IMG33

bardziej ekonomicznie. Napowietrzanie w fazie nitiyfikacji służy bowiem nie tylko utlenianiu azotu, ale jednocześnie mineralizacji substancji ściekowych, za pośrednictwem azotanów kierowanych do komory wstępnej. Fakt, że duża część całkowitej mineralizacji jest realizowana poprzez denitryfikację, mniej wydajną niż metabolizm tlenowy, oznacza mniejszy przyrost osadu nadmiernego i realne oszczędności. Wreszcie dodatkową zaletą jest mniejsze prawdopodobieństwo denitryftkacji w osadniku wtórnym, gdzie pęcherzyki wolnego azotu zakłócałyby sedymentację.

Nowe odkrycia dotyczące nitryjikacji i denitryfikacji

Bakterie nitryfikacyjne są znane ze swojego wolnego tempa wzrostu oraz dużej wrażliwości na zmiany pH i temperatury. Wiele oczyszczalni ma kłopoty z utrzymaniem stabilnej nitiyfikacji lub przeżywa okresy całkowitego jej załamania. Wprowadzenie metod molekularnych w celu identyfikowania bakterii nitiyfikacyjnych w osadzie czynnym przyniosło zaskakująaneztrttaty. Okazało się; żeizarówfio WSfSdTJakterii utleniających NH₄*,jak i tych utleniających NO,~ istnieje niespodziewanie duża różnorodność gatunków. Wśród tych pierwszych dominują różne gatunki Nitrosomonas, ale inne niż znany od dawna N. europea, od którego pochodzi prawie wszystko, co do tej pory wiadomo o tym rodzaju. Z kolei wśród bakterii utleniających N0₂~ dominują gatunki z rodzaju Nitrospira, do niedawna zupełnie nieznane. W przeciwieństwie do Nitrobacter nie udaje się ich hodować, co bardzo utrudnia poznanie ich właściwości. Oznacza to, że proces nitiyfikacji, z którego korzystają oczyszczalnie ścieków projektowane według opisanych wyżej schematów, jest w rzeczywistości realizowany przez zupełnie nieznane organizmy (Wagner et al., 2002).

Z kolei odkrycie organizmów utleniających NH₄⁺ przy pomocy N0₂" (jednocześnie przeprowadzających nitryfikację i denitryfikację) stwarza zupełnie nowe możliwości w zakresie usuwania azotu (Schmidt et al., 2003). Wykorzystanie ich w tym celu pozwoliłoby pominąć dwa etapy: utlenianie N0₂~ i redukcję N0₃~. Pierwszy z nich zużywa dużo energii na napowietrzanie, a drugi wymaga substratów organicznych, których czasem brakuje dla denitryfikacji w systemach usuwających azot i fosfor jednocześnie (por. s. 24). Jest zatem prawdopodobne, że najbliższe lata przyniosą nowe, doskonalsze rozwiązania w zakresie usuwania azotu ze ścieków.

Fosfor

Wytrącanie chemiczne

Fosfor może być bardzo skutecznie usuwany ze ścieków metodami chemicznymi. W warunkach tlenowych fosforany są łatwo wytrącane przez żelazo, glin, a także wapń. Metoda chemiczna jest często stosowana w praktyce. W niektórych krajach tzw. symultaniczne wytrącanie fosforu solami żelaza stało się nieomal standardem. Wytrącanie chemiczne ma jednak swoje niedogodności. Konieczność ciągłego dozowania odczynników . oznacza określone koszty. Wytrąceniu ulegają nie tylko fosforany, ale także substancje 1 organiczne (zwłaszcza koloidalne), co oznacza, że oczyszczalnia produkuje więcej osadów, których zagospodarowanie i transport to realny wzrost kosztów. Ilości powstają- ' cych osadów oraz niezbędnych odczynników zależą od etapu, na jakim stosuje się wytrącanie. Pod tym względem najbardziej korzystny jest końcowy etap procesu. Niektóre sposoby zagospodarowania osadów mogą być także uniemożliwione przez zawarte w nich metale. Wszystko to przyczynia się do dużego zainteresowania defosfutacją biologiczną.

Biologiczna defosfatacja

Możliwość usuwania fosforu metodą biologiczną została odkryta przypadkowo.

W pewnej oczyszczalni zaobserwowano, że w odpływie z wydłużonej komory (o przepływie tłokowym) stężenie fosforanów jest znacznie niższe niż normalnie. Jednocześnie stwierdzono, że osad czynny zawiera odpowiednio więcej fosforu.'Okazało się, £e wadliwa praca aeratora na samym początku komory spowodowała pojawienie się tam strefy beztlenowej. W rezultacie, przepływając przez tę komorę, osąd czynny „doświadczał" regularnie powtarzającego się szoku beztlenowego. Taka sytuacja najwyraźniej sprzyja wiązaniu większych niż zwykle ilości fosforu przez osad. Jednocześnie w osadzie obserwuje się rosnący udział specyficznych bakterii kumulujących fosfor w postaci polifosforanów w charakterystycznych granulkach wewnątrz komórek. Bakterie te (umownie zwane bakteriami poli-P) to organizmy tlenowe, z których przynajmniej część, jak się później okazało, jest zdolna do denitryfikacji. W osadzie czynnym tworzą one charakterystyczne monokolonie - duże skupienia utworzone przez pojedynczy gatunek.

Mechanizm biochemiczny

Kiedy osad czynny „doświadcza" powtarzających się regularnie warunków beztlenowych na przemian z tlenowymi (lub niedotlenionymi), można zaobserwować charakterystyczne zjawiska. W fazie beztlenowej stężenie fosforanów w roztworze rośnie, a pula fosforu związanego w osadzie maleje. Jednocześnie osad wiąże krótkotańcuchowe kwasy tłuszczowe (szczególnie octany). W komórkach bakterii poli-P rośnie ilość kwasu poli-B-hydroksymasłowego (PHB), popularnej u wielu mikroorganizmów substancji zapasowej. Kiedy w środowisku pojawia się ponownie tlen (lub azotany), stężenie rozpuszczonych fosforanów szybko maleje poniżej poziomu w dopływających ściekach, a wewnątrzkomórkowe zapasy polifosforanowe są odbudowywane.

Najpopularniejszą interpretacją biochemiczną opisanych wyżej zjawisk są bardzo do siebie podobne modele Comeau i Mino (Seviour et al., 2003). Według obu modeli, gromadzone przez bakterie poli-P polifosforany stanowią specyficzne źródło energii, które pozwala tym tlenowym bakteriom zachować ograniczoną aktywność w środowisku beztlenowym. Energia uwalniana przy odłączaniu kolejnych reszt fosforanowych jest wy-

21