Dr hab. Agnieszka Pajdak-Stós i dr hab. Edyta Fiałkowska z Wydziału Biologii UJ opracowały biologiczną metodę ograniczania puchnięcia osadu czynnego. Dzięki niej można przeciwdziałać przypadkom nadmiernego rozwoju bakterii nitkowatych w oczyszczalniach ścieków. Wysokie zagęszczenie bakterii nitkowatych powoduje, że oczyszczalnie ponoszą wysokie koszty, zmniejsza się ich efektywność, a stosowane dotychczas działania prewencyjne mają negatywny wpływ na środowisko naturalne.

Odkrycie dotyczy oczyszczalni wykorzystujących osad czynny, czyli zbiorowiska mikroorganizmów, które poprzez biologiczne procesy degradują zanieczyszczenia. Osad czynny jest stosowany zarówno w dużych oczyszczalniach ścieków komunalnych i przemysłowych, jak i w mniejszych obiektach oraz w oczyszczalniach przydomowych.

Co ważne, opracowana na UJ metoda została już pozytywnie zweryfikowana w kilku różnych oczyszczalniach o odmiennych wydajnościach i zróżnicowanych rodzajach ścieków, co oznacza, iż jest ona gotowa do wdrażania w środowisku przemysłowym.

W oczyszczaniu ścieków istotna jest równowaga biologiczna

Metoda oczyszczania z udziałem osadu czynnego opiera się na takich samych biologicznych procesach samooczyszczania, jakie zachodzą w naturalnym środowisku wodnym. Z punktu widzenia oczyszczalni efektywność i tempo tych procesów ściśle zależy od jakości osadu czynnego, w skład którego wchodzi mieszanka różnych gatunków bakterii, pierwotniaków, grzybów i innych mikroorganizmów.

„Osad czynny to niezwykle dynamiczne środowisko, które trudno jest stabilizować i utrzymywać w równowadze. Trudność ta wynika z licznych zależności i interakcji między gatunkami tworzącymi osad, jak również z tego, że mikroorganizmy występujące w osadzie namnażają się w różnym tempie. Na zmianę proporcji między poszczególnymi mikroorganizmami wpływa wiele czynników, a zmienność ta często sprawia, że pewne szczepy, gatunki czy grupy organizmów zaczynają dominować w osadzie. Tak się dzieje w przypadku nadmiernego rozwoju bakterii nitkowatych. Dla oczyszczalni jest to technologiczny problem, którego rozwiązanie pociąga za sobą znaczne koszty, a w skrajnych przypadkach powoduje przestoje w ich pracy” – mówi dr hab. Agnieszka Pajdak-Stós z UJ, współautorka odkrycia.

Kontrola rozrostu bakterii nitkowatych

Kiedy następuje niekontrolowany rozwój bakterii nitkowatych, a to zdarza się często, osad zaczyna się pienić i puchnąć, co prowadzi do problemów eksploatacyjnych i technologicznych w oczyszczalniach. Pojawia się niewłaściwa recyrkulacja osadu i trudności w utrzymaniu jego właściwego stężenia w komorach napowietrzania. Zaburzony zostaje skład mikrobiologiczny. W pierwszej kolejności skutkuje to spadkiem wydajności oczyszczalni, pojawiają się dodatkowe trudności w odseparowaniu oczyszczonego ścieku i pogorszenie jakości jego odpływu. W skrajnych przypadkach oczyszczalnia musi wstrzymać swoje działanie i wymienić osad czynny lub przynajmniej jego część na nowy, a osad wadliwy zutylizować, co z kolei oznacza konieczność poniesienia dodatkowych, znacznych kosztów i wykonania uciążliwych procedur.

Dotychczas oczyszczalnie najczęściej radzą sobie z bakteriami nitkowatymi stosując środki chemiczne na bazie glinu, o bardzo niskim pH. Jest to jednak metoda nieefektywna kosztowo, niosąca pewne ryzyko dla pracowników oczyszczani, jak i wpływająca negatywnie na środowisko naturalne.

„Oczyszczalnie, stosując profilaktykę i prewencję w rozwoju bakterii nitkowatych, dodają do komór osadu środki chemiczne. Metoda nie zawsze jest skuteczna, ma też istotne wady i daje skutki uboczne. Jest kosztowna, wymaga zachowania szczególnych środków ostrożności przez pracowników, a przede wszystkim może mieć niekorzystny wpływ na środowisko naturalne. Badania wykazały, że stosowane odczynniki niekorzystnie wpływają na część mikroorganizmów występujących w środowisku wodnym. W naszej ocenie, ze względu na łatwość adaptacji mikroorganizmów do zmienności warunków bytowania, istnieje wysokie ryzyko pojawiania się w przyszłości szczepów bakterii nitkowatych odpornych na obecnie stosowane środki, co spowoduje, że przestaną być one skuteczne” – wyjaśnia dr hab. Edyta Fiałkowska z Wydziału Biologii UJ, współtwórczyni technologii.

Kluczem do sukcesu są wrotki Lecane inermis

Naukowczynie znalazły odpowiedź na powyższe wyzwania. Istotą metody jest utrzymywanie stosunkowo wysokiego zagęszczenia populacji wrotków Lecane inermis wchodzących w skład osadu czynnego. Są to mikroorganizmy żerujące na bakteriach nitkowatych, co w sposób naturalny ogranicza puchnięcie osadu czynnego, zmniejsza produkcję biomasy, a tym samym ilość tzw. osadu nadmiernego. Gdy wrotków jest wystarczająco dużo, nie ma mowy o niekontrolowanym rozroście populacji bakterii.

„Wrotki mają kluczowe znaczenie w utrzymywaniu niskiego zagęszczenia bakterii nitkowatych w osadzie czynnym. Nasza technologia koncentruje się więc na dwóch aspektach. Pierwszym jest wspomaganie osadu czynnego poprzez szczepienie go populacją wrotków wyhodowanych zgodnie z opatentowaną przez nasz zespół metodą. Drugim jest zwalczanie lub ograniczanie w osadzie czynnym naturalnych wrogów wrotków Lecane inermis” – dodaje dr hab. Agnieszka Pajdak-Stós.

Naturalnym wrogiem wrotków są drapieżne grzyby Zoophagus i Lecophages. Badaczki z UJ znalazły prosty sposób na ograniczanie ich populacji na tyle, by nie wyeliminować ich całkowicie z osadu czynnego, ale jednocześnie by nie zagrażały one równowadze mikrobiologicznej. Sposobem tym jest dodawanie do ścieków glicerolu w odpowiednim stężeniu, które jest bezpieczne dla środowiska.

Opracowana na UJ technologia może być stosowana w oczyszczalniach z dopływem różnego rodzaju ścieków zarówno komunalnych jak i z przemysłu spożywczego.

„Ważną zaletą opracowanej technologii jest to, iż jest ona prosta w użyciu i nie zmusza oczyszczalni do dokonywania zmian technologicznych. Co więcej, metoda może być stosowana prewencyjnie, a to oznacza, że oczyszczalnie potencjalnie mogą zaoszczędzić znaczne środki wydawane obecnie na odczynniki chemiczne. Ważne jest też to, że technologia już została przetestowana w kilku zakładach oczyszczania i już dowiedziono, iż jest ona po prostu skuteczna” – wyjaśnia dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektorka Centrum Transferu Technologii UJ, CITTRU.

Obecnie CITTRU UJ poszukuje partnera technologicznego, zainteresowanego licencją na nową technologię, W przypadku podjęcia współpracy z partnerem technologicznym zespół naukowy gotowy jest udzielać konsultacji w zakresie wdrażania nowej metody. Prezentowana technologia jest chroniona prawem własności przemysłowej.