1. Toksyczność

Testy toksyczności przeprowadza się w celu wyznaczenia stężeń bezpiecznych ścieków do odprowadzenia ich do odbiornika. Polega to na szacowaniu ryzyka dla środowiska.

Podział testów toksyczności:

• Ostre (kryterium jest śmierć osobnika – test przeżywalności/śmiertelności, organizmy takie jak Daphnia magna lub larwa ochotek, wyznaczamy LC_50/t),

• Fizjologiczne (kryterium jest zaburzenie funkcji życiowej, wyznaczamy EC_50/t),

• Chroniczne (kryterium jest wpływ na proces rozmnażania).

Stężenie letalne i efektywne opisać oraz do jakich testów są wykorzystywane.

LC_50/t – stężenie letalne. Oznacza takie stężenie związku, które powoduje śmierć 50% organizmów w określonym czasie w stosunku do próby kontrolnej. Stężenie wyznacza się w mg/l, możemy jest wyznaczyć metodą probitową (obliczeniowa, wymagane dużo prób) i graficzną (wykres ,który się potem logarytmuje by uzyskać zależność liniową).

DL_50/t – dawka śmiertelna (np. dla człowieka).Wyznaczamy ją na kg wagi ciała.

EC_50/t – stężenie efektywne. Oznacza takie stężenie związku, które powoduje zahamowanie procesów fizjologicznych o 50% po określonym czasie w stosunku do próby kontrolnej (obniżenie sprawności danego procesu o 50% w stosunku do próby kontrolnej).

Są wykorzystywane do testów:

• Jednostki toksyczności ostrej

$$\text{TU}_{a} = \frac{100}{{LC(EC)}_{50}}$$

2. Osad czynny

Osad czynny to:

• organizmy zawieszone w toni wodnej w kłaczkach osadu czynnego,

• W skład osadu wchodzą: bakterie i grzyby utleniające związki organiczne zawarte w ściekach surowych do związków mineralnych. W osadzie występują również pierwotniaki (wiciowce pracują w osadzie a pozostałe pierwotniaki regulują populacje bakterii),

• Obecność danej grupy organizmów wynika z warunków prowadzenia procesu technologicznego (napowietrzanie, wiek osadu, obciążenie osadu).

• Obecność grzybów w osadzie jest niezbędna ze względu na ich zdolność do rozkładania nietypowych związków lepiej niż bakterie. Jednak lubią one kwaśne pH które trzeba im zapewnić.

• Osad czynny usuwa głownie związki węgla utlenia je do CO₂ i H₂O.

• Usuwanie azotu wbudowanego w organizmy w osadzie zachodzi podczas usuwania osadu nadmiernego (usuwanie do 30% N_org)

Czas generacji – czas pomiędzy jednym a drugim podziałem. Gdy ten czas jest > niż wiek osadu to takie organizmy zostaną wypłukane z osadu.

Podział osadu czynnego:

• Osad wprowadzany: wysokoobciążony, rozdrobnione kłaczki, dużo form pływających, wiciowce i orzęski wolnopływające – występują bo jest dużo pokarmu

• Osad konwencjonalny: średnioobciażony, sflokulowane, ładnie sedymentujące kłaczki, mało organizmów wolnopływających, dużo orzęsków pełzających i osiadłych.

• Osad o przedłużonym czasie napowietrzania: niskoobciążony, długie napowietrzanie, różne kłaczki, ameby skorupkowe i wrotki.

Sukcesja organizmów w osadzie:

1. W komorze napowietrzania jest mała ilość biomasy organizmów, dużo pokarmu, dużo bakterii wolnopływających – faza rozproszona osadu. Po napowietrzaniu bakterie a potem pierwotniaki (drobne wiciowce zjadające rozproszone bakterie) intensywnie się namnażają. Liczne bakterie są też pokarmem dla orzęsków pływających, które też się licznie namnażają.

2. Rozwój wolnopływających orzęsków powoduje spadek liczby rozproszonych bakterii. Bakterie w kłaczkach stają się niedostępne dla orzęsków wolnopływających więc rozwijają się orzęski pełzające (z kłaczków zjadają) i osiadłe (filtrują resztę wolnopływających bakterii).

3. Pojawiają się ameby skorupkowe – wskazuje to na duży wiek osadu. Na sam koniec pojawiają się wrotki, nicienie, niesporczaki i inne tkankowce.

Gdy w osadzie są nieprawidłowości pojawiają się wyższe organizmy nicienie, pajęczaki, skąposzczety. Niszczą kłaczki ponieważ jedzą duo bakterii.

Pojawienie się w osadzie form nitkowatych w nadmiernych ilościach powoduje pęcznienie osadu.

 Reducenci i konsumenci w osadzie czynnym. Jakie zależności troficzne ich łączą.

Z ekologicznego punktu widzenia mikroorganizmy osadu czynnego mogą być podzielone na dwie podstawowe grupy: reducentów i konsumentów.

Grupa reducentów jest reprezentowana przez bakterie i grzyby.

Podstawowymi organizmami tworzącymi biocenozę osadu czynnego są bakterie, wśród których większość stanowią bakterie heterotroficzne. Kolejną grupą są bakterie nitkowate (w małej ilości stanowią rodzaj szkieletu dla kłaczków, w dużych ilościach powodują pęcznienie osadu). Do pęcznienia osadów mogą przyczynić się również grzyby (tylko w nadmiernych ilościach. Osad nie jest dla nich komfortowym środowiskiem do życia – pH, konkurencja o pokarm)

Główną grupą konsumentów są pierwotniaki, reprezentowane przez 3 typy: wiciowe, zarodniowe i najliczniejsze – orzęski( wolnopływające, pełzające, osiadłe).

Rolą pierwotniaków w osadzie czynnym jest utrzymywanie odpowiedniej liczebności populacji bakterii i jej odmładzanie poprzez wyjadanie, a częściowo również usuwanie nierozpuszczonej i rozpuszczonej materii organicznej.

Pierwotniaki mają wpływ na zjawisko flokulacji osadu (poprzez pozakomórkowe wydzielanie substancji o charakterze polisacharydów (wielocukrów) )

Przyczyniają się do obniżania liczebności bakterii patogennych ze ścieków.

Orzęski osiadłe są „naturalnymi obciążnikami” osadu, ułatwiając jego sedymentację w osadniku wtórnym.

Zależności troficzne:

Pierwsze ogniwo łańcucha tworzą bakterie heterotroficzne oraz niektóre pierwotniaki. Odżywiają się substancjami organicznymi ze ścieków oraz cząstkami organicznymi z obumarłych organizmów osadu.

Następne ogniwo tworzą pierwotniaki holozoiczne (jedzą organizmy z 1 ogniwa i zawiesinę (mniam mniam))

Nicienie i wrotki żywią się organizmami z 1 i 2 ogniwa i kończą część łańcucha jaką stanowią heterotrofy osadu czynnego.

Bakterie autotroficzne, wykorzystują produkty mineralizacji subst.org wytwarzanych przez heterotrofy, biorą udział w ostatnim etapie oczyszczania ścieków.

3. Fermentacja metanowa

Osady ściekowe – pochodzące z osadnika wstępnego oraz jest to nadmierny osad czynny (nadmierna biomasa z procesu oczyszczania).

• Surowy osad ściekowy zawiera najwięcej wody, potem związków organicznych i mineralnych. ( 70% zw. organicznych i 30% zw. mineralnych).

• Jest aktywny biologicznie czyli zachodzą w niw procesy rozkładu związków organicznych. Wydziela odór i jest niebezpieczny pod względem higieniczno-sanitarnym. Występują w nim bakterie i pierwotniaki chorobotwórcze i jaja robaków.

Proces unieszkodliwiania osadów polega na:

• Pozbycie się patogenów (bezpieczny pod względem sanitarno-epidemiologicznym),

• Odwodnienie osadu,

• Neutralizacja zahamowanie aktywności biologicznej.

Wykorzystanie osadu po jego unieszkodliwieniu:

• Spalenie,

• Nawóz organiczny ( osad ma dużo zw. Mineralnych co powoduje zasolenie gleby, jest bogaty w metale. Wykorzystanie osadu jest możliwe gdy jest odpowiedni typ osadu).

Fermentacja metanowa

• Skomplikowany mikrobiologicznie proces prowadzony przez wiele grup bakterii.

• Trudna technologia, wiele faz.

Fazy fermentacji:

1. Hydroliza związków wielkocząsteczkowych (białka, węglowodany, lipidy). Produkty hydrolizy: aminokwasy, kwasy tłuszczowe, glicerol, cukry proste. Proces hydrolizy nie zależy od obecności tlenu (faza beztlenowa i tlenowa).

2. ACIDOGENEZA - faza fermentacji cukrów i aminokwasów, faza kwasotwórcza. Produkty fazy: kwas mlekowy, octowy, alkohole, CO₂ i H₂O. Przeprowadzają ją bakterie beztlenowe lub względnie beztlenowe.

3. ACETOGENEZA - faza tworzenia octanów. Produkty fazy: CO₂, H₂ i octan

4. METANOGENEZA - faza tworzenia metanu z octanu (beztlenowe oddychanie) – w ten sposób powstaje 70% metanu, proces ten prowadzą bakterie metanogenne. Metan tworzony jest też w procesie autotroficznym - utlenianie wodoru i redukcja CO₂. Tak powstaje 30% metanu.

Podział fermentacji ze względu na temperaturę:

1. Psychrofilna (temp. otoczenia – 20 stopni, zachodzi w OBF czyli Otwartych Basenach Fermentacyjnych, w szambach i osadnikach Imhoffa, trwa długo – 0,5 roku i biogaz uchodzi do powietrza)

2. Mezofilna (temp. 30-37 stopni, zachodzi w komorach fermentacyjnych, ZKF czyli zamkniętych komorach fermentacyjnych, trwa 20 dni)

3. Termofilna (temp. 50 stopni, trwa 12-14 dni ale trzeba wtedy dogrzewać komory co powoduje, że proces jest słaby energetycznie)

• Bakterie metanogenne wymagają niskiego potencjału oksydoredukcyjnego, są wrażliwe na obecność metali ciężkich i wymagają lekko zasadowego pH.

• Wszystkie bakterie nie lubią wahań temperatury.

• By bakterie metanogenne miały odpowiednie warunki należy: stosować długie czasy zatrzymania podczas metanogenezy, buforować środowisko do uzyskania odpowiedniego pH, tak ustalić fazy poprzednie, by były odpowiednie ilości produktów tych faz – do dobrego odżywiania się bakterii betanogennych.

• Proces fermentacji mogą zakłócać: organizmy redukujące siarczany (wytwarzają H₂S szkodliwy dla ludzi i bakterii, zabierają zw org bakteriom metanogennym), bakterie denitryfikacyjne (zabierają wartość nawozową osadu i zw org).

• Produktem fermentacji jest biogaz i osad przefermentowany. Osad ten się odwadnia (prasy, wirówki do 70% uwodnienia, nie jest czynny biologicznie).

• Osad należy higienizować – wapnowanie, czyli dodawanie wapna palonego, po dodaniu podwyższa się pH, wzrasta temperatura i powstaje Ca(OH)₂.

• W biogazie jest 66% metanu, 30% CO₂ i 1% innych.

DEZYNFEKCJA

Dezynfekcja – proces zabijania form wegetatywnych bakterii formy przetrwale przeżywają.

Podział dezynfekcji:

• Fizyczna (promienie UV, temperatura – pasteryzacja)

• Chemiczna (stosowanie środków chemicznych – chlor i jego związki, ozon, nanocząsteczki i inne)

Promienie UV:

• Zaburzenie procesu replikacji – dimeryzacja tyminy (mutacje, błędy w kodzie).

• Promienie nie niszczą przetrwanych form bo one nie replikują DNA czyli nie ma błędów w kodzie.

• Bakterie posiadają systemy naprawcze kodu – enzymy aktywowane pod wpływem światła widzialnego woda musi przebywa w ciemności by mutacja zaszła w pełni.

• Gdy woda jest mętna źle to wpływa na proces ( UV to promieniowanie mało przenikliwe).

• Brak przenikania przez szkło.

• Nie wprowadza się żadnych dodatkowych związków chemicznych, brak ubocznych produktów, właściwości organoleptyczne takie same, szybka i prosta metoda.

Chemiczna dezynfekcja – związkami organicznymi i nieorganicznymi.

Związki nieorganiczne to pierwiastki (chlor, ozon, nanocząsteczki srebra tytanu, złota), związki chloru.

Związki chloru Cl:

• utlenianie białek dezaktywacja enzymów,

• nie dopuszcza do wtórnego zanieczyszczania wody (zależy od korozji i stopnia porastania sieci błoną biologiczną),

• najczęściej stosowany jest dwutlenek chloru,

• najczęściej stosowana metoda, wysoka skuteczność, niskie koszty,

• należy dodać taką ilość Cl, aby po zużyciu na procesy utleniania i zniszczeniu mikroorganizmów patogennych, pozostał w wodzie jego nadmiar (dodajemy 0,5 mg/l zapasu),

• zapotrzebowanie na Cl - ilość Cl dodana do wody w celu przeprowadzenia reakcji utleniania substancji mineralnych i organicznych, aż do pojawienia się w wodzie pozostałego użytecznego Cl,

• wady: produkty uboczne THM, chloroaminy, chloro fenole szkodliwe dla zdrowia (mutagenne i kancerogenne).

Ozon O₃:

• najsilniejszy utleniacz i środek dezynfekcyjny, skuteczny w stosunkowo krótkim czasie kontaktu z woda, w szerokim zakresie pH, nietrwały gaz, trzeba uzupełnić o np. dochlorowanie,

• nietrwały, więc lepiej nadaje się do utleniania niż do dezynfekcji,

• działa na enzymy i na ścianki komórkowe bakterii, niszczy struktury wewnątrzkomórkowe.