KOLOKWIUM

Do hodowli bakterii beztlenowych używa się naczyń wysokich i wąskich co ma na celu ograniczenie dyfuzji tlenu. Penetrację powietrza do hodowli odcina się np. gumowym korkiem. Hodowla nie powinna być otwierana w czasie inkubacji, a próbki do oznaczeń pobiera się strzykawką przez igłę tkwiącą w korku.

1. Wady i zalety beztlenowych metod oczyszczania ścieków.

Proces beztlenowego oczyszczania w porównaniu z metodami tlenowymi.

- nie wymaga kosztownego napowietrzania

- tylko 2-6 % usuwanego ChZT przekształca się w osad nadmierny ( a nie 30-60% ),

- uzyskuje się od 200-1000 dm3 biogazu z 1 kg suchej masy odpadów

- połowa substancji organicznej ulega rozkładowi

- większa wrażliwość na zmiany odczynu i temperatury

- występowanie wahań obciążeń hydraulicznych i substratowych

- częściowa biodegradacja zanieczyszczeń organicznych

TAK DODATKOWO Do zalet oczyszczania ścieków metodą fermentacji metanowej należy zaliczyć:

 możliwość oczyszczania ścieków bez konieczności budowy stacji separacji ze ścieków zawiesin i tłuszczy (np. we flotatorach), a następnie kosztownej utylizacji w ten sposób wydzielonych osadów,

 bardzo wysoką efektywność oczyszczania, sięgającą 85% - 95% w zakresie usuwania zanieczyszczeń określonych wskaźnikami chemicznego i biochemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT i BZT₅)

 otrzymywanie wysokoenergetycznego biogazu z możliwością jego wykorzystania do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej,

 znacznie mniejszy przyrost osadu beztlenowego w stosunku do tlenowego osadu czynnego,

 wytworzony osad nadmierny beztlenowy zaliczany jest do osadów ustabilizowanych i może być bezpośrednio przeznaczony na rekultywację gruntów,

 duża tolerancja mikroorganizmów beztlenowych na okresowe przeciążenia komory fermentacyjnej ładunkiem zanieczyszczeń bez znaczącego obniżenia efektywności oczyszczania,

 możliwość szybkiego ponownego uruchomienia w przypadku okresowej pracy komory fermentacyjnej oraz brak negatywnego wpływu tego stanu na jakość technologiczną osadu beztlenowego,

 prawidłowo zaprojektowany i eksploatowany układ technologiczny zapobiega rozprzestrzenianiu się aerozoli i odorów w środowisku atmosferycznym

2. Barwienie Grama fioletem krystalicznym -zasada.

o Jest przykładem barwienia złożonego gdy stosuje się co najmniej 2 barwniki, czy zaprawy(bejca)

o Sposób barwienia wynika z budowy ściany komórkowej

o Gram dodatnie wybarwiają się na fiolet, gram ujemne na różowy

o W czasie barwienia we wnętrzu komórki tworzone są nierozpuszczalne kompleksy fioletu krystalicznego z KJ(płyn Lugola pomaga w wydobyciu barwnika, jod wchodzi w miejsce chloru z fioletu)

o Kompleksy te można łatwo wyekstrahować etanolem (odbarwiacz) z wnętrza gramujemnych, gdyż mają one cienka warstwę mureiny, a etanol niszczy ich błonę zewnętrzną.

o Komórki odbarwiają się a następnie zostają dobarwione safraniną na różowo.

o Gruba warstwa mureiny bakterii gramdodatnich, nie pozwala na wypłukanie tych kompleksów.

o Fizyczna struktura ściany odpowiedzialna za sposób barwienia

 Cienka warstwa mureiny(najczęściej 1 warstwowa)

 Mureina pokryta błoną zewnętrzną

 Usieciowana, stanowi 90% składu ściany

 W peptydzie na 3 pozycji zamiast DAP lizyna

 Do mureiny przyłączone kwaśne polisacharydy oraz białko

 W ścianie dodatkowe polimery kwasy mikolowe

3. Jakiego procesu metabolicznego należy spodziewać się podczas oczyszczania ścieków z przemysłu azotowego (lub zawierających np.fosfogips) w warunkach beztlenowych?) uzasadnij odpowiedź.

o W skład ścieków z zakładów wytwarzających nawozy azotowe wchodzą głównie ścieki z produkcji amoniaku, azotanu i siarczanu amonowego.

o W czasie produkcji powstają 3 grupy ścieków

 Wody powierzchniowe (80-90% powstających ścieków)

 Ścieki z mycia aparatury tzw. Z czynności pomocniczych

 Zawierają wysokie stężenie amoniaku(do 200mg N/L), azotanów (do 500 mg N/L) i azotynów (do 80 mg N/L)

 w skład niektórych wchodzi mocznik

Biodegradacja oparta na procesie denitryfikacji, stosowany do oczyszczania ścieków zawierających azotany i azotyny.

 Denitryfikacja jest bardziej wydajna energetycznie niż inne procesy beztlenowe i niewiele mniej wydajne niż procesy tlenowe

 Bakterie zdolne do denitryfikacji to względne beztlenowce

 Co ogranicza konieczność zapewnienia im warunków beztlenowych w początkowym okresie przemian

 Eliminuje także niebezpieczeństwo, jakie grozi bezwzględnym beztlenowcom przy awaryjnym natlenieniu bioreaktora

 Wykorzystywany jako trzeci stopień biologicznego oczyszczania.

 Proste związki organiczne utleniają do końca

4. Metody analizy stosowane na zajęciach.

5. Zaproponować sposoby biologicznego oczyszczania dla danych ścieków w warunkach beztlenowych (np. ścieków mleczarskich i ścieków przemysłu azotowego.) Jakie analizy należy wykonać?

6. Charakterystyka ścieków stosowanych na zajęciach.

Ściekami nazywamy wody, które ulegają zanieczyszczeniu poza swoimi naturalnymi zbiornikami.

Wyróżniamy ścieki o charakterze organicznym (np. zakłady przetwórstwa owocowo-warzywnego, mięsnego, ścieki mleczarskie) zawierają związki organiczne zarówno rozkładane przez:

 Mikroorganizmy (węglowodany, kwasy organiczne i białka)

 Jak i trudno poddające się biodegradacji (węglowodory alifatyczne i aromatyczne, pestycydy, herbicydy, ksenobiotyki)

Jak i ścieki o charakterze nieorganicznym (np. ścieki przemysłu azotowego) zawierają takie związki nieorganiczne jak: kwas siarkowy., fosforowy, solny, wodorotlenek sodu, wodorotlenek potasu, amoniak, azotany, azotyny, siarczany, sole metali ciężkich, cyjanki, siarkowodór.

o Zawierają dużą ilość związków organicznych i charakteryzują się zazwyczaj wysokim CZT.

o Odczyn ścieków waha się na ogół od pH=7,0 do 8,8 .

o Choć ścieki powstające w wyniku produkcji kazeiny i niektórych gatunków sera mogą przyjmować pH=5,5 do 6,5.

o Głównymi składnikami zanieczyszczeń są: cukry (głównie laktoza), białka (kazeina) i tłuszcze.

o Skład przypomina wielokrotnie rozcieńczone mleko, ponieważ powyższe związki występują w ściekach w identycznym stosunku jak w mleku.

o Są to związki łatwo dostępne dla mikroorganizmów

o Chociaż występują tu również substancje trudniej rozkładane, stanowiące ogromne zagrożenie dla odbiorników naturalnych (detergenty, wody pochłodnicze)

o Mogą też wchodzić niewielkie ilości substancji smakowych,zapachowych,żelifikujacych , klarujacych czy substancji dezynfekujacych, czyszczących, odtłuszczających.

o Ze względu na zawartość cukru mlekowego łatwo ulegają fermentacji , podczas której następuję zakwaszenie środowiska i powstanie toksycznego siarkowodoru.

o Ilość ścieków odpływających z mleczarni sięga tysięcy m3/dobę.

o Na ogólną ilość ścieków składają się m.in.

 Ścieki powstające podczas płukania produktów, naczyń, urządzeń, pomieszczeń

 Słabo zanieczyszczone wody pochłodnicze (60-90% ogólnej ilości)

o W Polsce najmniej wody zużywają mleczarnie wytwarzające mleko w proszku, najwięcej masło.

o Stanowią je wody zawierające zanieczyszczenia będące wynikiem działalności życiowej i produkcyjnej, spływu wód opadowych (deszczu), topniejącego śniegu, i szeregu innych pochodzących z terenów zagospodarowanych.

o Komunalne to głównie ścieki miejskie stanowiące mieszaninę związków organicznych (białka, aminokwasy, fosfolipidy, saharydy, tłuszcze i oleje) i nieorganicznych (sole amonowe, fosforany i chlorki), obecne są także w nich wirusy i bakterie chorobotwórcze.

o Wraz z fekaliami do ścieków bytowych są odprowadzane odpady kuchenne, detergenty, papier.

o Środki piorące zawierają znaczne ilości fosforanów, które mogą spowodować niekorzystny rozwój glonów.

Ścieki rafineryjno-petrochemiczne

o Zasadniczą grupą ścieków rafineryjnych stanowią zużyte wody chłodnicze oraz kondensaty zanieczyszczone produktami naftowymi, druga grupa to ścieki poprodukcyjne, silnie zanieczyszczone produktami naftowymi, katalizatorami, produktami pośrednimi i końcowymi

o Silnie zaolejone są ścieki opadowe z terenu zakładu

o Najbardziej zanieczyszczone są ścieki z elektroodsalania

o Np. w Petrochemii Płock S.A. w zakładzie o przerobie 12 mln ton ropy rocznie powstaje ok.800 m3/h ścieków silnie zanieczyszczonych.

o Głównym źródłem powstawania ścieków petrochemicznych są procesy przemywania, płukania,chłodzenia.

7. Charakterystyka grup fizjologicznych bakterii denitryfikacyjnych i BRS (bakterie redukujące siarczany)

Oddychanie azotanowe (redukcja dysymilacyjna azotanu)

-warunkowe tlenowce(tlen jest preferowanym przez nie akceptorem elektronów)

-azotany lub azotyny są ostatecznym akceptorem elektronów (zamiast tlenu)

-przy braku tlenu, w obecności azotanów, dochodzi do syntezy reduktazy azotanowej, która zastępuje oksydazę cytochromową w łańcuchu transportu elektonów i przenosi elektrony z cytochromu na azotan, redukując go do azotynu

-łańcuch oddechowy jest krótszy niż w oddychaniu tlenowym, stąd mniejszy zysk energetyczny

-denitryfikacja-proces oddychania azotanowego, w którym powstają produkty gazowe.

-bardzo różnorodne (biochemicznie i taksonomicznie)

-większość heterotrofy, niektóre autotrofy

-Bakterie odgrywają kluczową rolę w krążeniu azotu w przyrodzie, uwalniając go w formie wolnej do atmosfery.

-kwaśne deszcze(N2O jest przekształcany przez światło słoneczne w NO, który reaguje z ozonem w górnych warstwach atmosfery, w wyniku czego powstają azotyny)

-zwiększanie efektu szklarniowego wskutek utraty ozonu

Przykłady:Paracoccus, Pseudomonas, niektóre gramdodatnie np. niektóre Bacillus i Streptomyces

Oddychanie siarczanowe (dysymilacyjna redukcja siarczanów)

-grupa fizjologiczna nie taksonomiczna

-bezwzględne beztlenowce, wykorzystują siarczany jako końcowe akceptory elektronów

-żyją w osadach dennych, w ściekach zanieczyszczonych zw. organicznymi w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt np. przeżuwaczy

-występują gdzie dostępne są substancje organiczne i siarczany: wody kopalniane, bogate w siarczany ścieki przemysłowe , bioreaktory, przemysł ropopochodny naturalne ujęcia gazu, osady siarki,słone zbiorniki.

-ich nazwy zaczynają się od przedrostka Desulfo-, np. Desulfovibro, Desulfomaculum.

Bakteryjna redukcja siarczanów umożliwia : usunięcie ze ścieków siarczanów poprzez przeprowadzenie ich do H₂S usunięcie toksycznych stężeń metali ciężkich zmniejszenie stopnia zakwaszenia ścieków siarczany : to sole mocnego kwasu, powstające sole węglanowe są słabsze, pozwala to na zalkalizowanie roztworu nawet o 3-4 jednostki) usuwanie związków organicznych