5003

wana w Holandii w początkach lat 1970 przez prof. Lettinga i współpracowników. Ideą tej propozycji jest prowadzenie hodowli, w której mikroorganizmy beztlenowe, tworzące konsorcja metanogenne, zgodnie ze swą naturą zdolne są do tworzenia bio-granul, będących w istocie upakowanym biofilmem o charakterystycznej wysokiej opa-dalności, efektywnie usuwające zanieczyszczenia organiczne zawarte w ściekach. Usuwane są głównie zanieczyszczenia organiczne, o bardzo dużym ładunku zanieczyszczeń, z wydzieleniem czystego biogazu z osadu.

Przez następne dziesięć lal (1970-1980) badania z zastosowaniem biorcaktora UASB prowadzono w różnych ośrodkach naukowych w skali laboratoryjnej, pilotażowej i przemysłowej. Opracowano zatem nowe typy systemów modyfikujących w ramach bioreaktora UASB. Bioreaktory UASB w skali technicznej oczyszczają ścieki w wielu krajach Europy, USA, a w Japonii wybudowano ich ponad 100.

5.4.4. Podstawowe założenia procesu prowadzonego w UASB. Beztlenowy gra-nularny osad ma z natury dobrą opadalność, dzięki której nic jest podatny na mieszanie mechaniczne (osad w biorcaktorzc UASB nic jest mechanicznie mieszany). Ścieki znacznie obciążone ładunkiem zanieczyszczeń są doprowadzane do reaktora ze stosunkowo małą szybkością, tak abv granule osadu nic były mieszane i nic były z nich wypłukiwane bakterie. Jednak przy bardzo dużym ładunku zanieczyszczeń organicznych. pęcherzyki produkowanego biogazu powodują mieszanie osadu w fazie wodnej bioreaktora.

W bioreaktorze typu UASB można wyróżnić cztery strefy: 1) silnie upakowaną warstwę złoża, zbudowaną z osadu granularnego (granular sludge bed), zajmującą około 30% objętości bioreaktora, o gęstości zawiesin 100-150 g/1, usuwającą od 80 do 90% wszystkich zanieczyszczeń; 2) strefę (zonę) fluidalną, zajmującą około 70% całkowitej objętości reaktora i zawierającą o jeden rząd mniej zawiesin niż dolna warstwa; 3) rozdzielacz gazu od fazy wodnej (separator) i 4) osadnik.

W warunkach beztlenowych tworzą się różnego typu konglomeraty mikroorganizmów: granule, osad, kłaczki, osad sflokulowany, przy czym granule i osad mają zbitą strukturę (ryc. 5.3). Kłaczki i osad sflokulowany mają strukturę luźną. Typowe granule mają kulistą formę o średnicy od 0,14 do 5 mm. w zależności od składu oczyszczanych ścieków i warunków technicznych prowadzenia procesu metanogenezy. Głównym składnikiem granul są związki mineralne (głównie złogi siarczku żelaza, nadające czarny kolor granulom, oraz związki wapnia, potasu i glinu), stanowiące od 10 do 90% suchej masy, w zależności od składu oczyszczanych ścieków i warunków prowadzenia procesu. Granule wytworzone w procesie oczyszczania ścieków zawierających różnorodne związki organiczne mają mniej związków nieorganicznych, zaś powstałe w procesie oczyszczania ścieków organicznych jednorodnych zawierają więcej substancji nieorganicznych. Granule tworzące się na ściekach organicznych o różnorodnym składzie zwykle są większe niż te, które powstają w procesie oczyszczania ścieków jednorodnych, np. ścieków octowych. Organiczne polimery wchodzące w skład granul zawierają głównie białka i polisacharydy w' ilości od 0,6 do 20% suchej masy, w stosunku 2:1—6:1 -Z neutralnych cukrów w granulach występują: glukoza, galaktoza, ramnoza i mannoza. Lipidy w granulach występują w ilościach śladowych (0,02 do 0,05%). W warstwie tej upakowane są mikroorganizmy. Granule powstające w hodowlach prowadzonych w różnych temperaturach różnią się znacznie: granule bioreaktorów termofilnych są mniejsze i zawierają więcej związków nieorganicznych, zaś granule bioreaktorów mezo-filnych są znacznie większe i zawierają mniej związków mineralnych (ryc. 5.3). Gęstość granul waha się od wartości 1,03 do 1,4 g/ml, w zależności od wielu czynników, a głównie od obecności związków nieorganicznych.

Reasumując, granule, ukształtowane w odpowiednich warunkach, to silnie upakowany biofilm ze zrównoważoną biocenozą, w której zachodzą silne zależności syntro-ficzne. Jest to biocenoza wykazująca wysoką aktywność metanogenną. Uformowane granule są oporne na czynniki toksyczne, czynniki fizyczne, poza tym charakteryzują się wysoką opadał nością.

Granule powstające w UASB zawierają zespoły mikroorganizmów, które wchodzą w asocjacje syntroficznc. Zespoły syntroficznc składają się z mikroorganizmów wydzielających wodór, w procesie utleniania kwasów organicznych do octanu. Druga grupa mikroorganizmów to metanogeny utleniające wodór. Występujące w granulach bakterie, produkujące wodór, bezpośrednio przekazują go metanogenom, które wykorzystują go jako źródło energii. Międzygatunkowy transfer wodoru, jako jedyna możliwość obniżania jego ciśnienia parcjalnego, występuje tylko w granulach. Warto nadmienić, żc w wielu układach hodowlanych bakterii, w procesie degradacji materii organicznej często zachodzi kumulacja wodoru, który powoduje hamowanie aktywności mikroorganizmów metanogcnnych.

Ryc. 5.3. Zdjęcia z mikroskopu skaningowego granul osadu hodowanego w warunkach mezofilnych (A i B) oraz termofilnych (C i D) pod małym powiększeniem (A i C) oraz powierzchnia granul pod dużym powiększeniem (B i D) (z: Sekiguchi Y„ Kamagata Y„ Nakamura K. Akiyoshi Ohashi A., Harada H. 1999 Fluorescence in situ hybridization using I6S rRNA-targeted oligonudeotides reveals localization ol methanogens and selecled uncultured bacteria in mesophilic and thermophilic sludge granules Applied and Emironrnenlal Microbiology 65(3). 1280-1288 dzięki upr/e|-mości i za zgodą American Society for Microbiology)

81