Ścieki i ich oczyszczanie. Analiza sanitarna

wody metodą membranową. Analiza

mikroskopowa osadu czynnego z oczyszczalni

ścieków.

Cel ćwiczenia

• Omówienie rodzajów ścieków i metod ich

oczyszczania

• Poznanie metody membranowej jako jednej

z metod analizy sanitarnej wody

• Analiza mikroskopowa osadu czynnego

z oczyszczalni ścieków

Czynniki wpływające na rozwój

mikroorganizmów w środowisku wodnym

• Abiotyczne (fizyczne i chemiczne)
• Biotyczne (biologiczne)

• Fizyczne – światło, energia cieplna i ruch wody
• Chemiczne – zawartość substancji organicznych

i nieorganicznych a także rozpuszczonych gazów

Procesy zachodzące w zbiorniku wodnym

Skład biocenozy wodnej

• Zawiesina organizmów swobodnie unoszących się

w toni wodnej (fitoplankton, zooplankton

i bakterioplankton)

• Neuston (warstwa wody granicząca z powietrzem,

gdzie występują bakterie rosnące w postaci tzw.

biofilmu np. z rodzaju

Pseudomonas

,

Caulobacter

)

• Peryfiton – zespół poroślowy w strefie

przybrzeżnej zbiornika wodnego np. okrzemki,

zielenice, bakterie

Leptothrix ochracea

,

Spheaerotilus natans

, pierwotniaki

• delikatna błonka osadzająca się na wodnych roślinach

czy martwych szczątkach organicznych

• Bentos – zespół strefy dennej z dominującymi

heterotrofami (grzyby i bakterie) bez roślin

Bakterie wodne

• Zdolność przylegania do pow. stałych

• Zdolność do aktywnego przemieszczania się

(np.

Chromatium

) lub biernego unoszenia

(np.

Amoebobacter

)

• Bakterie fotosyntetyzujące, redukujące siarczany do

H

2

S, utleniające H

2

S, rozkładające cukrowce, celulozę,

ligniny i pektyny, metanogenne i utleniające metan,

wiążące azot, rozkładające białka, hydrolizujące

mocznik, nitryfikacyjne, denitryfikacyjne, żelazowe

• Przenoszące choroby drogą wodną – np. cholerę (

Vibrio

cholerae

), dur brzuszny (z rodzaju

Salmonella

),

czerwonkę (z rodzaju

Shigella

), prątki gruźlicy

(

Mycobacterium

sp.)

Analiza sanitarna wody

• Dotyczy stwierdzenia obecności bakterii stale

bytujących w przewodzie pokarmowym człowieka

i zwierząt (ich obecność świadczy o zanieczyszczeniu

kałowym wody)

• Do bakterii tych należą m. in. bakterie grupy

coli -

E. coli, Citrobacter freundii

,

Enterobacter

aerogenes

, paciorkowce kałowe np.

Enterococcus

faecalis

oraz beztlenowce przetrwalnikujące

redukujące siarczany np.

Clostridium perfringens

Oznaczanie bakterii grupy

coli

metodą filtracji

membranowej

• Metoda filtracji membranowej (FM) polega na przesączeniu

określonej objętości wody przez filtr membranowy

• Filtr z zatrzymanymi bakteriami umieszcza się np. na

pożywce Endo zawierające fuksynę zasadową oraz siarczan

sodowy, które hamują wzrost bakterii gram+. Po inkubacji

w temp. 37

o

C na skutek fermentacji laktozy i reakcji

barwnej, komórki

E. coli

rosną w postaci kolonii

z zielonkawym połyskiem, pozostałe bakterie z grupy

coli

rosną w postaci różowych kolonii.

• Jeśli umieści się filtry na pożywce Macconkeya

(zawierającą, czerwień obojętną jako wskaźnik pH) bakterie

z grupy

coli

laktozo-dodatnie powodują spadek pH

środowiska i rosną w postaci dużych czerwonych kolonii bez

zmiany zabarwienia podłoża. Bakterie laktozo-ujemne rosną

w postaci bezbarwnych lub jasnożółtych kolonii, a podłoże

zmienia barwę z czerwonej na żółtą

Zanieczyszczenia wód powierzchniowych

(podział ścieków)

• Bytowo-gospodarcze
• Przemysłowe
• Rolnicze
• Wody Opadowe
• Wody podgrzane
• Komunalne

Ścieki bytowo-gospodarcze

• Pochodzą głównie z wód wykorzystywanych

w gospodarstwie domowym (utrzymanie higieny

osobistej, przygotowywanie posiłków, pranie itd.)

• Ścieki te są mętne, o szarożółtym zabarwieniu,

charakterystycznym zapachu i odczynie lekko

alkalicznym

• Zanieczyszczenia: 40% nieorganiczne, 60 %

organiczne, w postaci rozpuszczalnej i zawiesin

Ścieki przemysłowe

• Pochodzą wód wykorzystywanych w procesach

technologicznych przemysłu naftowego,

garbarskiego, tworzyw sztucznych, celulozowo-

papierniczego, spożywczego, nawozów sztucznych

itd.

• Zanieczyszczenia: ropa i produkty pochodne,

resztki zwierzęce, aldehydy, fenole, H

2

SO

4

, ługi

posiarczynowe, metale ciężkie itp.

Ścieki rolnicze

• Różne w zależności od typu produkcji rolnej
• Zanieczyszczenia: szczególnie niebezpieczna

gnojowica (z bezściółkowej hodowli zwierząt),

która może zawierać dużo więcej zanieczyszczeń

organicznych i nieorganicznych niż ścieki bytowo-

gospodarcze

Wody opadowe

• Ścieki powstające z opadów atmosferycznych, które

zmywają tereny zabudowane (ulice, tereny zielone

itp.)

• Zanieczyszczenia: organiczne i nieorganiczne,

zawiesiny, skład zależy od częstości i długotrwałości

opadów, stanu sanitarnego miejscowości

Wody podgrzane

• Powstają w procesach technologicznych

chłodzonych za pomocą wody

Ścieki komunalne

• Zwykle jest to mieszanina ścieków bytowo-

gospodarczych i przemysłowych oraz wód

opadowych

• Zanieczyszczenia: skład i właściwości zależą od

stosunku objętościowego, w jakim zmieszane są

dwa lub trzy rodzaje w/w ścieków

Parametry charakteryzujące ścieki

• Podstawowe parametry charakteryzujące ścieki surowe i

oczyszczone to: ilość, barwa, zapach, gęstość, mętność,

zasolenie, temperatura, pH, potencjał oksydoredukcyjny,

napięcie powierzchniowe, zawartość tlenu, pierwiastków

biogennych (N i P), związków organicznych, zawiesin,

substancji toksycznych, pewnych jonów oraz metali ciężkich

• Ilość substancji organicznych i ich podatność na

biodegradację określana jest na podstawie wskaźnika

biochemicznego zapotrzebowania na tlen (BZT) i

chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT) oraz ogólnej

zawartości węgla organicznego (OWO)

• Oznaczanie miana

coli

typu kałowego

–

liczby komórek

pałeczki okrężnicy (

E. coli

, która jest symbiontem jelita

grubego) jako wskaźnik zanieczyszczenia kałowego

(prawdopodobieństwo występowania bakterii

chorobotwórczych) lub miana bakterii grupy coli

BZT określa ilość tlenu (w mg/dm3) potrzebną do utlenienia
na drodze biologicznej ( z udziałem mikroorganizmów)
związków organicznych znajdujących się w analizowanej
próbie wody czy ścieków

ChZT – określa ilość tlenu (mg/dm3) równoważną ilości
utleniacza chemicznego (najczęściej nadmanganianu lub
dichromianu potasu) zużytego do utlenienia związków
organicznych i związków nieorganicznych zawartych w
badanej próbie wody lub ścieków

OWO – określa całkowitą zawartość związków organicznych
w ściekach (RWO – rozpuszczalny węgiel organiczny – ilość
substancji organicznej rozpuszczonej)

Wpływ ścieków na wody powierzchniowe

• Wypłycanie zbiorników wód płynących
• Kumulacja związków toksycznych
• Wyczerpanie tlenu w wodzie
• Eutrofizacja zbiorników wodnych, zwiększenie

zasolenia

• Zaburzenia w biocenozie poprzez zmianę pH,

temperatury

• Zanieczyszczenia bakteriami i wirusami

patogennymi

Metody oczyszczania ścieków

• Mechaniczne (usuwanie zawiesin i elementów stałych)

(I stopnia)

• Fizykochemiczne (neutralizacja, koagulacja zawiesin

koloidalnych, ekstrakcja zanieczyszczeń, dezynfekcja,

filtracja, elektroliza, utlenianie i redukcja) (II stopnia)

• Biologiczne (wykorzystanie fizjologicznej aktywności

wyselekcjonowanego zespołu żywych mikroorganizmów

zużywających jako pokarm zawarte zanieczyszczenia

organiczne a także roślin) (II stopnia)

• Mieszane (dwuetapowe lub trzyetapowe)

• III stopień oczyszczania – odzyskiwanie substancji

biogennych z wód uzyskanych po oczyszczeniu (głównie soli

fosforu i azotu powodujących zakwity glonów)

Metody biologiczne

• Metody naturalne (nawadnianie pól ściekami na

powierzchni gleby, gdzie ulegają rozkładowi

biologicznemu, obecnie rzadko stosowane)

• Metody sztuczne (hodowle wyselekcjonowanej

grupy mikroorganizmów w celu zintensyfikowania

naturalnych procesów oczyszczania prowadzone

w różnego typu bioreaktorach)

Metody sztuczne

• W bioreaktorach mikroorganizmy mogą tworzyć

błonę biologiczną (metoda złóż biologicznych:

zraszane, zatopione, obrotowe) lub kłaczki osadu

czynnego (metoda osadu czynnego)

• Błona biologiczna składa się głównie z bakterii,

grzybów ale także z pierwotniaków, nicieni,

wrotków i larw owadów

Metoda osadu czynnego

• Polega na hodowli zespołów mikroorganizmów w

napowietrzanych powietrzem (lub powietrzem wzbogaconym

dodatkowo tlenem) reaktorach, w warunkach ciągłego

przepływu ścieków

• Mikroorganizmy (głównie bakterie) tworzą po pewnym czasie

tzw. kłaczki osadu czynnego (głównie bakterie – do 20%

i substancje o charakterze koloidalnym – np. białka, lipidy

oraz cząstki organiczne i nieorganiczne wychwytywane ze

ścieków). Kłaczki te mają zdolności flokulacyjne, zdolność

opadania i są uwodnione)

• W skład kłaczków wchodzą bakterie heterotroficzne

z rodzaju np.

Pseudomonas

,

Bacillus

, chemolitotroficzne

(siarkowe, nitryfikacyjne), protisty (orzęski – np.

Vorticella

,

wiciowce np.

Bodo

,

Hexemitus,

sarkodowe jak

Amoeba

)

a także wrotki, nicienie i grzyby

Schemat oczyszczalni ścieków

oczyszczanie
mechaniczne

osadnik
wstępny

komory napowietrzania

osadnik wtórny

komora
fermentacyjna
(fermentacja
metanowa

)

suszenie osadów pościekowych

Z osadników osad czynny jest zawracany do komór, a osady
pościekowe poddaje się dalszej obróbce (mogą zawierać
bakterie chorobotwórcze i związki organiczne) fermentacji
metanowej. Fermentacja taka trwa 25-30 dni i składa się
z dwóch faz – fermentacji kwasowej (hydroliza
enzymatyczna białek, skrobi, celulozy do cukrów,
aminokwasów, kwasów organicznych, H

2

S, H

2

i CO

2

)

i fermentacji metanowej (powstaje kwas masłowy, octowy
i metan). Metan wykorzystywany do ogrzewania oczyszczalni
lub spalany w generatorze prądu.

Kłaczek osadu czynnego

(schemat struktury i widok spod mikroskopu)