

• Bakterie redukujące siarczany

• Bakterie redukujące azotany

- wytwarzanie H₂S

- wytrącanie siarczków

- zwiększanie pH

- wykorzystywanie jako źródła węgla mleczanów i octanów  zmniejszanie ilości substratów dla bakterii metanogennych

14. Wpływ parametrów fizycznych i chemicznych na proces fermentacji metanowej.

• Temperatura

Warunki mezofilowe: 30 – 37*C optimum 35*C

Warunki termofilowe: 50 – 65*C optimum 55*C

Fermentacja psychrofilna: 15 – 20*C - środowisko naturalne

• Odczyn pH

Optimum pH 7 – 8 można okresowo dodawać alkaliczne Ca(OH)₂ jeśli zachodzi fermentacja kwaśna

• Mieszanie

Zapewnia jednakowe warunki procesu w całej komorze – dotyczy to głównie wyrównania temperatury i odczynu pH

• Tlen

Wymagane warunki BEZTLENOWE – tlen jest toksyczny dla bakterii metanowych. Optymalny potencjał redox –520 do –530 mV

• Stosunek C:N

Azot wymagany w ilości 1,7g N / 100g biomasy. Stosunek C:N w granicach 16 – 19

• Pierwiastki śladowe

Wymagania:

Fe do 2mM, Cu 1mg/l, Ni 100mM, Co 50 mM, Mo 50mM

W procesie powstaje siarkowodór – z metalami tworzy czarne, nierozpuszczalne siarczki.

Strona 14 z 14