3434597439

Biotechnologiczne metody w ochronie środowiska, wybrane zagadnienia z biotechnologii - studia II stopnia Ćwiczenie    Biologiczna defosfatacja

,    rozkład .    ,

ATP + (P0₄³')n _t '' ^ * ADP + (P0₄³")n+i

Pobrane octany są przekształcane w polihydroksymaślany (PHM) i w takiej formie magazynowane w komórce. Jest to ważna cecha bakterii fosforowych umożliwiająca im przeżycie, gdyż większość bakterii osadu czynnego nie potrafi pobierać materii organicznej w warunkach beztlenowych. W celu obrazowego przedstawienia procesów zachodzących w warunkach beztlenowych, jako reprezentanta substancji organicznych wybrano związek najbardziej przypominający składem chemicznym kwas octowy (w postaci PHA - polihydroksyalkenów, spośród których najczęstszym jest PHM, polihydroksymaślan), lub wolny kwas octowy, jeśli jest obecny.

Istotnym uwarunkowaniem efektywnego uwalniania fosforanów i magazynowania łatwo przyswajalnych substancji organicznych przez komórki bakteryjne w warunkach beztlenowych jest brak azotanów. Azotany obecne w strefie anaerobowej osłabiają intensywność tych obu bardzo ważnych procesów. Podstawą intensyfikacji uwalniania fosforanów w tej strefie jest ciągłe dostarczanie łatwo przyswajalnych substancji organicznych, np. lotnych kwasów tłuszczowych lub ich soli.

Warunki tlenowe

W strefie tlenowej istnieje silna rywalizacja o pokarm. Dlatego też nagromadzone w komórce bakteryjnej PHM (polihydroksymaślany na rys. 1 jako PHB, czyli polihydroksybutyrate) lub kwas octowy mogą być wykorzystywane jako źródło substancji węglowych niezbędnych dla prawidłowego metabolizmu i rozmnażania mikroorganizmów o wzmożonej aktywności. W tej strefie następuje gwałtowna synteza nowych komórek bakteryjnych z jednoczesnym zwiększonym poborem rozpuszczonego fosforu ze ścieków.

kwas    kwas

octowy O; po₄ ³    octowy

a) warunki tlenowe b) warunki beztlenowe

Nadmiar energii uzyskanej z rozkładu polihydroksymaślanow oraz utleniania związków organicznych zawartych w ściekach, magazynowany jest wewnątrz komórek w postaci łańcuchów polifosforanowych składających się z 2 do 10000 jednostek fosforanowych połączonych wiązaniem wysokoenergetycznym. Intensywność procesów zachodzących w warunkach tlenowych jest tak duża, że ilość fosforu magazynowanego na tym etapie procesu jest znacznie wyższa niż ilość fosforanów wydzielonych do środowiska w poprzedzających ten etap warunkach beztlenowych. Ta różnica stanowi efekt usunięcia fosforu w procesie biologicznej defosfatacji.

Opisaną redukcję fosforu w ściekach można przedstawić za pomocą rysunku 2.

W opisanym procesie ważna jest równowaga pomiędzy ilością wydzielanego fosforu (POa^3-) w strefie beztlenowej, a ilością zmagazynowanego polihydroksymaślanu w komórce bakteryjnej. W przypadku, gdy wydzieli się więcej fosforanów w strefie anaerobowej niż zostanie pobranych lotnych kwasów tłuszczowych, to w strefie tlenowej bakterie nie będą miały wystarczającego zapasu zmagazynowanych związków organicznych (PHM) i wobec braku energii nie będą pobierać fosforu do komórki, co spowoduje jego wzrost w odpływie z oczyszczalni. Zjawisko takie określa się jako wtórne wydzielanie fosforu.

Powyżej opisany proces zwiększonej akumulacji fosforu można również przedstawić za pomocą rysunku 3. Obrazuje on jednocześnie schematycznie mechanizm defosfatacji na oczyszczalni ścieków. Po przejściu strefy anaerobowej i aerobowej ścieki kierowane są do osadnika wtórnego, gdzie osad sedymentuje a sklarowane ścieki pozbawione fosforu odprowadzane są do odbiornika.

Prowadzący: dr Sławomir Wierzba