24.01 termin zerowy zaliczenie biologia wykłady godz. 17:00
Procesy biotechnologiczne
Egzamin składa się z 2 części: biologia i ekologia
Biotechnologia
Spośród wielu kierunków dziedzin biotechnologicznych obejmujących min. Przemysł farmaceutyczny, fermentacyjny, rolnictwo, technologie enzymów, pozyskiwanie drogą selekcji bądź inżynierii genetycznej szczepów mikroorganizmów, przemysłowo użytecznych, a także uszlachetniania surowców mineralnych, bardzo ważne miejsce zajmuje ochrona środowiska naturalnego.
Istnieje wiele przykładów praktycznego wykorzystania biotechnologii w celu eliminacji zanieczyszczeń środowiska przyrodniczego. Należą do nich biologiczne metody oczyszczania ścieków, wykorzystanie mikroorganizmów do rozkładu wielu odpadów przemysłu chemicznego i farmaceutycznego, biologiczna neutralizacja rozlewisk ropy naftowej, powstałych podczas katastrof morskich, bądź różnego typu awarii powodujących skażenie gleb. Bardzo często do minimalizacji i przyspieszenia procesów biotechnologicznych wykorzystywane SA tzw. Biopreparaty otrzymywane drogą selekcji bądź przy wykorzystaniu inżynierii genetycznej.
Zanieczyszczenia wód powierzchniowych i metody oczyszczania ścieków
Ścieki- wody, wykorzystywane w gospodarstwach domowych i różnych gałęziach produkcji przemysłowej oraz wody opadowe pochodzące z opadów deszczu i śniegu. W zależności od pochodzenia dzielimy je na: bytowo-gospodarcze, przemysłowe, wody infiltracyjne oraz przypadkowe oraz wody opadowe.
--Ścieki bytowo-gospodarcze są to wody pochodzące z gospodarstw domowych (pranie, higiena osobista, czystość pomieszczen i urzadzeń sanitarnych) Barwa żółto-szara lub biał-szara, a ścieki zagniwajace czarno-szarą lub czarną. Wartość pH ścieków waha się w granicach 6,6 – 8.
Zawierają związki mineralne i organiczne. Związki mineralne to chlorki, siarczany oraz amoniak, jako produkt aktywności mikroflory bakteryjnej, degradującej substancje białkowe na drodze tlenowej i beztlenowej. Azotyny i azotany, są kolejnymi produktami biochemicznego utleniania amoniaku w warunkach tlenowych.sa to subst. Resztki pożywienia, kał, mocz, odpady kuchenne i inne. Z organicznych zw. Azotowych zaweraja one bialka, peptydy, aminokwasy oraz ich pochodne a z innych węglowodany i tluszcze. Zawieraja również duze ilości bakterii saprofitycznych, a także mogą znajdować się w nich bakterie chorobotwórcze pochodzące z przewodu pokarmowego a także wirusy oraz jaja robaków.
--Ścieki przemysłowe SA to wody wykorzystywane w róznych procesach biotechnologicznych w wielu gałęziach przemysłu. Skład ich jest bardzo różnorodny, i zależy od rodzaju przemysłu, stosowanych surowców i technologii.
--Wody infiltracyjne SA wodami pochodzenia gruntowego. Przedostają się do kanalizacji poprzez różnego rodzaju nieszczelności w rurach. Natomiast wody przypadkowe to wody dostające się do kanalizacji w wyniku przyłączania do niej odpływów z dachów, ulic lub przez nieszczelne włazy studzienek. Nie wnosza one do rur kanalizacyjnych ładunku zanieczyszczen lecz wpływaja na rozcieńczenie scieków.
--wody opadowe oraz wody pochodzące z mycia i polewania ulic, tworzą ścieki opadowe,które często odprowadzane sa do kanalizacji miejskiej.
Metody oczyszczania ścieków
Obejmują 4 stopnie:
Oczyszczanie wstępne najczęściej fizyczne
Biologiczne lub równorzędne chemiczne
Doczyszczania ścieków z usunięciem substancji biogennych
Odnowa wody
Oczyszczanie pierwszego stopnia prowadzi do obniżenia poziomu zanieczyszczen na drodze operacji mechanicznej i procesów fizycznych. Oczyszczanie prowadzone na sitach, osadnikach wstepnych, …..
W efekcie końcowym uzyskuję się oprócz oddzielenia z kratek i piasku nastepuje usuniecie zawiesiny łatwo opadającej, w około 90% zawiesiny ogólnej w przedziale od 60-70%, BZT5 (biochem. Zapotrzebowanie tlenu w ciągu 5 dni) przeciętnie 30%, HZT (40- %).
Złoża biologiczne – to zbiorniki o roznej wysokości, z otworami u dołu, wypełnione luźno ulożonym materiałym najczęściej kruszywem wypełniającym jest żużel lub tłuczen kamienny a w nowoczesnych typach pakiety z masy plastycznej. Są napowietrzane w sposób naturalny, rzadziej sztuczny, i ścieki po wstępnym mechanicznym oczyszczeniu, w sposów ciągly rozprowadzane SA równomiernie na górna powierzchnie złoża, za pomoca różnego typu zraszaczy. A po przejsciu przez złoże odprowadzane SA do osadników wtórnych. Oczyszczanie ścieków na złożach biologicznych zalezy od wytworzenia się na powierzchni Kruszywa błony biologicznej czyli cienkiej śluzowatej warstewki złożonej z bakterii i pierwotniaków. Czas potrzebny na wytworzenie takiej blony wynosi od 4 do 6 tygodni i zachodzi dzieki stalemu przeplywoi ścieków bytowo-gospodarczych zawierających substancjie organiczne jako substrat odżywczy dla mikroorganizmów. Grubosc takiego złoża zależy od obciążenia. W zalezności od obciążenia ładunku zanieczyszczen i prędkości przepływu ścieków i efektu oczyszczania dzielimy zloza na: zraszane, spłukiwane i wieżowe. Złoża zraszane- nisko obciążone są to urzadzenia otwarte wystawione na działanie zmiennych warunków atmosferycznych zwłaszcza temperatury która bezpośrednio wpływa na rozwój mikroorganizmów i mineralizacje zanieczyszczen. W okresie wypracowywania sie złoża ustala się specyfikacja pionowa organizmów. W górnej warstwie, dominują bakterie heterotroficzne, w dolnej części pojawiaja się bakterie autotroficzne np. nitryfikacyjne. Większość bakterii heterotroficznych zaiedlajacych błone należy do rodzaju Pseudomonas, falavabacterum, SA na ogół względnymi tlenowcami, zdolnymi rozwijać się w warunkach tlenowych jak i beztlenowych. Bakterie z rodzaju bacillus występują głównie na zew. Powierzchniach wypełnienia złoża. Z organizmow zwierzęcych dominuja pierwotniaki. Skład biocenozy złóz wchodza org wyższe takie jak wrotki, nicienie, skaposzczety, i larwy muchówek. Stanowia one tzw. Faune żerujaca. Żywiąc się błona przeciwstawiaja się zarastaniu…
Złoża spłukiwane wysoko, są często spłukiwane co ogranicza wpływ czynników atmosferycznych. Błona biologiczna tych złoz nawet w okresie max wydajności jest cienka. Sklada się glownie z bakterii i niewielkiej ilości pierwotniaków. Złoża spłukiwane nie ulegaja zasklepianiu, ponieważ ich błona oraz gromadzace się osady, ulegaja wypłukiwaniu. Złoża wieżowe – przy duzym obciążeniu hydraulicznym, służa często do wstępnego biologicznego oczyszczanai scieków przemysłowych. Natomiast zloza tarczowe znalazly zastosowanie do oczyszczania ścieków przemyslu spożywczego albo ścieków z gospodarstw rolnych.
Osad czynny sklada się glownie z zoogennej zawiesiny b. heterotroficznych nlezach do b. paleczek gram ujemnych. Najczęściej spotykane gat. Naleza do pseudomonas, afromobacter, favobacterium i zooglea. Z innych mogą występować w osadzie czynnym bakterie gram dodatnie, z rodzaju bacillus oraz bakterie nitkowate, których masowy rozwój w osadzie czynnym jest zjawiskiem niekorzystnym bo powoduje pęcznienie osadu, co utrudnia jego segmentację w osadniku wtórnym. Z bakterii chemosyntetyzujacych często występują bakterie nitryfikacyjne, z rodzaju nitrosomonas i nitrobacter. Rzadziej siarkowe. Morfologia i struktura kłaczków SA zalezne od warunków tlenowych w komorze napowietrzania. Skład mikroorganizmów osadu czynnego oprócz bakterii wchodzą również pierwotniaki i wrotki. Ilość i sklad mikrofauny jest w duzej mierze uwarunkowany specyfika oczyszczalni. Oczyszczalnie oczyszczające ścieki przemysłowe mogą być pozbawione całkowicie mikrofauny. W osadzie czynnym oczyszczającym scieki fenolowe i miejskie, z chwila zwiekszenia się ilości bakterii cylindrycznych w środowisku, licznie pojawiaja się wiciowce. Rola jaką spełnia mikrofauna w osadzie czynnym polega na: odmładzaniu i uaktywnieniu populacji bakteryjnych w udziale w procesie bioflokulacji (poprzez wydzielnie sluzu i zasiedlanie wydalin przez bakterie) polega również na przyswajaniu subst. Organicznych i mineralnych, rozrywaniu zbyt duzych klaczków, klarowanie odpływu przez pożeranie bakterii wolnopływających. Poprzez szybkie i wyrazne reagowanie na rozne czynniki wpływające na prace osadu czynnego takie jak stezenie tlenu, obciążenie, substancje toksyczne, wiek osadu, są one wskaźnikiem kondycji osadu, a pośrednio efektów oczyszczania ściekow. Podczas pracowania osadu czynnego, zachodzi sukcesja zepsolów mikroorganizmu. Poczatkowo baktera wolnopływającym, towarzysza iniektore gat wiciowców i korzenionóżek. Wśród nich występują gat odżywiające się martwa materia organiczna podobnie jak grzyby nitkowate i b. heterotroficzne, konkurując z nimi o pokarm, oraz gat odżywiające się kolozoicznie drobniejszymi mikroorganizmami. Nastepuje szybkie rozmnazanie się bakterii, również wzrasta ilość skupisk zooglealnych, wytwarzaniu się klaczków osadu czynnego towarzyszy pojawianie się orzesków. Pojawiaja się kolejno orzeski wolnopływające a nastepnie orzeski osiadłe. Żywiące się glonie bakteriami. Ciagle wyjadanie bakterii przez pierwotniaki, wrotki, nicienie, i sporadycznie skaposzczety, nie dopuszcza do ich nadmiernego przyrostu a także pobudza do ciągłego odnawiania populacji. Co z kolei pociaga za soba aktywniejsza biodegradacje substancji organicznych zawartych w sciekach. Masowe pojawianie się orzęsek swobodnie pływających i wiciowców, w osadzie czynnym, jest uważane przejaw słabej jeszcze wydajności urządzeń oczyszczających. Gdy osad czynny jest ustabilizowany licznie występują orzeski osiadłe ora orzęski pełzające po kłaczkach. W osadzie czynnym poza pierwotniakami, za ogranizmy wskaźnikowe uwaza się także wrotki. Zjadaja one bakterie i drobne czastki osadu czynnego, a wydalany przez nie śluz, wspomaga zlepianie się drobnej zawiesiny, substancji zanieczyszczających co sprzyja szybkiemu klarowaniu się oczyszczonych scieków. Duza liczba Wrotków wskazuje na dobra prace osadu czynnego. Najliczniej pojawiaja się one gdy spadek BZT5 wynosi ponad 93%. Kontrola procesu oczyszczania ścieków metoda osadu czynnego powinna opierac się na kompleksowych badaniach technologicznych fizykochemicznych oraz mikrobiologicznych.
Zanieczyszczenia gleb i bioremediacja!
Substancje które okresla się jako zanieczyszczenia gleb ze względu na ich oddziaływanie można podzielic na chemiczne fizyczne i biologiczne. Za zanieczyszczenie typu fizycznego uwaza się nagłą zmiane warunkow wodnych termicznych, promieniowanie uv lub radioaktywne. Zanieczyszczenia biologiczne to wprowadzane do gleby bakterie, grzyby czy wirusy chorobotwórcze. Głownymi źródłami zanieczyszczen chemicznych jest przemysł. Samo oczyszczanie gleb polega na samoistnym naprawianiu uszkodzen spowodowanych zanieczyszczeniami. Ale jest to możliwe jedynie wówczas gdy nie zostala przekroczona pojemność homeostatyczna tego ekosystemu. Na proces ten składaja się rózne procesy fiz chem i mikrobiol warunkujące równowage biologiczna gleby. Szczególnie wazna role odgrywaja populacjie mikroorganizmów glebowych,dzeki temu posiadaja duze zdolności adaptacyjne. Gleby zdegradowane mogą być poddawane procesom bioremediacji, polegającym na zastosowaniu metod fiz chem bądź biotechnologicznych, usuwających w max stopniu skutki zanieczyszczenia gleb. Ważną metodą oczyszczania gleby na drodze biotechnologicznej jest wprowadzanie do niej tzw. Biopreparatów.