11. 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 choierae), dur brzuszny (z rodzaju
Salmonella), czerwonkę (z rodzaju Shigeiia), 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

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 nieorganicznychzawartych 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,
Baciiius, chemolitotroficzne (siarkowe, nitryfikacyjne), protisty (orzęski - np. WorticeHa,
wiciowce np. Bodo, Hexemitus

/

sarkodowe jak Amoeba) a także wrotki, nicienie i grzyby

Schemat oczyszczalni ścieków

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)