1.
Narysuj krzywą wzrostu populacji bakterii w warunkach
Faza zastoju (lag-faza) – następuje po wsianiu bakterii do nowego podłoża, liczba bakt
namnażania), a może nawet nie co zmaleć. Jest to okres przygotowawczy do nowego środowiska. Faza zastoju jest tym dłuższa.
Im uboższe jest środowisko w stosunku do poprzedniego. W tym okresie bakterie
podłożu były zbyteczne. Przedłużenie fazy zastoju może zachodzić także w obecności czynników szkodliwych.
Faza młodości fizjologicznej – metabolizm komórek jest intensywny. Komórki rosną szybko, ich rozmiary się powiększają ale nie
występują podziały (zaczynają się dopiero pod koniec).
Faza wzrostu logarytmicznego - zmniejszenie się rozmiaru bakterii w porównaniu z fazą poprzednią
utrzymuje się na tym samym poziomie. Faza ta jest głównym okresem wzrostu hodowli, następuje
może ulec skróceniu w wyniku braku pokarmu, nagromadzeniu
ogół w podłożach ubogich, szybkość wzrostu jest mniejsza, a faza logarytmiczna jest dłuższa.
Faza równowagi - Liczba bakterii prawie się nie zmienia. Pomiędzy przyrostem komórek (podziały),a ich ubytkiem (zamieranie)
zachodzi równowaga. W wyniku tego procesu liczba komórek pozostaje na stałym poziomie.
Faza zamierania - w warunkach ubytku pokarmu i innych niekorzystnych warunkó
szybkim tempie. Może wystąpić mały wzrost w wyniku pozyskania materiałów z lizy obumarłych komórek.
2.
Narysuj wykres zależności między szybkością wzrostu mikroo
3.
Pochodzenie mikroorganizmów w środowisku wodnym (autochtoniczne, allochtoniczne)
Wyróżnia się organizmy autochtoniczne (naturalne), dla których woda jest naturalnym
allochtoniczne (obce), dla których woda nie jest naturalnym środowiskiem bytowania, a które
z powietrza, ze ściekami i odchodami ludzi i zwierząt.
Mikroorganizmy allochtoniczne mogą znaleźć w wodzie warunki korzystne do rozwoju. Do nich należą także drobnoustroje
chorobotwórcze (np. salmonella).
4.
Wymień bakterie chorobotwórcze przenoszone przez wodę, wyjaśnij wyrażenie mikroorgan
Mikroorganizmy oportunistyczne – powodują zakażenia u
Salmonella – gramujemne, ruchliwe pałeczki, nie wytwarzające otoczek i zarodników. Rosną w warunkach tlenowy
i beztlenowych. Optymalna temperatura wzrostu wynosi 37 stopni, a pH 7,6. Rodzaj ten obejmuje ponad 2500 tzw. serotypów,
które różnią się antygenami. Wrotami zakażenie zarówno bakteriami duru brzusznego lub durów rzekomych jest przewód
pokarmowy, czas inkubacji wynosi 10-14 dni, a objawami jest biegunka, wymioty, bóle brzucha i gorączka. Bakterie przenikają
do węzłów limfatycznych, gdzie następuje ich namnażanie. Następnie przez krew rozsiewane są do różnych narządów ciała.
Wtórnie osiedlają sie w jelitach (cienkich), skąd penetrują do odchodów wydalanych na zewnątrz. Mogą przedostawać się do
wody do picia oraz do wód powierzchniowych, miejscach przeznaczonych do kąpieliska.
Narysuj krzywą wzrostu populacji bakterii w warunkach statycznych, podaj fazy wzrostu i krótko je opisz
Rzeczywista krzywa wzrostu populacji bakteryjnej
I.
I Faza zastoju lub przygotowawcza (lag
M.
M Faza młodości fizjologicznej
II.
II Faza wzrostu logarytmicznego
III.
III Okres zwolnionego wzrostu
IV.
IV Faza równowagi
V.
V Faza zamierania
VI.
VI Faza logarytmicznego zamierania
następuje po wsianiu bakterii do nowego podłoża, liczba bakterii w tej fazie nie wzrasta (brak
może nawet nie co zmaleć. Jest to okres przygotowawczy do nowego środowiska. Faza zastoju jest tym dłuższa.
Im uboższe jest środowisko w stosunku do poprzedniego. W tym okresie bakterie wytwarzają nowe enzymy które w
enie fazy zastoju może zachodzić także w obecności czynników szkodliwych.
metabolizm komórek jest intensywny. Komórki rosną szybko, ich rozmiary się powiększają ale nie
występują podziały (zaczynają się dopiero pod koniec). Komórki są wrażliwe na niekorzystne czynniki.
zmniejszenie się rozmiaru bakterii w porównaniu z fazą poprzednią
utrzymuje się na tym samym poziomie. Faza ta jest głównym okresem wzrostu hodowli, następuje
iku braku pokarmu, nagromadzeniu toksycznych produktów albo zmian pH, potencjału redoks. Na
ogół w podłożach ubogich, szybkość wzrostu jest mniejsza, a faza logarytmiczna jest dłuższa.
Liczba bakterii prawie się nie zmienia. Pomiędzy przyrostem komórek (podziały),a ich ubytkiem (zamieranie)
zachodzi równowaga. W wyniku tego procesu liczba komórek pozostaje na stałym poziomie.
w warunkach ubytku pokarmu i innych niekorzystnych warunków. Zachodzi zamieranie, nawet w
szybkim tempie. Może wystąpić mały wzrost w wyniku pozyskania materiałów z lizy obumarłych komórek.
między szybkością wzrostu mikroorganizmów, a stężeniem substratu, podaj równanie Monoda
∙
Pochodzenie mikroorganizmów w środowisku wodnym (autochtoniczne, allochtoniczne)
Wyróżnia się organizmy autochtoniczne (naturalne), dla których woda jest naturalnym środowiskiem bytowania oraz organizmy
allochtoniczne (obce), dla których woda nie jest naturalnym środowiskiem bytowania, a które
powietrza, ze ściekami i odchodami ludzi i zwierząt. Organizmy autochtoniczne biorą udział w
mogą znaleźć w wodzie warunki korzystne do rozwoju. Do nich należą także drobnoustroje
Wymień bakterie chorobotwórcze przenoszone przez wodę, wyjaśnij wyrażenie mikroorgan
powodują zakażenia u osobników o obniżonej odporności.
gramujemne, ruchliwe pałeczki, nie wytwarzające otoczek i zarodników. Rosną w warunkach tlenowy
beztlenowych. Optymalna temperatura wzrostu wynosi 37 stopni, a pH 7,6. Rodzaj ten obejmuje ponad 2500 tzw. serotypów,
które różnią się antygenami. Wrotami zakażenie zarówno bakteriami duru brzusznego lub durów rzekomych jest przewód
14 dni, a objawami jest biegunka, wymioty, bóle brzucha i gorączka. Bakterie przenikają
do węzłów limfatycznych, gdzie następuje ich namnażanie. Następnie przez krew rozsiewane są do różnych narządów ciała.
cienkich), skąd penetrują do odchodów wydalanych na zewnątrz. Mogą przedostawać się do
wody do picia oraz do wód powierzchniowych, miejscach przeznaczonych do kąpieliska.
i krótko je opisz
Rzeczywista krzywa wzrostu populacji bakteryjnej:
Faza zastoju lub przygotowawcza (lag-faza)
młodości fizjologicznej
logarytmicznego
Okres zwolnionego wzrostu
Faza logarytmicznego zamierania
erii w tej fazie nie wzrasta (brak
może nawet nie co zmaleć. Jest to okres przygotowawczy do nowego środowiska. Faza zastoju jest tym dłuższa.
wytwarzają nowe enzymy które w dawnym
enie fazy zastoju może zachodzić także w obecności czynników szkodliwych.
metabolizm komórek jest intensywny. Komórki rosną szybko, ich rozmiary się powiększają ale nie
Komórki są wrażliwe na niekorzystne czynniki.
zmniejszenie się rozmiaru bakterii w porównaniu z fazą poprzednią, większość komórek
utrzymuje się na tym samym poziomie. Faza ta jest głównym okresem wzrostu hodowli, następuje tu podwojenie. Czas trwania
toksycznych produktów albo zmian pH, potencjału redoks. Na
Liczba bakterii prawie się nie zmienia. Pomiędzy przyrostem komórek (podziały),a ich ubytkiem (zamieranie)
w. Zachodzi zamieranie, nawet w dość
szybkim tempie. Może wystąpić mały wzrost w wyniku pozyskania materiałów z lizy obumarłych komórek.
rganizmów, a stężeniem substratu, podaj równanie Monoda
środowiskiem bytowania oraz organizmy
allochtoniczne (obce), dla których woda nie jest naturalnym środowiskiem bytowania, a które dostają sie do wody z gleby,
biorą udział w obiegach pierwiastków.
mogą znaleźć w wodzie warunki korzystne do rozwoju. Do nich należą także drobnoustroje
Wymień bakterie chorobotwórcze przenoszone przez wodę, wyjaśnij wyrażenie mikroorganizmy oportunistyczne
gramujemne, ruchliwe pałeczki, nie wytwarzające otoczek i zarodników. Rosną w warunkach tlenowych
beztlenowych. Optymalna temperatura wzrostu wynosi 37 stopni, a pH 7,6. Rodzaj ten obejmuje ponad 2500 tzw. serotypów,
które różnią się antygenami. Wrotami zakażenie zarówno bakteriami duru brzusznego lub durów rzekomych jest przewód
14 dni, a objawami jest biegunka, wymioty, bóle brzucha i gorączka. Bakterie przenikają
do węzłów limfatycznych, gdzie następuje ich namnażanie. Następnie przez krew rozsiewane są do różnych narządów ciała.
cienkich), skąd penetrują do odchodów wydalanych na zewnątrz. Mogą przedostawać się do
Shigella – gramujemne, nieruchliwe, nie wytwarzające spor i otoczek pałeczki. Optymalna temp. 37 stopni, rosną w warunkach
tlenowych i beztlenowych. U ludzi wywołują czerwonkę (dezynteria), wnikają przez przewód pokarmowy i zasiedlają jelito grube.
Powodują powstanie krwawiących owrzodzeń i prowadzą do nekrozy (martwicy) błon śluzowych. Okres inkubacji 1-4 dni.
Objawy: gorączka, biegunka z krwią, tzn. bolesne parcia przy oddawaniu stolca. Zakażenie następuje przez kontakt z chorymi
ludźmi, lub przez zanieczyszczoną wodę, żywność i owady. Bakterie te są wrażliwe na czynniki środowiska, głównie na
promieniowanie ultrafioletowe, a także światło słoneczne.
Vibrio – są to bakterie w kształcie przecinka, gramujemne, urzęsione polarnie. Na ogół tlenowe. Optymalna temp.
Chorobotwórczych: 37 stopni, pH 7,6-8, przeprowadzają hemolizę krwi człowieka. Chorobotwórczym gatunkiem jest Vibrio
cholerae. Wylęg choroby po 2-5 dniach. Charakteryzuje się gwałtownymi bólami i biegunką, co w konsekwencji wywołuje
odwodnienie i szybka śmierć. Źródłem zakażenia są zanieczyszczone odchodami woda i pokarmy. Mogą być szczepy
niechorobotwórcze Vibrio.
Patogenne szczepy Escherichia coli – w przewodzie pokarmowym w warunkach normalnych biorą udział w rozkładzie
niestrawionego pokarmu. Syntetyzują witaminy z grupy B oraz witaminę K, a dzięki wytwarzaniu bakteriocyn (toksyn
bakteryjnych) przyczyniają się do inaktywacji bakterii patogennych. Są więc bardzo przydatne. Jednak w niektórych przypadkach,
np. obniżonej odporności, wywołują zapalenia błon śluzowych, cewki moczowej i pęcherza oraz pochwy. Źródło epidemii
stanowi zakażona żywność oraz woda do picia i kąpieli. Optymalna temperatura 37 stopni, ale może rosnąć w warunkach 8-50
stopni. Charakteryzują się też tolerancją na niski odczyn (pH = 1-3).
Legionella – bakterie te w postaci aerozolu wnikają do układu oddechowego dając typowe choroby płuc. Są to gramujemne,
nieprzetrwalnikujące pałeczki, urzęsione, ale wymagające do wzrostu wiele aminokwasów. Optymalna temp wynosi 36 ± 10
stopni, występują nawet w temp blisko 70 stopni. Optymalne pH = 7. Rozwój tych bakterii w warunkach naturalnych następuje
w obecności innych bakterii heterotroficznych grzybów, glonów i pierwotniaków. Ponieważ substancje pokarmowe pobierają
z żywych lub obumarłych komórek tych organizmów, można je więc zaliczyć do komensali lub pasożytów. Są o tyle groźne, że
mogą się rozwijać w obecności innych bakterii w sitkach pryszniców.
Legionelloza (choroba) – przebiega z objawami zapalenia płuc, suchym kaszlem, gorączką, mogą występować zaburzenia
nerwowe, halucynacje itp. Czas inkubacji wynosi 3-6 dni. Śmiertelność jest dość wysoka, jeśli się nie leczy (30-40%).
Gronkowce – gramdodatnie formy kuliste, nieruchliwe, tlenowe lub względnie beztlenowe. Wśród gronkowców należy wyróżnić
gatunek Staphylococcus aurelus (gronkowiec złocisty) – bardzo chorobotwórczy.
Camtylobacter – są to pałeczki w kształcie litery S, urzęsione, nie wytwarzające przetrwalników. Są mikroaerofilami (znoszą
środowisko słabo natlenione), są termofilne, optymalna temp wzrostu:44 stopnie. Chorobotwórczymi gatunkami są: jejjuni i coli.
Powodują one chorobę zwaną Camtylobakteriozą, która objawia się krwawymi biegunkami, wymiotami i gorączką. Niekiedy
wywołują zakażenia okołoporodowe i wewnątrzmaciczne. Są przyczyną posocznic (sepsa). Źródło: woda zakażona fekaliami,
mięso małży i ostryg spożywanych w stanie surowym. Szczególną rolę w przenoszeniu tych bakterii odgrywają ptaki! (temp. 42
stopnie – optymalna temp), a także psy.
Yersinia – są to bakterie gramujemne, niezarodnikujące, względnie beztlenowe. Optimum temp. 25-37 stopni. Powodują
odczyny zapalne wielu narządow wewnętrznych, zapalenie stawów i zatrucia pokarmowe. Miejscem bytowania tych bakterii jest
przewód pokarmowy ludzi, zwierząt, wykrywa się je także w mięsie ryb, jarzynach, wodzie do picia i w pokarmach pochodzenia
roślinnego.
Helicobacter – wykazuje podobieństwo do Camtylobacter jejjuni. Występują te bakterie w żołądku człowieka
i różnych zwierząt (gryzoni). U ludzi powoduje zapalenie śluzówki żołądka, raka żołądka oraz chorobę wrzodową
i dwunastnicy. Są to bakterie ruchliwe, posiadające zdolność do wytwarzania ureazy. Enzym ten hydrolizuje mocznik
do kwasu węglowego i amoniaku, które to związki neutralizują kwasy żołądkowe, co umożliwia bytowanie tych
bakterii w środowisku o niskim pH. Obecnie sądzi się, że źródłem podstawowym tych bakterii jest woda do picia,
która przechodzi przez rury z różnymi obrostami co jest bardzo niekorzystne.
5.
Na czym polega chorobotwórczość bakterii
Niszczenie tkanek – zachodzi w skutek produkcji metabolitów (kwasów, gazów) wytwarzanych podczas wzrostu bakterii oraz
metabolitów rozkładu składu tkanek.
Produkcja toksyn przez bakterie – stanowią składniki ściany komórkowej, enzymy powodujące lizę komórek i specyficzne białka,
wiążące się z receptorami komórkowymi. Wśród endotoksyn wyróżnić można peptydoglikany bakterii gramdodatnich oraz kwasy
tejchojowe, powodujące powstanie stanów gorączkowych. Gramujemne bakterie wytwarzają lipopolisacharydy, które decydują
o powstawaniu stanów zapalnych w organizmach.
Uszkodzenia układu immunologicznego, także na skutek działania egzotoksyn. Egzotoksyny to specyficzne białka, najczęściej
o charakterze enzymów, zakłócają funkcje tkanek i niszczą komórki.
6.
Wymień elementy składowe gleby (fazy) i krótko opisz
(po co ta faza, czym jest – 2 zdania)
Faza stała (litosfera) – jest mieszaniną zw. mineralnych i subst. organicznych. Koloidy glebowe odgrywają najważniejszą rolę
w życiu mikroorg., ponieważ ich powierzchnia jest miejscem nagromadzania się bakterii. W wyniku procesów wietrzenia
uwalniane są z tej fazy składniki pokarmowe dla roślin, jak wapń, magnez, potas, fosfor oraz glin i żelazo. Minerały ilaste
decydują o sorpcyjnych i jonowymiennych właściwościach gleby. Regulują właściwości wodne oraz buforowe. Skład chem. tej
fazy podlega ciągłym przemianom. Substancję organiczną fazy stałej stanowią resztki podziemnych części roślin, obumarłe ciała
bakterii, grzybów i mikrofauny glebowej, produkty metabolizmu organizmów i zw. humusowe – próchnica. Związki humusowe
zawierają liczne grupy funkcyjne i odgrywają istotną rolę w kształtowaniu właściwości gleb, obiegu materii org. w wiązaniu subst.
trujących, ale i pierwiastków biogennych, a także w hamowaniu rozwoju patogenów roślin. Subst. humusowe (ciemna barwa)
ułatwiają nagrzewanie się gleb. Zlepianie cząstek mineralnych humusem w cząsteczki o wymiarach powyżej 1mm wpływa na
stopień przewietrzania gleby, przepuszczalność i pojemność wodną. Gleby zasobne w humus są mniej podatne na erozję.
Fazę wodną gleby (tzw. hydrosferę) stanowi woda wraz z rozpuszczonymi w niej związkami mineralnymi i organicznymi. Ich
stężenie wynosi na ogół 0,5 g/l, co daje ciśnienie osmotyczne w zakresie 0,5-5 atmosfer. Umożliwia to dyfuzję wody do komórek
bakterii i korzeni roślin. Rozpuszczone w roztworze glebowym utlenione i zredukowane związki tworzą w glebie układ
oksydoredukcyjny, co warunkuje kierunek i charakter przemian. Woda ma duży wpływ na wymianę gazów w glebie, a przede
wszystkim decyduje o zawartości powietrza (tlenu w glebie). Woda przenosi także związki odżywcze (trudne w przypadku gleb
gliniastych, bo nie dochodzi woda i związki organiczne – warstwa nieprzepuszczalna – trzeba ją wysuszyć i potem nawilżyć).
Faza gazowa (powietrze glebowe) – wypełnia przestrzenie pomiędzy stałymi cząstkami gleby, nie zajęte przez roztwór glebowy.
Ilość powietrza w zależności od struktury gleb stanowi od 8 do 35% objętości gleby. Głównymi gazami są: tlen, dwutlenek węgla
i azot. A w warunkach beztlenowych mogą być gazy: siarkowodór, amoniak, metan. Skład atmosfery glebowej ulega większym
wahaniom niż skład powietrza atmosferycznego. Niższe jest aniżeli w powietrzu stężenie tlenu. W glebach dobrze uprawianych
stężenie tlenu w granicach 7-13%; w ciężkich, słabo przewietrzanych 1-2% jest większe stężenie dwutlenku węgla niż
w atmosferze, 4-30%. Gleba przyczynia się do produkcji biomasy roślinnej.
7.
Przenoszenie przez glebę mikroorganizmów chorobotwórczych
(charakterystyka, choroby)
Clostridium perfringers – powodują zgorzel gazową tkanek miękkich, ropnie, martwice, jak również stany zapalne jelit i wątroby
oraz tzw. gorączkę połogową. Są to gramdodatnie, nieruchliwe wytwarzające endospory laseczki.
Clostridium tetani – bezwzględne beztlenowce, wytwarzające spory. Powodują tężca, Gram(+), optymalna temperatura wzrostu:
37 stopni, odczyn około 7 pH. Wykazują zdolność do hemolizy krwi (rozpuszczanie czerwonych krwinek). Tężec objawia się
porażeniem układu nerwowego i narządów obwodowych. Wrota zakażenia, to uszkodzone tkanki i mięśnie, okres inkubacji:
kilka-kilkanaście dni.
Clostridium botulinum – Gram(+), wytwarza spory, ścisły beztlenowiec, optymalna temperatura 37 stopni. Naturalnie bytują
w przewodzie pokarmowych zwierząt roślinożernych. Działają poprzez wytwarzane toksyny. Wywołują chorobę – jad
kiełbasiany. Objawy: po 18-96 godzin po spożyciu zakażonego pokarmu.
Bacillus anthracis – Gram(+) laseczki, tworzą endospory, ale są to tlenowe bakterie. Optymalna temp: 37 stopni. Powodują
chorobę zwaną wąglikiem (krew staje się czarna). Zakażenie u ludzi może przebiegać w 3 postaciach:
skórna – powstają czarne krosty na skórze; płucna – uszkodzenie układu oddech.; jelitowa – uszkodzenie układu pokarmowego
Do gleby dostają sie wraz z odchodami zarażonych zwierząt. Jest to składnik broni biologicznej. W ciągu 24 godzin trzeba podać
antybiotyk. Znajduje się w ściekach i odpadach skórzanych.
Zalicza się też niektóre promieniowce, powodujące promienicę, grzyby powodujące choroby skóry i płuc, pierwotniaki, robak
pasożytnicze.
8.
Fazy bioaerozolu
•
faza gruboziarnista o średnicy kropel > 100
µ
m, szybkość opadania 76 cm/sek
•
faza drobnoziarnista, o wielkości cząstek < 100
µ
m – 50
µ
m, szybkość opadania 30 – 7,6 cm/sek
•
faza kropelkowo-jądrowa o wielkości cząstek < 50
µ
m – 1
µ
m, szybkość opadania 7,6 – 0,003 cm/sek
•
faza pyłu bakteryjnego, wielkości cząstek w zakresie < 50
µ
m – 0,2
µ
m, szybkość opadania 7,6 – 0,003 cm/sek
9.
Mikroorganizmy chorobotwórcze w powietrzu
Mycobacterium tuberculossis – wywołują gruźlicę, są to Gram(+), kwasoodporne, nieruchliwe, nie wytwarzające spor pałeczki.
Tlenowe, optymalne pH = 7, wrażliwe na światło, ale nie wrażliwe na wysychanie. Zakażenie następuje drogą kropelkową.
Rozwój tych bakterii następuje początkowo w tzw. ognisku pierwotnym, z którego za pomocą układu krwionośnego, czy
limfatycznego, następuje rozprzestrzenienie się do innych narządów ciała (np. gruźlica jajników, wątroby, niekoniecznie płuc).
Corynebacterium difterie – powoduje błonicę gardła, z objawami zbliżonymi do anginy. Są to bakterie Gram(+), nie urzęsione,
o kształcie maczugowatym. Są względnymi beztlenowcami. Optimum temperatury 34-37 stopni, pH=7,7–8. Wywołują przede
wszystkim błonicę u dzieci, ale może też zaatakować dorosłych. Konsekwencją zakażenia w przypadku nie leczenia tej choroby,
następują uszkodzenia nerek, serca, wątroby i układu nerwowego.
Srtreptococcus pyogenes – są to formy kuliste, ułożone w łańcuszki, Gram(+), mogą wytwarzać otoczki, powodują hemolizę
krwi, są to względnie beztlenowe bakterie, optimum temp. 37 stopni, pH=7,5. Powodują płonicę. Objawia się na początku jak
angina. Następuje czerwona wysypka skórna, obrzęk gruczołów płonnych i malinowy język. Szerzy się drogą kropelkową.
Choroba może dawać groźne powikłania (zapalenie ucha środkowego, nerek i stawów).
Klepsiella pneumonie – Gram(-) pałeczki, wytwarzające otoczki oporne na wysuszenie. Powodują ostre zapalenia płuc i oskrzeli,
a także anginy, zator nosa, zapalenie ucha.
Najbardziej rozpowszechnionymi zakażeniami wirusowymi są: grypa, odra, ospa wietrzna, różyczka, świnka.
10.
Podaj końcowe produkty utlenienia przez mikroorganizmy osadu czynnego białek, węglowodanów i tłuszczy. Podaj 4
najważniejsze parametry techniczne procesu osadu czynnego (zbiornik wyrównawczy wyrównujący skład ścieków; czas
zatrzymania, obciążenie osadu ładunkiem zanieczyszczeń i indeks objętościowy osadu)
Końcowe produkty utleniania przez mikroorganizmy osady czynnego:
•
węglowodanów: CO
2
, H
2
O
CHO (P)
CO
2
, H
2
O, (PO
4
3-
)
•
tłuszczy: CO
2
, H
2
O
CHO (P)
CO
2
, H
2
O, (PO
4
3-
)
•
białek: CO
2
, H
2
O, azotany i azotyny, siarczany, fosforany
CHONOS (P)
CO
2
, H
2
O, NO
3
-
, SO
4
2-
, PO
4
3-
Czas zatrzymania wyraża się w godzinach i jest to objętość komory (np. w m
3
) podzielone przez szybkość przepływu ścieków w
m
3
/h. V/Q=T [h]
Obciążenie ładunkiem osadu czynnego – kg BZT5 na kg suchej masy osadu i dobę. 0,2 – 0,4 kg osad nisko obciążony, osad
wysoko obciążony – 0,8 i powyżej.
Małe oczyszczalnie muszą mieć zbiornik wyrównujący skład ścieków z doby. Przed dopływem do komory napowietrzania,
powinien być zbiornik gromadzący ścieki z okresu doby. Aby osad pracował zawsze jednakowo.
Indeks objętościowy osadu – wyrażany w ml/g. Żeby był dobry, powinno to być 100-150 ml/g. Jeśli jest do 400-500, to nie da się
oddzielić ścieków od osadu. Mikroorganizmy przyczyniają się do pogorszenia indeksu objętościowego osadu, jeśli proces
oczyszczania umożliwi rozwój mikroorganizmów nitkowatych. Nitkowate unoszą kłaczki, zwiększają objętość, utrudniają procesy
eksploatacji urządzeń.
11.
Scharakteryzuj fazy wzrostu osadu w warunkach statycznych tlenowych (faza dyspersji, wzrost – co w jakich fazach, jakie
org. dominują w poszcz. fazach, prokulacji, faza endogennej transpiracji – zwrócić uwagę)
1.
W pierwszej fazie namnażanie się wiciowych, zarodziowych przez osmozę, konkurencja między bakteriami i pierwotniakami.
2.
Przy dużej biomasie pojawia się krótki okres, gdzie bakterie są ofiarami, orzęski są drapieżcami.
3.
Następnie zaczyna się faza flokulacji (kłaczki) – bakterie przytwierdzają się do koloidów, patyczków, wydzielając
pozakomórkowo śluz, które sklejają bakterie ze sobą i tworzy się kłaczek → okres kłaczkowania osadu. Wielkość kłaczka 300-
400 mikrometrów maksymalnie. Na kłaczkach osadzają się orzęski osiadłe i wyjadają te bakterie i zawiesinę, które są
w ściekach.
4.
Pojawiają się nieliczne wrotki, które odżywiają się bakteriami, naganiając pokarm aparatem wrotkowym do jamy ciała →
okres sformowania osadu czynnego. Białka, węglowodany itp. są mineralizowane.
5.
Pokarm zaczyna być zużyty i bakterie wchodzą w 4 fazę – fazę endogennej respiracji (oddychania wewnątrzkomórkowego na
zapasach komórkowych – bakterie same siebie podjadają, może to trwać kilka godzin). Jest to faza głodu, brakuje związków
organicznych, osad ulega wtórnej dyspersji, kłaczki stają się lekkie, nie zbite, pojawiają się masowo orzęski wolnopływające
i wrotki, osad ucieka ze ściekami, następuje śmierć osadu.
12.
Zależności ekologiczne w osadzie czynnym. Różnice między osadem czynnym, a złożem biol. pod względem biologicznym
Konkurencja – dwie populacje tego samego lub różnych gatunków, rywalizują o tę samą niszę ekologiczną. Dochodzi do
współzawodnictwa o ograniczone zasoby środowiska. W wyniku tego oddziaływania obie populacje tracą.
Drapieżnictwo – zachodzi ono pomiędzy bakteriami, a orzęskami i wrotkami, a także zachodzi konkurencja między
poszczególnymi pierwotniakami i wrotkami. Na każdym poziomie troficznym osadu czynnego występuje konkurencja o pokarm.
Mikroorganizmy bardziej przygotowane enzymatycznie do rozkładu będą wygrywać tą konkurencję.
Synergizm – zjawisko wykorzystywania produktów przez jedne organizmy, wytworzone przez drugie. Np. działanie bakterii
amonifikacyjnych, które odrywają jon amonowy aminokwasu (powodują powstanie jonu amonowego), a bakteriami
nitryfikacyjnymi (wykorzystują jon amonowy do procesu nitryfikacji – utlenianie azotynów do azotanów).
OSAD CZYNNY
ZŁOŻE BIOLOGICZNE
Jest otoczony ściekami oczyszczonymi i surowymi, większa
masa organizmów
Następuje stopniowe oczyszczanie w pionie na powierzchni
(warstwa
powierzchniowa:
bardzo
liczne
bakterie
heterotroficzne, warstwa dolna – bakterie autotroficzne). Na
górze będzie produkcja amoniaku, a w dolnej nitryfikacja.
Mniejsza masa organizmów
Gorsze warunki do nitryfikacji, ponieważ występuje dwutlenek
węgla i jon amonowy jako substraty dla nitryfikatorów;
produkcja amoniaku
Lepsze warunki do nitryfikacji, aniżeli w osadzie, ponieważ w
dolnej warstwie złoża jest niewielka zawartość związków
organicznych
Biocenoza osadu to głównie mikroorganizmy
Występują także liczne makroorganizmy
Mikroflora jest zbliżona do środowiska planktonu, sestonu.
Stratyfikacja pionowa organizmów, a mikroflora zbliżona jest
do zespołu poroślowego, przyczepionego do wypełnienia
(peryfiton)
Do regulacji ilości osadu czynnego stosowane są metody
mechaniczne. Jak mamy nadmiar, to się usuwa.
W złożu ilość biomasy regulują organizmy zwierzęce.
13.
Fazy fermentacji metanowej
(trzeba opisać te fazy!)
1.
Hydroliza polimerów (do czego się rozkładają cukry (na monomery), tłuszcze (polimery do glic.i wyższych kw. org), itp)
2.
Faza acidogenna (wytwarzanie kwasów organicznych, alkoholi, dwutlenku węgla, wodoru - typowe fermentacje – jakie
kwasy wytwarzają: etanol, metanol)
3.
Faza acetogenna (produkcja kwasu octowego)
4.
Faza metanogenna (obejmuje produkcje metanu z octanu – 70%; i produkcję metanu w wyniku redukcji dwutlenku węgla
wodorami – 30%) w procesie biorą udział bakterie beztlenowe, prowadzące procesy fermentacji oraz bakterie archebakterie,
odpowiedzialne za proces wytwarzania metanu
14.
Źródła powstawania octanu podczas fermentacji
Octan powstaje z kwasu mlekowego, etanolu i metanolu, kwasu masłowego i kwasu propionowego oraz bezpośrednio z glukozy,
a także w wyniku redukcji dwutlenku węgla i wodoru.
Homofermentacja octowa; Kwas mlekowy, Etanol, Kwas masłowy, Kwas propionowy + WODA
→
CH
3
COOH
15.
Zjawisko syntrofii (wspólne odżywianie)
SYNTROFIA – zależność między dwoma lub większą liczbą rodzajów mikroorganizmów w procesie rozkładu związku
organicznego, którego żaden z rodzaju osobno nie jest zdolny wykorzystać. Jest to wspólne odżywianie. Np. jedna grupa bakterii
produkuje kwasy tłuszczowe i alkohol, druga grupa wytwarza z tych związków octan i wodór. Trzecia grupa wytwarza metan
z octanu, wodoru i dwutlenku węgla.
16.
Parametry wpływające na przebieg fermentacji metanowej
Temperatura – można prowadzić proces w temp. odpowiedniej dla:
•
mezofilowych bakterii metanogennych, temp. 33-35
o
C, czas procesu – 28 dni
•
można stosować proces termofilowy, temp 55
o
C, czas 15 dni.
Bakterie termofilne są bardzo wrażliwe na spadek temperatury. Powrót do warunków termofilnych trwa do 6 tygodni (jest to
trudne). Stąd też najczęściej stosuje się fermentację mezofilową (bakterie te nie są wrażliwe na spadek temp). Proces zachodzi
także przy udziale bakterii psychrofilnych, ale najczęściej w tak zwanych dołach gnilnych (ścieki, osady ściekowe wrzuca się
z przemysłu pracującego okresowo, np. cukiernie, przerób truskawek – dół 5-6m; po jakimś czasie zachodzi tam fermentacja
metanowa w temp. psychrofilnych). Fermentację można prowadzić w 2 etapach:
•
proces hydrolizy zachodzący w temp termofilnych
•
proces dalszy fermentacji w 2. reaktorze w warunkach mezofilnych.
Odczyn – optimum pH = 7-8. W przypadku szybkiej fermentacji kwaśnej (faza acidogenna), można dodawać wodorotlenek
wapnia, aby zalkalizować środowisko, jednak podstawą procesu jest zachodzenie wszystkich faz w sposób synergistyczny (to co
wytworzą jedne bakterie, jest natychmiast zużywane przez drugie – problem tej fermentacji). Jeżeli nastąpiłby spadek odczynu,
następi obumieranie bakterii metanogennych.
Mieszanie – zapewnia jednakowe warunki procesu w całej komorze, a szczególnie chodzi o wyrównanie temperatury i odczynu.
Mieszanie daje zbuforowanie środowiska – jednakowe warunki w każdym elemencie komory.
Tlen – środowisko musi być odtlenione, bo tlen jest toksyczny dla bakterii metanogennych (produkujących metan). Stosunek C/N
(węgla do azotu): azot jest wymagany w ilości 1,7g azotu na 100g biomasy; stosunek C/N leży w granicach 16-19.
Pierwiastki śladowe – jak każdy proces enzymatyczny, wymaga w śladowych ilościach (poniżej 1mg) żelaza, miedzi, niklu
i kobaltu oraz molibdenu. Wyższe stężenia metali ciężkich i inne metale mogą hamować proces fermentacji, jednak należy
podkreślić, że ze względu na powstawanie w procesie siarkowodoru (w wyniku redukcji siarczanów) następuje łączenie
siarkowodoru z metalami (na drodze chemicznej) i wytwarzanie siarczków metali o barwie czarnej. Siarczki metali są
nierozpuszczalne w wodzie, a więc można powiedzieć, że frakcja jest mało mobilna.
Dzięki temu osady pofermentacyjne bardzo często stosuje się jako materiał na nieużytki, można go stosować jako nawóz na
tereny zdegradowane, wrzucając siarczki metali. Przy tlenie mogą przejść w siarczany. Wobec tego stosowanie takich osadów
(ponadnormatywne ilości metali) nie powinny mieć miejsca.
Związki toksyczne – toksyczny jest amoniak (jako gaz NH
3
) w stężeniu 2g/l, jest to inhibitor fermentacji. Inhibitory: znaczne
stężenia metali ciężkich, siarczyny, aminy, alkohole C
5
-C
12
, ketony C
5
-C
8
, chlorofenole; produkty ropopochodne, zawierające
bardzo długie łańcuchy (ponad C
20
– np. WWA)
Prawidłowy proces powinien dawać mniej więcej 500ml gazu z jednego grama związków organicznych obecnych w osadach.
Wydajność produkcji gazu określa się na podstawie zawartości związków organicznych. Pozostałość po spaleniu próbki w temp.
500
o
C w piecu.
Zawartość metanu w biogazie powinna być w granicach 70% (dobra fermentacja metanowa przy 70%).