CCI20130725135

137

8.3. Zastosowanie biofilmów w biotechnologii środowiskowej

8.3. Zastosowanie biofilmów w biotechnologii środowiskowej

W biotechnologii środowiskowej biofilmy wykorzystywane są głównie do oczyszczania ścieków oraz do dezodoryzacji i oczyszczania gazów wydzielanych z oczyszczanych ścieków i przetwarzanych osadów ściekowych. Oczyszczanie polega na doprowadzeniu ścieków do reaktora z wypełnieniem, na którym rozwinęły się mikroorganizmy tworząc śluzowatą otoczkę, zwaną błoną biologiczną. Pokrywająca wypełnienie błona biologiczna, w której panują warunki tlenowe, ma grubość 2-3 mm. Do głębszych warstw błony rozwijającej się na poszczególnych ziarnach wypełnienia, dyfuzja tlenu jest już ograniczona. Oczyszczanie ścieków opiera się na wielu procesach fizycznych, chemicznych i biochemicznych. W wyniku tych procesów ze ścieków są usuwane zanieczyszczenia w postaci stałej, koloidalnej i rozpuszczonej. Najważniejsze z nich to adsorpcja i biokoagulacja, a następnie biochemiczne utlenianie substratu organicznego. W pierwszej fazie procesu zatrzymane na powierzchni błony biologicznej zanieczyszczenia są tak przekształcane, aby jako produkty enzymatycznej hydrolizy organicznego substratu mogły wnikać do komórek mikroorganizmów. W drugiej fazie procesu przekształcone cząsteczki ulegają dalszym przemianom już w komórkach mikroorganizmów. Natomiast w trzeciej fazie część z tego przekształconego substratu ulega bezpośredniemu biochemicznemu utlenieniu, a pozostała część jest asymilowana w postaci biomasy, która z kolei częściowo ulega auto-oksydacji. Usuwanie z błony produktów metabolizmu mikroorganizmów następuje w procesie dyfuzji do ścieków i powietrza lub przez wypłukiwanie wraz z obumarłą i nadmierną błoną biologiczną. W dalszej części rozdziału przedstawiona zostanie metoda oczyszczania ścieków w reaktorach z błoną biologiczną na przykładzie złóż biologicznych.

Biologiczne oczyszczanie gazów jest metodą alternatywną do metod fizyko-chemicznych takich jak: adsorpcja, kondensacja czy utlenianie. Istotą biologicznego oczyszczania gazów jest to, iż gazowe odpady organiczne mogą służyć jako źródło węgla i energii dla mikroorganizmów. Dodatkowo gazy nieorganiczne jak H₂S czy NH₃ mogą być pobierane przez niektóre bakterie autotroficzne i wykorzystywane podczas ich metabolizmu. Dezo-doryzacja i oczyszczanie gazów prowadzi się w trzech typach reaktorów: filtrach biologicznych, złożach zraszanych i bioskruberach.

Filtry biologiczne mają wypełnienie z kompostu, wysuszonych osadów ściekowych itp., które jest jednocześnie nośnikiem dla biofilmu i źródłem związków odżywczych dla zasiedlających go mikroorganizmów. Oczyszczanie gazów w biofiltrach polega na transferze gazów i odorów z powietrza przedmuchiwanego przez reaktor do biofilmu, a następnie utylizacji ich przez mikroorganizmy. Oczyszczanie gazów w złożach zraszanych wymaga stosowania złoża ze stałym wypełnieniem, na którym rozwinął się biofilm. Złoże to powinno być zasilane ciekłym medium w sposób ciągły. Złoża zraszane stosuje się między innymi do usuwania H₂S. Bioskrubery składają się z dwóch reaktorów. Reaktor pierwszy to kolumna absorpcyjna, gdzie zanieczyszczenia są absorbowane w fazie ciekłej. Faza ciekła jest następnie kierowana do reaktora drugiego, w którym błona biologiczna osadzona jest na wypełnieniu z węgla aktywowanego. Odpływ z reaktora drugiego może być recyrkulowany do kolumny absorpcyjnej. Tego typu reaktory są stosowane do usuwania zanieczyszczeń gazowych, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie.