INŻYNIERIA ŚRODOW ISKA ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ K A T IO N O W Y C H SUBSTANCJI P O W IE R Z C H N IO W O C Z Y N N Y C H Z.

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ MARTA JA NO SZ-RAJCZYK B IO D E G R A D A C JA K A T IO N O W Y C H SUBSTANCJI P O W IE R Z C H N IO W O C Z Y N N Y C H INŻYNIERIA ŚRODOW ISKA Z. 7 GLIWICE 1994

2 POLITECHNIKA SLĄSKA ZESZYTY NAUKOWE Nr 1227 MARTA JANOSZ-RA BIODEGRADACJA KATIONOWYCH SUBSTANCJI POW IERZCHNIOW O CZYNNYCH GLIWICE 1994

3 OPINIODAWCY O l,» f I f i,.1 I. ' : : ; D r hab. in i. Krzysztof Bartoszewski Prof. nadzw. Politechniki W rocławskiej Prof. dr hab. inż. W iesław Szeja R ED A KTO R N A C Z E L N Y /? ^ K OLEG IUM REDAKCYJNE Prof. dr hab. inż. Jan Bandrowski REDAKTOR D ZIA ŁU * D r Inż. Helena Kościelniak SEKRETARZ REDAKCJI V M gr Elżbieta Leśko REDAKCJA Mgr Roma Łoś REDAKCJA TECHNICZNA Alicja N ow acka W ydano za zgodą R ektora Politechniki Ślgskiej PL IS S N W ydaw nictw o Politechniki Ślgskiej ul. Kujaw ska, Gliwice Nakl Ark. w yd. 9 Ark. druk. 9,5 Papier o ffset, kl x g Oddano do druku podpis, do druku Druk ukończ, w marcu 1994 Tam Cena zl 2 000, Fotokopie, druk i opraw ę w ykonano w Z ak ład zie Graficznym Politechniki Śląskiej w Gfiwicdch S t r. W. od g. W. od d. E r r a t a R y s. T a b. J e s t P o w in n o b y ć c z y n n e g c z y n n e g o b e n z y lo w a j b e n z y lo w e j s p k tr o s k o p o w e s p e k tr o s k o p o w e s t ę ż a n i e s t ę ż e n i e j e s t z t o j e s t t o z z l e c a z a l e c a p o d s ta w n ie p o d s ta w i e p o w ie r z n lo w o p o w ie r z c h n io w o s t r a l 1 s t a r a l i o b a d a n ia b a d a n i a 5 6 a l k i l o t r ó j m e t l o - a l k i l o t r ó j m e t y l o - a m o n io w y ch a m o n io w y ch 6 16 a l k i l o t r ó j m e t l o - am o n io w y ch a l k i l o t r ó j m e t y l o - a m o n io w y ch a lik ło w y m a lk ilo w y m 6 ( 2 - h y d r o k s y e t y l o ) a lk ilo a m o n io w e w g o ( 2 - h y d r o k s y e t y l o ) a lk ilo a m o n io w e g o n - a l k i l o t io m e ty o n - a l k i l o t i o m e t y l o h y d r o k s y lo w ą e to k s y lo w ą h y d r o k s y lo w ą e to k s y I o w ą b a d n i a c h b a d a n i a c h H e llm n n a H e llm a n n a u t l e n i a n i a u t l e n i a n i e r o z s z c z e p i ą j ą c e r o z s z c z e p i a j ą c e d w u te r m in a la d w u te r m in a ln a p o w s ta w n ia p o w s ta w a n ia o b e c n o ś c i ć o b e c n o ś c i p o k a z a n o p o k a z a n o w w y m ie n ić n a in n y w y m ie n ić n a in n y 76 2 a z o te m w m e t y l o a z o te m o p r z e s u a m in ie n i ę c i u T a b e la 17 T a b e la K am in R 15 RM K am inox R 15 RM ( b ) ( a ) w y m ie n ić n a in n y w p ro w d z e - w p ro w a d z e n i t r y f i k c j ę n i t r y f i k a c j ę ZN Inżynieria Środowiska z.7 1

4 S t r. W. od g - W. od d. R y s. T a b. J e s t P o w in n o b y ć 111 i 24 ( b ) ( b ) : 5 : 7 ppm 5 : 5. 7 ppm m e ty le n o w c h m e ty le n o w y c h g r o m a d z n ia g r o m a d z e n ia u l e - u t l e w ego we n i t r y f i k a c j e n i t r y f i k a c j a r o z k ł a d u r o z k ła d e m RM MR d e c y lo w d u m e ty lo - d e c y lo d w u m e ty lo - a m in a a m in a _ K am in R RM K am in R MR K am in R RM K am in R MR m e ty lo a m o n iw y m e ty lo a m o n io w y K rz e m iń s k ig o K r z e m iń s k ie g o w ł a ś c i o w ś c i w ł a ś c i w o ś c i R RM R MR R RM R MR R RM R MR d w u m e tlo a m o n io - d w u m e ty lo a m o n io - w ego 15 4 _ s e d y m e n t a c y j e 15* _ : amo am o- w ego s e d y m e n ta c y jn e a l k l o a m i n y a l k i l o a m i n y D i o d e g r a d a t io n B i o d e g r a d a t io n S p o k t r o s k o p i e S p e k t r o s k o p i e a d a p t a c y j e a d a p t a c y j n e D e t r g a n t s D e t e r g e n t s o c z i s k t k a o c z i s t k a M i k r b i o ł o g i i M i k r o b i o ł o g i i b i o d e g r a d a c j e b i o d e g r a d a c j e c z y n n y c h i c z y n n y c h i * u s u n ą ć c a ł y w i e r s z 2

5

6 Hz

7 O P IN IO D A W C Y D r hab. Inż. Krzysztof Bartoszewski Prot. nadzw. Politechniki W rocławskiej Prol. dr hab. inż. W iesław Szeja KOLEG IU M REDAKCYJNE RED A KTO R N A C Z E L N Y Prof. dr hab. inż. Jan Bandrowski REDAKTOR D ZIA ŁU D r inż. H elena Kościelniak v SEKRETARZ REDAKCJI M gr Elżbieta Leśko S P I S T R E Ś C I str. WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SYMBOLI I JEDNOSTEK...1 REDAKCJA Mgr Roma Łoś 1. WSTĘP CEL PRACY...21 REDAKCJA TECHNICZNA Alicja N ow acka. CZĘŚĆ OPISOWA W prow adzenie Wl asnośc i fizykochem iczne KSPC...2 W ydano za zgodą Rektora Politechniki Slgskiej.. A n ty se p ty czn e w łaściw ości KSPC B io d e g ra d a c ja KSPC Wybrane za g a d n ie n ia zw iązane z a d a p ta c ją drobnou stro jó w i b io d e g ra d a c ją KSPC M ikroorganizm y b io rą c e u d ział w b io d e g ra d a c ji KSPC...1 PL IS SN Z astosow anie sp e c ja ln y c h te c h n ik pomiarowych w badaniu b io d e g ra d a c ji KSPC Czynniki o k r e ś l a j ą c e b io d e g ra d a c ję p ierw o tn ą W ydaw nictw o Politechniki Slgskiej ul. K ujaw ska, G liwice Nakl Ark. w yd. 9 Ark. druk. 9,5 Papier o ffset, k l. III 70x g O ddano do druku P odpis, do druku Druk ukończ, w marcu 1994 Zam Cena zl 2-000, KSPC Wpływ s tr u k tu r y KSPC na b io d e g ra d a c ję ca łk o w itą Mechani zm procesu b io d e g ra d a c ji SPC...41 Fotokopie, druk i oprawę wykonano w Zakład zie Graficznym Politechniki Slgskiej w Głiwicdch

8 CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA WNIOSKI 4.1. Metodyka b a d a ń Badane s u b s t r a t y i w arunki hodowli osadu czy n n eg o Oznaczen ia a n a l i t y c z n e...50 LITERATURA STRESZCZENIE O zn ac zen ia f i zy ko ch em iczn e O znaczenie aktyw ności d e h y d ro g e n a z Ana 1 i za widmowa IR i 1H NMR Wyniki d o św ia d c z e ń B io d e g ra d a c ja bromku c e ty lo trd jm e ty lo a m o n io - wego p rzez d r o b n o u s tr o je osadu czy n n eg o B io d e g ra d a c ja p r e p a r a tu Kamin R MR przez d ro b n o u s tr o je osadu czy n n eg o B io d e g ra d a c ja p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM p rzez d r o b n o u s tr o je osadu czy n n eg B io d e g ra d a c ja p r e p a r a tu Kaminox R 5 RB p rzez d r o b n o u s tr o je osadu czy n n eg o B io d e g ra d a c ja p r e p a r a tu Kaminox R 11 RB przez d r o b n o u s tr o je osadu czy n n eg o DYSKUSJA WYNIKÓW B io d e g ra d a c ja wybranych kationow ych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych w ob ecn o ści ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u U tle n ia n ie czw artorzędow ego azo tu przez d r o b n o u s tr o je osadu czy n n eg o Wpływ s t r u k t u r y wybranych kationow ych s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych na b io d e g r a d a c j ę Mechanizm b io d e g r a d a c ji wybranych kationow ych su b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych p rzez d ro b n o u sto je osadu czy n n eg o...10

9 4. EXPERIMENTAL PART Method of t e s t i n g S u b s tr a te s te s te d and the c o n d itio n of a c t i v a ted s l u d g e 48 CONTENTS A s sa y in g...50 LIST OF MORE p a g e IMPORTANT SYMBOLS AND UNITS P h y sico -ch em ical d e t e r m i n a t i o n s D ete rm in a tio n of the a c t i v i t y of d e h y d ro g e n a s e s INTRODUCTION I R and 1H NMR s p e c t r o a n a ly s e s R e s u lts of e x p e r im e n ts OBJECT OF THE WORK B io d e g ra d a tio n of h ex ad ec y 1tr im e t h y 1ammonium bromide by a c t i v a t e d sludge m ic ro b e s DESCRIPTIVE PART B io d e g ra d a tio n of the p re p a r a tio n Kamin R MR by a c t i v a t e d sludge m ic ro b e s P r e f a c e Phys i co-chem i ca 1 p r o p e r t i e s of CSAA Ant i se p t ic p r o p e r t i e s of CSAA CSAA B io d é g r a d a tio n Se 1e c te d problem s r e l a t e d to the a d a p ta tio n of m icroorganism s and the b io d é g ra d a tio n B io d e g ra d a tio n of the p r e p a r a tio n Kaminox R 15 RM by a c t i v a t e d sludge m ic ro b e s Bio d e g ra d a tio n of the p re p a ra tio n Kaminox R 5 RB by a c t i v a t e d sludge m ic ro b e s Bio d e g ra d a tio n o f the p r e p a r a tio n Kaminox R 11 RB by a c t i v a t e d sludge m ic ro b e s of CSAA M icroorganism s th a t ta k e p a r t in th e CSAA b io - 5. R e su lts of e x p e r im e n ts d eg rad at i o n App1ic a t ion of s p e c ia l m easuring te c h n iq u e s to the ex am in atio n CSAA b i o d é g r a d a t i o n F a c to rs d e te rm in in g the p rim ary CSAA b io d é g r a d a t i o n The e f f e c t of the CSAA s t r u c t u r e on th e u l t i m a te b i o d é g r a d a t i o n Mechanism of the SAA b io d é g ra d a tio n p r o c e s s B io d e g ra d a tio n of the s e l e c t e d c a t i o n i c s u r f a c e - a c tiv e ag e n ts in the p resen c e of a r e a d ily o x id i- zable s u b s t r a t e Q u atern ary n itro g e n o x id a tio n by a c ti v a t e d sludge m ic ro b e s The e f f e c t of the s t r u c t u r e of s e le c te d c a t i o n i c s u r f a c e - a c t i v e ag en ts on b io d é g r a d a t i o n

10 5. 4. Mechanism b io d é g r a d a tio n o f s e l e c t e d c a t i o n i c s u r f a c e - a c t i v e ag e n ts by m icro o rg an ism s of a c t i v a te d s l u d g e CONCLUSIONS...15 С О Д Е Р Ж А Н И Е с т р. LITERATURE...17 ПЕРЕЧЕНЬ ВАЖНЕЙШИХ СИМВОЛОВ И ЕДИНИЦ... 1 SYNOPSIS ВВЕДЕНИЕ ЦЕЛЬ РАБОТЫ ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ В в е д е н и е Ф и зи к о х и м и ч е с к и е с в о й с т в а КЛАВ А н т и с е п т и ч е с к и е с в о й с т в а КЛАВ Б и о д е г р а д а ц и я КЛАВ И зб ран н ы е в о п р о сы, с в я з а н н ы е с а д а п т а ц и е й м о к р о б о в и б и о д е г р а д а ц и е й КЛАВ М и кроорганизм ы участвую щ и е в б и о д е г р а д а ц и и КЛАВ П ри м ен ен и е сп ец и ал ь н ы х и зм е р и т е л ь н ы х т е х н и к п р и и с с л е д о в а н и и б и о д е г р а д а ц и и КЛАВ ф ак то р ы определяю щ ие п ерви чн ую б и о д е г р а д а цию КЛАВ В л и я н и е с т р у к т у р ы КЛАВ н а полную б и о д е г р а д ац и ю М еханизм ы п р о ц е с с а б и о д е г р а д а ц и и ПАВ

11 4. ОПЫТНАЯ ЧАСТЬ М е то д и к а и с с л е д о в а н и й И сл ед у ем ы е с у б с т р а т ы и у с л о в и я вы ращ и ван и я а к т и в н о г о и л а А н а л и т и ч е с к и е о п р е д е л е н н а Ф и зи к о х и м и ч е с к и е о п р е д е л е н и я В л и я н и е с т р у к т у р ы и зб р а н н ы х к ати о н н ы х п о в е р х н о с т н о - а к т и в н ы х в е щ е с т в н а б и о д е г р а г а ц и ю М еханизм б и о д е г р а д а ц и и и зб р а н н ы х к а ти о н н ы х п о в е р х - н о с т н о -а к т и в н ы х в е щ е с т в м и кробам и а к т и в н о г о и л а ВЫВОДЫ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ О п р е д е л е н и е а к т и в н о с т и б и о г и д р о г е - РЕЗЮМЕ н а з С п е к т р а л ь н ы й а н а л и з с п рим ением ИК- и! Н Я М Р -с п е к т р о с к о п и и Р е з у л ь т а т ы о п ы т о в Б и о д е г р а д а ц и я ц е т и л т р и м е т и л а м м о н и е в о г о б р о м и д а м и к р о б ам и а к т и в н о г о и л а Б и о д е г р а д а ц и я п р е п а р а т а K am in R MR м и к р о б ам и а к т и в н о г о и л а Б и о д е г р а д а ц и я п р е п а р а т а K am in o x R 15 RM м и кробам и а к т и в н о г о и л а Б и о д е г р а д а ц и я п р е п а р а т а K am in o x R 15 RB м и к р о б ам и а к т и в н о г о и л а Б и о д е г р а д а ц и я п р е п а р а т а K am in o x R 11 RB м и к р о б ам и а к т и в н о г о и л а АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ Б и о д е г р а д а ц и я и зб р а н н ы х к а т и о н н ы х п о в е р х н о с т н о - а к ти вн ы х в е щ е с т в в п р и с у т с т в и и л е г к о о к и с л я ю щ е г о с я с у б с т р а т а О к и с л е н и е ч е т в е р т и ч н о г о а з о т а м и к р о б ам и а к т и в н о г о и л а

12 0 - o b c ią ż e n ie su b s tra to w e osadu czynnego (w łaściw a szybkość z d o s ta r c z a n ia s u b s t r a t u ), g CZT/g sm d, RWO -ro zp u szczo n y w ęgiel o rg a n ic z n y, SPC - s u b s ta n c je pow ierzchniow o czynne, WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SYMBOLI I JEDNOSTEK k - s t a ł a szybkości d la rów nania E c k e n fe ld e ra, m /g d, P - p r z y j ę t y poziom u fn o śc i 95 %, ppm -bezwymiarowa m iara p r z e s u n i ę c ia w pom iarach rezonansu m agnetycznego p ro to n u r -w sp ó łczy n n ik k o r e l a c j i, (w odoru), sm -su c h a masa o rg a n ic z n a osadu czynnego, g sm/dm, jądrow ego T 1 - t r a n s m i s j a pasm -CH, T - t r a n s m i s j a pasm -CH-, 2 2 TMS - t r ó j m e t y l o s i l a n, V -szybkość usuw ania (zan ik u ) s u b s t r a t u w r e a k to rz e, v g CZT/dm d, V -w łaściw a szybkość usuw ania (zan ik u ) s u b s t r a t u w re a k - z to r z e, g CZT/g sm d. t - czas za trz y m a n ia ( r e t e n c j i ) w r e a k to r z e, godz, z -z a w a rto ść zaw iesin y osadu czynnego w r e a k t o r z e, g/dm, A -a b s o r b a n c ja pasm -CH, 1 A -a b s o r b a n c ja pasm -CH-, 2 2 ASPC -anionow e s u b s ta n c je pow ierzchniow o czynne, A -aktyw ność dehydrogenaz, d A - p r z y r o s t aktyw ności dehydrogenaz w je d n o s tc e o b ję to ś c i v reaktora,/jm TF/dm h, A - p r z y r o s t aktyw ności w łaściw ej dehydrogenaz,um TF/g sm h, z IR -widmo IR, widmo wykonane w p o d c z e rw ie n i, HBL -symbol równowagi h y d ro filo w o -1 ip o filo w e j c z ą s te c z k i SPC, i H NMR - widmo *H NMR,widmo wykonane przy w y k o rz y sta n iu j ą drowego rezonansu m agnetycznego p ro to n u (wodoru), KSPC -k atio n o w e s u b s ta n c je pow ierzchniow o czynne, NSPC -n iejo n o w e s u b s ta n c je pow ierzchniow o czynne, O - o b c ią ż e n ie su b stra to w e r e a k to r a (szybkość d o s ta r c z a n ia v s u b s t r a t u ), g CZT/dm d. 12

13 1. WSTĘP Produkowane p rzez przemysł s u b s ta n c je o rg an iczn e mogą dostawać się do śro d o w isk a powodując trudne do p rzew id zen ia szkody e k o lo g ic z n e. Do s u b s t a n c j i tych n a le ż ą również subs ta n c je powierzchniowo czynne (SPC). SPC już w n ie w ie lk ic h ki 1 kurni 1igramowych s tę ż e n ia c h z m ie n ia ją cechy o rg a n o le p ty c z ne i hamują procesy sam ooczyszczania wody, w tym również pro cesy m i n e r a l iz a c j i osadów dennych w z b io rn ik a c h wodnych [7, 80]. SPC z m ie n ia ją c w ła śc iw o śc i wody na g ra n ic y faz, u t r u d n ia ją wymianę gazową i o g r a n ic z a ją d o stę p tle n u do śro d o w isk a. Ponadto zw ię k sz a ją ro zp u szc zaln o ść węglowodorów w w odzie, w tym również n ie b e z p ie c z n y c h d la człow ieka w ie lo p ie rśc ie n io w y c h węglowodorów arom atycznych. W z a le ż n o śc i od budowy chem icznej w ykazują d z i a ł a n i e toksyczne na wybrane organizm y wodne i p ro cesy f iz j o lo g i c z n e [7, 57, 59, 64, 70]. Obecne w ś c ie k a c h przy wyższych s tę ż e n ia c h s u b s ta n c je powierzchniowo czynne po w prowadzeniu na b io lo g ic z n ą o czy szc z a ln ię mogą p rzyczyniać się do w ynoszenia osadu czynnego z komory n a p o w ie trz a n ia lub u tru d n ia ć sedym entację zaw iesiny w o sadniku wstępnym i wtórnym [7 8 ]. Poza tym SPC trudno ro z k ła d a ln e o b n iż a ją szybkość b iochem icznej d e g ra d a c ji o rg a nicznych su b stra tó w i hamują p ro ces n i t r y f i k a c j i azotu amonowego [ 40 ]. KSPC w środow isku wodnym p o s ia d a ją c e d o datni ła d u n e k ł ą c z ą się z cząstkam i o przeciwnym ła d u n k u lub u le g a ją k o n tr a k c ji z niek tó ry m i su b stan cjam i pow ierzchniow o czynnymi. Są to 15

14 cechy c h a r a k te r y s ty c z n e, o d r ó ż n ia ją c e kationow e s u b s ta n c je KSPC były czw artorzędow e so le amoniowe, a wśród n ic h przede pow ierzchniow o czynne od p o z o s ta ły c h SPC. w szystkim so le a 1 ki l o tr ó jm e ty 1oamoniowe, b e n z y 1odwumety1oa- Kationowe s u b s ta n c je pow ierzchniow o czynne stanow ią ty lk o n ie w ie lk i p ro cen t w s z y stk ic h produkowanych SPC, a le również ja k p o z o s ta łe mogą stanow ić z a g ro ż e n ie d la n a tu ra ln e g o ś r o dow iska, j e ż e l i n ie będą u l e g a ł y b io ch em iczn ej d e s t r u k c j i KSPC w ykazują w łaściw o ści b a k te r io b ó jc z e lub ham ujące w zrost n ie ty lk o w sto su n k u do d ro b n o u stro jó w patogennych, a le ta k ż e do m ikroorganizm ów z a s i e d l a j ą c y c h śro d o w isk o n a tu r a ln e, j e ż e l i z o s ta ł przek ro czo n y próg to k sy c z n o śc i [74]. S y g n a liz u je to, ż e b ad an ia b io ch em iczn ej d e g r a d a c ji mogą stw arzać w ie le tr u d n o ś c i, a uzyskane r e z u l t a t y, s z c z e g ó ln ie przy prow adzeniu badań d la p o p u la c ji m ieszanych, mogą być tru d n e do p o w tó rz e n ia. Zapewne d la te g o l i t e r a t u r a podaje sprzeczne moniowe, d ialk ilo d im ety lo a m o n io w e i rz a d z ie j a 1ki 1o p iry d y - niowe o raz a lk ilo im id a z o lin o w e. O kreślano między innymi wpływ na p rz e b ie g b io d e g ra d a c ji i l o ś c i w ęgli w prostym ła ń c u c h u hydrofobowym, jak i obecności ta k ic h podstawników przy a z o c ie, jak grupa benzylowa [6, 15, 48, 58]. Zajmowano się także wpływem obecności ta k ic h an ionów,jak c h lo re k, b r o mek, jodek, o c ta n [6, 57, 59, 7]. D alsze bad an ia d o ty c z y ły wpływu o becności dwóch łańcuchów hydrofobowych w c z ą s te c z c e KSPC lub wpływu r o z g a łę z io n e j s t r u k t u r y ła ń c u c h a hydro fo b o wego. Te o s t a t n i e p race ł ą c z y ł y się z oceną surowców wykorzystyw anych w p r o c e s ie sy n te zy KSPC [6, 10, 59, 7]. Wymienione b a d a n ia prowadzono w różnych warunkach środow iskow ych in fo rm a c je o m ożliw ościach b io d e g ra d a c y jn y c h kationow ych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych [6, 48, 59]. Dużo krajów w tr o s c e o ochronę śro d o w isk a w prow adziło p r z e p i s y z a b r a n i a j ą c e użytkow ania SPC, k tó re n ie u le g a ją b io d e g r a d a c ji w warunkach standardow ych. D la te g o też od w ie lu la t placów ki naukowe podejm ują b a d a n ia o k r e ś l a j ą c e zależność pomiędzy b io d e g ra d a c ją a s t r u k t u r ą SPC. N a jc z ę ś c ie j badane były anionowe oraz niejonow e s u b s ta n c je p o w ie rz c h n io wo czynne,gdyż stanow ią one zdecydowaną w iększość produkowanych SPC. P o z o s ta łe, w tym kationow e s u b s ta n c je pow ierzchniowo czynne, były testow ane z n a c z n ie r z a d z i e j. S tąd ilo ść in fo rm a c ji d o ty c z ą c y c h b io d e g r a d a c ji KSPC i mechanizmu tego p ro c e su j e s t stosunkowo n ie w ie lk a [59]. D otychczasowe in fo rm acje na tem at b io d e g r a d a c ji pozw alają s ą d z ić, ż e j e s t ona zarówno fu n k c ją w ła śc iw o śc i fiz y k o c h e m icznych, w tym ta k ż e s t r u k t u r y chem icznej kationow ych subs t a n c j i pow ierzchniow o c z y n n y c h,ja k i m ożliw ości d e g ra d a c y j- nych mikroorganizm ów, a tak że warunków środow iskow ych [7, (zawsze jednak tlenow ych) i k o rz y sta n o z różnych te c h n ik pomiarowych. Badania wykonywano w układach z a s ila n y c h o k re sowo lub w sposób c i ą g ł y su b stra te m, stosowano m ik ro flo rę niezaadaptow aną lub zaadaptow aną do ro zk ład u danego s u b s tr a - tu. D ośw iadczenia prowadzono przy niskim jak i przy wysokim s tę ż e n iu biomasy (od 10 do 000 mg suchej masy osadu czynne- go/dm ) oraz przy różnych s tę ż e n ia c h początkowych k a tio n o - wych s u b s ta n c ji pow ierzniow o czynnych (od do 500 mg/dm ). P rzy ocen ie procesu b io d e g ra d a c ji k o rz y sta n o z pomiarów b i o chemicznego lub chemicznego zapotrzebow ania tle n u, s tę ż e n ia rozpuszczonego w ęgla o rg an iczn eg o, s tę ż e n ia KSPC ( o k r e ś l a nego różnymi te c h n ik a m i). Różne warunki in k u b a c ji mikroorganizmów i różne sposoby oceny pro cesu d o s ta r c z y ły w ielu in fo rm a c ji na temat b io d e g r a d a c ji KSPC. Można więc podać pewne p raw id ło w o ści, k tó re d o ty c z ą : d łu g o śc i n ie ro z g a łę z io n e g o ła ń c u c h a hydrofobowego, obecności grupy benzylow ej oraz obecności d ru g ie g o ła ń c u c h a hydrofobowego w c z ą s te c z c e. 15, 57, 59, 64]. L i t e r a t u r a p o d a je, ż e n a j c z ę ś c i e j badanymi 16

15 Szybkość b io d e g r a d a c ji o s i ą g a ł a n a jw ię k sz ą w a rto ść, gdy ła ń c u c h hydrofobowy p o sia d a ł 10 lub 12 w ęgli (w z a le ż n o ś c i od s t ę ż e n i a początkow ego KSPC). Stw ierdzono, że obecność grupy benzylow ej w c z ą s te c z c e też z a le ż n ie od s t ę ż e n i a początkow ego o p ó ź n ia ła lub p r z y ś p i e s z a ł a szybkość b io ch em icznego u t l e n i a n i a, obecność d ru g ie g o ła ń c u c h a hydrofobowego w c z ą s te c z c e o p ó ź n ia ła b io d e g ra d a c ję [6, 15, 19, 25, 26, 28, 29, 48, 57, 59, 69, 7, 78]. Prow adzenie badań b io d e g ra d a c y jn y c h n ie stw a rz a w iększych problemów, gdy testo w an e s u b s t r a t y sta n o w ią indywidua chem i czne, a badania prow adzi się przy u d z ia le cz y sty c h k u l t u r. W przypadku s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych j e s t praw ie p raw id ło w o ścią, że są one m ie sz a n in ą izomerów i homologów z a w ie ra ją c y c h zmienną ilo ś ć w ęgli w ła ń c u c h u. Z d o n ie s ie ń lite ra tu r o w y c h w ynika, ż e n ie k t ó r e m ikroorganizm y p r e f e r u j ą k r ó ts z e, a inne d łu ż sz e ła ń c u c h y węglowodorowe. Wydaje się w ięc u zasad n io n e, ż e k o rz y stn e j e s t prow adzenie badań b io d e g rad acy jn y ch z użyciem m ieszanych p o p u la c ji m ikroorganizmów. Nie oznacza to, ż e n iecelo w e są b a d a n ia z użyciem c z y s ty c h ku 1 tu r [, 42]. W tr a k c i e prow adzenia b io d e g r a d a c ji można uzyskać dane o w z ro śc ie p o p u la c ji na podłożu, w którym SPC s ta n o w iła jedyne Ź ró d ło w ęgla, o zm ianach aktyw ności f i z j o lo g i c z n e j d robnou s tro jó w lub o zaniku s u b s t r a t u w śro d o w isk u. Inform acje te n ie są w y s ta rc z a ją c e, aby o k r e ś l i ć, czy n a s t ą p i ł o ca łk o w ite biochem iczne u t l e n i e n i e badanej s u b s t a n c j i. Chcąc uzyskać zad o w a la ją cą odpowiedź na to p y ta n ie, konieczne j e s t z a s t o s o wanie sp e c ja ln y c h te c h n ik pomiarowych, k tó re by pozw alały ś l e d z i ć przem iany na poziom ie c z ą s t e c z k i. W badaniach su b s t a n c j i o tak zło ż o n e j budowie ja k KSPC ma to sz czeg ó ln e znac z e n ie, gdyż w przypadku w ystępow ania w c z ą s te c z c e azo tu moż e prow adzić do pow staw ania i grom adzenia się w środow isku p o śre d n ic h produktów u t l e n i e n i a, ta k ic h jak n itro z o am in y [7 ]. 18 Przykładow a w d o stę p n e j l i t e r a t u r z e z n a le z io n o ty lk o jedną p racę, d o ty c z ą c ą b io d e g ra d a c ji ch lo rk u d ia lk ilo d im e ty lo a m o - niowego, w k tó re j zwrócono uwagę na przem iany azo tu [19]. W pracy wykazano, że ulegał m i n e r a l iz a c j i do azotanów. W iększość prac nad biochemicznym u tle n ia n ie m KSPC d o ty c z y ła d e g ra d a c ji zw iązanej z u t r a t ą w łaściw o ści po w ierzch niowo czynnych c z ą s te c z k i i wyznaczeniem chemicznego lub biochem icznego zap otrzebow ania tle n u p o trzebnego na u t l e n i e n ie te j s u b s ta n c ji [57, 59, 64]. I s t n i e j ą ty lk o n ie l i c z n e p ra c e, w k tó ry ch k o r z y s ta ją c ze s p e k tro s k o p ii IR lub z n a c z n i ków radioaktyw nych alb o, z c h r o m a to g ra f ii, śle d z o n o p rzem iany w ęgla pochodzącego z ła ń c u c h a hydrofobowego lub z grupy metylowej lub benzylowej do CO i biomasy i o k re śla n o k o l e j - 2 ność u t l e n i a n i a p oszczególnych g rup funkcyjnych KSPC [1, 19, 58, 59]. W pracach tych wykazano, że podczas b io d e g ra d a c j i s o li d e c y 1 o tr ó jm e t y 1oamoniowej zachodził proces /?-oksydacji oraz że w przypadku s o li d ia lk ilo d im e ty lo a m o - niow ej u t l e n i a n i e grupy m etylow ej przy a z o cie z a c h o d z iło n ieco w cze śn iej niź u t l e n i a n i e grupy m etylowej z n a jd u ją c e j się w łań cu ch u hydrofobowym. Uzyskano dwa różne w nioski doty czące k o le jn o śc i u t l e n i a n i a grupy benzylow ej s o li c e ty lo - b en zy lo d im ety lo am o n io w ej. Badacze s t w i e r d z i l i, źe u t l e n i a n i e grupy benzylow aj mogło zachodzić w c z e śn ie j (lub n ie ) niż u t l e n i a n i e innych podstawników przy a z o c ie. P rzypuszcza s i ę, że k o le jn o ść u t l e n i a n i a b y ła zw iązana z budową hydrofobu. W d o stę p n ej l i t e r a t u r z e n ie z n a le z io n o prac d o tyczących wpływu obecności spoiim eryzow anych grup tle n k u e ty le n u (p rzy łąc zo n y ch w dwóch m ie jsc a c h do azo tu ) na p ro ces b io d e g r a d a c ji c a łk o w ite j KSPC p o sia d a ją c y c h jed en n ie r o z g a łę z io n y ła ń c u c h hydrofobowy i to zarówno przy n ie o b e c n o ś c i, jak i ob ecn o ści grupy ben-zylowej. Obecność spo 1 imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u w c z ą s te c z c e wpływa na zw ięk szen ie ro z p u sz c z a ln o ś c i KSPC w środow isku wodnym, co z k o le i może przy czy - 19

16 n iać się do w ykorzystyw ania ty ch s u b s t a n c j i p rzez m ik ro o rg a nizmy jak o d ru g o rzędnego ź r ó d ł a w ęgła i azo tu. D la te g o za Swisherem [59] można u z n a ć, źe dane odnośnie do b io d e g r a d a c ji KSPC i mechanizmu teg o p ro c e su są r a c z e j skąpe i n ie d o ty c z ą one w ie lu typów o b e c n ie produkowanych KSPC. 2. CEL PRACY W ś w ie t le dotychczasow ych badari za is t o t n e i wymagające w y ja ś n ie n ia uważa się n a s tę p u ją c e problemy: - wpływ ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u na b io d e g ra d a c ję KSPC, - u t l e n i a n i e czw artorzędow ego azo tu, - wpływ s t r u k t u r y KSPC na b io d e g ra d a c ję, - mechanizm b io d e g ra d a c ji KSPC. Użyte w bad an iach KSPC syntetyzow ane były na b azie tych samych kwasów tłuszczow ych pochodzenia r o ś lin n e g o, r ó ż n iły się rodzajem podstawników przy czwartorzędowym a z o c ie. T estowane KSPC p o sia d a ły ła ń c u c h hydrofobowy z a w ie ra ją c y głów nie od 18 do 22 w ę g li, azot czwartorzędow y oraz odpowied n io : trz y grupy metylowe lub jedną grupę metylową i 15 spo- 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u (podstaw ionych w dwóch m ie jsc a c h przy a z o c ie ) lub jed n ą grupę benzylową i 5 s p o l i - meryzowanych grup tle n k u e ty le n u lub grupę benzylową i 11 s p o 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u. W pracy k o rzy stan o z m ieszanych p o p u la c ji d ro b n o u stro jó w osadu czynnego, s p e c j a l n i e adaptowanych do prow adzania p ro cesu d e g ra d a c y jn e g o. P roces a d a p ta c ji zapewniał uzyskanie liczn y ch k u ltu r zdolnych do biochem icznego u t l e n i a n i a subs t a n c j i p o s ia d a ją c y c h ta k skomplikowane s tr u k t u r y jak czw artorzędowe so le amoniowe. Zdecydowano, że bad an ia prowadzone będą w warunkach dynamicznych w c z te re c h eta p a c h. Etap p i e r wszy przewidywał hodowlę mikroorganizm ów osadu czynnego przy z a s i l a n i u łatw o rozkładalnym s u b stra te m, drugi a d a p ta c ję 21

17 m ikroorganizm ów do ro z k ła d u KSPC, t r z e c i hodowlę m ik ro o rg a nizmów osadu czynnego przy z a s i l a n i u ła tw o rozkładalnym sub- s tr a te m i KSPC w s tę ż e n iu 20.0 mg/dm, czw arty e ta p hodowlę p rz y z a s i l a n i u m ikroorganizm ów ty lk o p rep aratem z a w i e r a j ą cym KSPC.. CZĘŚĆ OPISOWA Do oceny p ro c e su i s t o p n i a b io d e g r a d a c ji stosow ano pomiary standardow e ( s t ę ż e n i a KSPC i CZT) o ra z sp e k tro s k o p ię IR i 1H NMR (do ś l e d z e n i a mechanizmu p ro c e su d e g ra d a c y jn e g o ). Pom iary spktroskopow e p o zw alają n ie ty lk o na obserwowanie p ro c e su s k r a c a n ia ła ń c u c h a węglowodorowego, a le również na o k r e ś l a n i e ob ecn o ści wybranych podstaw ników przed i po p r o c e s ie b io d e g r a d a c ji..1. WPROWADZENIE Obecna p ro d u k c ja św iatow a KSPC z b liż a się do około 10 p ro cent w sz y stk ic h wytwarzanych s u b s ta n c ji powierzchniow o czynnych. W k ra ju produkuje się KSPC między innymi w Zakładach Azotowych w K ę d z ie rz y n ie -K o ż 1 u, gdzie sy n te z a o p a r ta j e st na re c e p tu r z e opracow anej w I n s t y t u c i e C ię ż k ie j Syntezy O rgan ic z n e j w Blachowni [6, 7]. Wytwarzane są podstawowe typy KSPC, ta k ie jak so le oksyetylow anych amin, so le amin i czw artorzędow e so le amoniowe. Z kationow ych s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych p r a k ty czne zn acz en ie mają czw artorzędow e so le amoniowe, k tó re s t a nowią około 70 % produkowanych s u b s ta n c ji i d la te g o w łaśnie je w z ię to pod uwagę w przedstaw ionym opracow aniu [1, 2]..2. WŁASNOŚCI FIZYKOCHEMICZNE KSPC Kationowe s u b s ta n c je powierzchniowo czynne mają budowę p o la r n ą. W wodzie c z ą s te c z k a KSPC u lega d y s o c ja c ji d a ją c anion i k a tio n, k tó ry p o sia d a w łaściw o ści powierzchniowo czynne. Elementem hydrofobowym j e s t zazwyczaj d łu g i ła ń c u c h węglowodorowy, n ato m iast hydrofilow ym w przypadku c z w a rto rz ę dowych s o l i amoniowych grupa amoniowa. Z d łu g o ś c ią ła ń c u c h a ł ą c z y się ro zp u szc zaln o ść w w odzie. Węglowodory o i l o ś c i w ęgli w łań cu ch u powyżej 17 są su b stan cjam i sta ły m i. Wbudowanie w c z ą ste c z k ę czw artorzędow ych s o li amoniowych związków 2

18 p o iie to k sy lo w a n y c h również zm ienia ro z p u sz c z a ln o ść. Wraz ze w zrostem i l o ś c i p rz y łą c z a n y c h grup tle n k u e ty le n u obserw uje się w zrost ro z p u s z c z a ln o ś c i w w odzie. N atom iast w miarę z w ię k sz a n ia i l o ś c i w ęgli w ła ń c u c h u hydrofobowym zw iększa się również zdolność do tw o rz e n ia, w b a r d z ie j stę żo n y ch r o z tw orach wodnych, w ie lk o c z ą ste c z k o w y c h sk u p isk zwanych m icelam i. M icele p o w sta ją sa m o rz u tn ie wówczas,gdy z o s ta n ie p r z e kroczone k ry ty czn e s t ę ż a n i e m ic e la rn e. Powoduje to zmianę w ła śc iw o śc i roztw oru [8, 47, 57, 59, 64]. Roztwory wodne s o l i amoniowych mają odczyn o b o ję tn y. Do podstawowych cech KSPC n a le ż y : zdolność z w ilż a ją c a, d y sp e rg u ją c a, em u lg u jąca, p ian o tw ó rcza, d e z y n fe k c y jn a o raz a n ty k o ro z y jn a. Zachowują trw a ło ść przy zmianach te m p e ra tu ry i odczynu. Nie p o s ia d a ją zapachu ani w łaściw o ści d r a ż n ią c y c h i n ie wywołują u c zu leń. Inną c h a r a k te r y s ty c z n ą cechą j e s t a d s o rp c ja na p o w ierzch n ia c h c ia ł s ta ły c h. A d so rp c ja zachodzi pomiędzy d o d a tn io naładowanym atomem azo tu a e 1ek troujem ną po w ierzch n ią [59]. Roztwory wodne n ie t r a c ą sw oich w ła śc iw o śc i przy dłuższym przechowywaniu. Można je m ieszać z innymi kationow o aktyw nymi i niejonowymi su b sta n c ja m i pow ierzchniow o czynnymi, z licznym i solam i n ieo rg an iczn y m i oraz z sulfonam idam i, s t r e p tomycyną i ro z p u sz c z a ln ik a m i o rg an iczn y m i. Soli tych n a t o m iast n ie można m ieszać z anionowymi su b sta n c ja m i p o w ierzch niowo czynnymi, takim i ja k m ydła, a l k i l o s u l f o n a t y, a l k i l o a r y - l o s u l f a t y lub saponiny, z którym i w ytw arzają w ypadające o s a dy kompleksowe. KSPC pod d z ia ła n ie m chlorowców są u tle n i a n e [8, 57, 59]... ANTYSEPTYCZNE WŁAŚCIWOŚCI KSPC W łaściw ości to ksyczne kationow ych s u b s ta n c ji po w ierzch niowo czynnych z o s ta ły o d k ry te p rzez Domagka w 195 roku i od tego czasu z a c z ę ły uzyskiw ać zn a c z e n ie jako s u b s ta n c je 24 d e z y n fe k u ją c e. Ponowne z a in te re so w a n ie tymi su b stan cjam i n a s t ą p i ł o w la ta c h s ie d e m d z ie s ią ty c h i s t a l e w z ra sta [1. 2]. Przyjm uje s ię, ż e d z i a ł a n i e to ksyczne kationow ych subs t a n c j i pow ierzchniowo czynnych na m ikroorganizm y wiąże się z o b e c n o śc ią w c z ą s te c z c e ład u n k u d o d a tn ie g o przy azo cie amoniowym (n ie j e s t to zasada g e n e r a ln a ). KSPC w p ie rw sz e j kole jn o ś c i są sorbowane przez elem enty s t r u k t u r a l n e m ik ro o rg a nizmów (zw iązane j e s t z to w łaściw ościam i lipofilow ym i k a t io n u ). Po czym dochodzi do p rz e n ik a n ia k atio n u przez zespół ścianow o-błonow y kom órki, n a s tę p n ie do w ią z a n ia się z błoną cy to p lazm aty czn ą i do j e j u sz k o d z e n ia. P roces p rz e n ik a n ia z a le ż y od budowy zespołu ścianow o-błonow ego komórki i in a czej p rz e b ie g a w wypadku b a k t e r i i Gram-ujemnych, a in aczej w wypadku G ram -dodatnich. K atio n u s z k a d z a ją c błonę n isz c z y j e j s t r u k t u r ę, co prowadzi do z n is z c z e n ia komórki [8]. A ntyseptyczne w łaściw o ści produkowanych w k ra ju amin tłuszczow ych i ich pochodnych czw artorzędow ych s o li amoniowych b a d a li w szerokim z a k r e s ie K ędzia, M uszyński, M irska i Nowak [8]. A utorzy b a d a li w łaściw o ści d ezy n fek cy jn e. O k r e ś la li d z i a ł a n i e b a k te r io b ó jc z e, p r ą t k o b ó j c z e, g rz y b o b ó j cze, przeć iwwirusowe oraz toksyczność w stosunku do ssaków. W y ja ś n ia ją c mechanizm d z i a ł a n i a na m ikroorganizm y, z w ró c ili uwagę na związek między s t r u k t u r ą c z ą s te c z k i KSPC i u sy tu o waniem grup funkcyjnych a w łaściw o ściam i dezynfekcyjnym i. S t w i e r d z i li, ż e maksymalna toksyczność KSPC w ystępow ała przy o becności w łań cu ch u węglowodorowym od 12 do 16 w ęg li, a obn i ż a ł a się zarówno przy s k ra c a n iu, ja k i w ydłużaniu ła ń c u c h a a lk ilo w e g o. S tw ie r d z ili ta k ż e, że na zw iększanie aktyw ności d ezy n fek cy jn ej wpływało p o d sta w ie n ie czw artorzędow ego azotu drugim łańcuchem alkilow ym lub w prow adzenie w m ie jsc e podsta w n ik a metylowego grupy b e n z y lo w e j.był o to zgodne z o b s e r wacjami przedstaw ionym i w innych p u b lik a c ja c h [57, 59, 64]. 25

19 .4. BIODEGRADACJA KSPC.4.1. Wybrane z a g a d n ie n ia zw iązane z a d a p t a c j ą d ro b n o u s tr o jó w i b io d e g r a d a c ją KSPC P rzez p o ję c ie b io d e g r a d a c ji pow szechnie rozum ie się b i o chem iczny ro z k ła d s u b s t a n c j i przy u d z ia le m ikroorganizmów. N ajo d p o w ie d n ie jsz e z punktu w id z e n ia bio ch em iczn ej d e g ra d a c j i są te d r o b n o u s tr o je, k tó re m e ta b o liz u ją c badane s u b s t r a - ty w y k o rz y stu ją je jako ź r ó d ło w ęgla. R o z ró ż n ia się p ie rw o tn ą i c a łk o w itą b io d e g ra d a c ję Od pierw szych la t p ro d u k cji SPC w w ielu ośrodkach naukowych prowadzono b a d a n ia nad b io d e g ra d a c ją tych s u b s t a n c j i. Wzrost z a in te re so w a n ia problemami b iochem icznej d e g r a d a c ji sz c z e g ó ln ie n a s i l i ł s i ę, kiedy ro zp o częły s ię k ło p o ty związane z p ie n ie n ie m s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych wprowadzanych do rzek [40,7 0 ]. Prace nad biochemicznym r o z związków pow ierzchniow o czynnych. O b io d e g r a d a c ji p ie rw o tn e j kładem nowo syntetyzow anych SPC mogą być prowadzone różnymi mówi się wtedy, gdy ro z k ła d s u b s t a n c j i powoduje u t r a t ę w ła śc iw o śc i pow ierzchniow o czynnych. N atom iast c a łk o w ita b io d e g r a d a c ja zachodzi wówczas, gdy stw ie rd z a s ię, że n a s t ą p i ł a przem iana s u b s t r a t u o rg a n ic z n e g o do CO, H O, NO 2 2 lub też SO oraz do biomasy d ro b n o u s tro jo w e j. W w ięk szo ści 4 p rac d o ty c z ą c y c h biochem icznego u t l e n i a n i a o k re śla n o b io d e g r a d a c ję p ie rw o tn ą. Do oceny p ro c e su wykorzystyw ano pomiary zaniku w ła s n o śc i pow ierzchniow o czynnych roztw oru, poboru tle n u na biochem iczne u t l e n i e n i e SPC w k i l k u - lub k ilk u n a s - todobowym t e ś c i e BZT, w zro stu aktyw ności oddechowej m ikroorganizmów w pom iarach r e sp iro m e try c z n y c h [45, 57, 59, 64, 67, 75, 76, 78]. S tw ie rd z e n ie to d o ty czy również prac nad b io d e g r a d a c ją kationow ych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych [10, 14, 15, 26, 27, 29, 2, 45, 48, 57, 59, 68, 69, 72, 7, 74]. B io d e g ra d a c ji c a łk o w ite j KSPC d o ty c z y ły ty lk o n ie l i c z n e b a d a n ia. W p ra c a c h tych k o rz y sta n o z ta k ic h te c h n ik pom iarowych, ja k s p e k tro s k o p ia IR, 1H NMR lub te c h n ik a znakowania 14 C o raz c h ro m a to g ra fia cienkow arstw ow a [6, 1, 19, 21, 0, -5, 58]. metodami [17, 57, 59, 64 ]. W z a le ż n o ś c i od s t ę ż e n i a początkowego SPC, p r z y ję ty c h warunków środow iskow ych ( t l e n o we, bezt 1 enowe ) [9, 66] i ro d zaju inkubowanych m ik ro o rg a n iz mów (p o p u la c je m ieszane, c z y ste k u ltu ry, p o p u la c je pobrane z urządzeń te c h n ic z n y c h lub ze śro d o w isk a n a tu ra ln e g o, w stę p n ie adaptowane lub nieadaptow ane do ro zk ład u badanej SPC ) [19, 5, 42, 44] sposób prow adzenia hodowli (okresowy, p ó łc ią g ły, c ią g ły ) jak i ok res badań (od k ilk u do k i l k u d z i e s i ę c i u d n i) będą odmienne [5, 8, 2, 25, 29, 2 46, 47, 56]. Na sposób prow adzenia hodowli może mieć wpływ ro d zaj o k r e ś la n e j b io d e g r a d a c ji p ie rw o tn e j lub c a łk o w ite j [11, 58]. Spośród k i l k u d z i e s i ę c i u r e c e p tu r podawanych przez ś w i a t o wą l i t e r a t u r ę i d o ty c z ą c y c h b io d e g ra d a c ji p ie rw o tn e j, prowadzonej w warunkach tlenow ych p rzy w sp ó łu d z ia le m iesz an ej p o p u la c ji m ikroorganizmów, można wyróżnić zaledw ie k ilk a s t a l e używanych, k tó re d z i e l i się na tak zwane t e s t y o d s i e w ające i b ad an ia p o tw ie rd z a ją c e [12, 59, 62]. Do te stó w odsie w ający ch można z a lic z y ć badania prowadzone w u k ła d z ie zamkniętym i są to pomiary re sp iro m e try c z n e prowadzone przy w y k o rzy stan iu a p a r a tu W arburga i innych resp iro m etró w oraz pomiary w zam kniętych b u te lk a c h prowadzone zgodnie z zasadą ozn acz an ia BZT [8, 59]. Pomiary są prowadzone zarówno przy niskim s tę ż e n iu biomasy m ikroorganizmów, jak i SPC (pom iary 26 27

20 w zam kniętych b u te lk a c h ) lub p rz y wysokim s tę ż e n iu biomasy i SPC (w u rz ą d z e n ia c h r e s p i r o m e tr y c z n y c h ), w warunkach kied y to badana SPC stanow i główne ź r ó d ł o w ęgla d la inkubowanych drob n o u sto jó w. S topień b io d e g r a d a c ji o k r e ś la się poprzez porów nanie fa k ty c z n ie oznaczonego zap o trzeb o w an ia tle n u z teo rety czn y m zapotrzebow aniem t le n u. W pom iarach re sp iro m e try c z n y c h czasami oznacza się tak że produkcję dw utlenku w ęgla. Do testó w o d sie w a ją c y c h można z a lic z y ć też te, k tó re prowadzone są w u k ład ach o tw a rty c h, przy małym u d z ia le b i o masy w warunkach n a ś la d u ją c y c h p ro c e sy zachodzące w n a t u r a l nym śro d o w isk u rzecznym. S t o s u ją c nied u że s tę ż e n ia s u b s ta n c j i pow ierzchniow o c z y n n ej, k tó r ą wprowadza się jednorazowo i k tó r a stanow i główne ź r ó d ło w ęgla, czas in k u b acji od k ilk u do k i l k u d z i e s i ę c i u d n i, prow adzi s ię codzienną obserw ację z an ik u SPC w badanym śro d o w isk u. Pom iary c z ę s to u z u p e łn ia n e są oznaczeniem CZT lub RWO. U w zg lęd n iając to, że SPC c z a s a mi sta n o w ią ty lk o drugorzędne ź r ó d ł o w ęgla d la m ik ro o rg a n iz mów, z le c a się też prow adzenie badań w obecności innego ła tw o u tle n ia ln e g o s u b s t r a t u, na p rz y k ła d glukozy. B io d e g ra d ację o k r e ś la się na podstaw nie sz y b k o ści z a n ik a n ia s u b s t r a tu w środow isku [9, 57, 59, 64]. Do badań p o tw ie rd z a ją c y c h z a l i c z a się prowadzone z wykorz y s ta n ie m hodowli osadu czynnego b ad an ia przy ciągłym (lub p d łc ią g ły m ) z a s i l a n i u m ikroorganizm ów ła tw o rozkładalnym s u b s tra te m i badaną SPC [57, 59, 64]. W k ra ju z o s ta ły opracowane ( o p i e r a j ą c się na badaniach prowadzonych na Z achodzie) normy o k r e ś l a j ą c e sposdb prowad z e n ia badań w warunkach tlenow ych z w ykorzystaniem m iesz a nej p o p u la c ji d ro b n o u stro jó w osadu czynnego [51-5]. Z a le ca się prow adzenie b io d e g r a d a c ji SPC w obecności ła tw o u t l e n ia ln e g o s u b s t r a t u w warunkach dynam icznych oraz w s t a t y c z nych. Dla badań w warunkach dynam icznych proponuje się p ro w adzenie procesu w stę p n ej a d a p t a c j i d ro b n o u stro jó w do 28 ro zk ład u badanych su b s tra tó w przy stopniowym zw iększaniu s tę ż e n i a w z a k re s ie od 2.0 do 5.0 mg SPC/dm, a n a s tę p n ie prow adzenie w łaściw ego u t l e n i a n i a przy dawkach 5.0 do 20.0 mg SPC/dm. U stalono zaw artość zaw iesin y osadu czynnego.0 g/dm -godz inny czas n a p o w ie trz a n ia s u b s t r a t u oraz n a t l e n i a n i e zapew niające s tę ż e n ie tle n u rozpuszczonego w komorze n a p o w ie trz a n ia od 1.0 do 2.0 mg O^/dm. Poza tym o k re ślo n o również sk ła d ściek ó w sy n te ty c z n y c h, k tó ry o p a rto na p ep to n ie kazeinowym i suchym b u lio n ie. P rz ew id zian o, że czas prow adzenia eksperym entu pow inien wynosić n ie mniej niż 42 d n i, z czego 14 dni przeznaczono na p roces w stępnej adapt a c j i d ro b n o u stro jó w osadu czynnego. P rz e p is y te opracowano do oceny efektyw ności biochem icznego u t l e n i a n i a głównie anionowych i niejonow ych s u b s ta n c ji pow ierzniowo czynnych. Jak wynika z o pisu norma, d aje ogólne wskazówki d la p r z e b ie gu hodowli mikroorganizmów. Zapewne d la te g o można znaleźć p race w prow adzające sz ere g u z u p e łn ie ń odnośnie do warunkdw hodow li. Między innymi o k r e ś la ją c e d o k ła d n ie j czas po trzeb n y do przeprow adzenia pro cesu w stępnej a d a p ta c ji lub prace su g e ru ją c e wprowadzenie dodatkowych oznaczeń o p isu ją c y c h sta n f i z j o lo g i c z n y mikroorganizmów i p o zw alających ś l e d z i ć p roces a d a p ta c ji [15, 25, 1, 41, 72]. N ie k td rz y a u to rz y (np. G rabińska Sota [15]) uw ażają, że uzy sk an ie p o p u la c ji zaadaptow anej do ro zk ład u kationow ych s u b s ta n c ji powierzchniowo czynnych z a le ż y od sposobu dawkowania KSPC w o k re s ie a d a p t a c j i. A utorka p ro p onuje, aby dozo- wanie rozpoczynać od dawki 1.0 lub nawet od 0.5 mg KSPC/dm. Czas w stępnej a d a p ta c ji do ro zk ład u KSPC, przy s tę ż e n ia c h 1.0 i 2.0 mg KSPC/dm, może wynosić 14 dni lub w ięcej [26]. Przy zm ianie dawek n ależy zwracać uwagę na aktywność oddechową mikroorganizmów osadu czynnego. W sk ra jn y c h przy p ad k ach m ikroorganizm y mogą całk o w icie u t r a c i ć swą aktyw ność. 29

21 Może to prow adzić do ro z k ła d u skupień osadu czynnego i p o j a uzyskiwano w obecności w ie n ia się w odpływ ie b a k t e r i i w o1nopływ ających [68]. W innych p racach zaobserwowano, że d o p iero d łu ż sz e dozo- w anie wyższych dawek, przykładow o 20.0 mg KSPC/dm, u ja w n iło n ie k o r z y s tn e d z i a ł a n i e kationow ych s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych, k tó re powodowało p rz e c h o d z e n ie kłaczkow atego o s a du czynnego w p o sta ć k u l i s t ą [2 5 ]. Zauważono przy tym, że w y d łu żen ie badań do 21 dni przy dawce 20.0 mg KSPC/ dm było k o r z y s tn e. P o zw alało na u z y s k a n ie odpow iedniej i l o ś c i wyników p o trz e b n y c h do p rzep ro w ad zen ia m atem atycznej i n t e r p r e t a c j i p ro cesu b io d e g r a d a c ji o p i e r a j ą c się na zmodyfikowanym I rów naniu E c k e n fe ld e ra. W yliczone w sp ó łc zy n n ik i pozwal a ły są d z ić o zmianach sz y b k o ści b io d e g r a d a c ji ła tw o u t l e - n ia ln e g o s u b s t r a t u po wprow adzeniu KSPC oraz o o becności w odpływ ie m e ta b o litó w, św ia d c z ą c y c h o częściowym ty lk o r o z k ła d z ie s u b s t r a t u [27]. L i t e r a t u r a d o ty c z ą c a b io d e g r a d a c ji s u b s ta n c ji o r g a n ic z nych w tym i SPC p o d aje lic z n e p rzypadki w ykorzystyw ania oznaczeń aktyw ności oddechowej lub dehydrogenazow ej w c e lu o k r e ś l a n i a sta n u f i z j o lo g ic z n e g o m ikroorganizm ów b io rą c y c h u d z ia ł w p r o c e s ie [24, 41, 4, 54, 72]. Z przeprow adzonych p rzez Ja n o sz -R a jc z y k i Owsiak [24] badań nad b io d e g ra d a c ją w ielo sk ła d n ik o w eg o p r e p a r a tu o n a z wie Emulkop w y n ik ało, ż e w zro st aktyw ności oddechowej po p r o c e s ie a d a p ta c ji obserwowano w próbach, w k tó ry ch źró d łem w ęgla były s u b s ta n c je pow ierzchniow o czynne u le g a ją c e rozkładow i biochem icznem u. W przypadkach gdy badano s u b s t r a - ty tru d n o ro z k ła d a ln e ta k zwane "tw arde" SPC z a le ż n o ś c i t a k ic h n ie obserwowano. Zdybiewska i Ja n o sz -R a jc z y k [71] w p racy nad b io lo g iczn y m u t le n ia n ie m dw uskładnikowego p r e p a r a tu z a w ie ra ją c e g o n i e j o nowe i kationow e s u b s ta n c je pow ierzchniow o czynne w ykazały, ż e lep sze e f e k ty w usuw aniu ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u 0 mikroorganizmów osadu czynnego o podw yższonej aktyw ości oddechowej. Aktywność tę powodowało wyso k ie o b c ią ż e n ie su b stra to w e osadu czynnego. Obserwowano wówczas e lim in a c ję hamowania współ zaw odniczego. Można więc s t w ie r d z ić, że pomiary aktyw ności f iz j o lo g i c z n e j drobnou s tro jó w mogą być dodatkowym źró d łem in fo rm a c ji o m ożliwoś c i a c h ad ap tacy jn y ch mikroorganizm ów lub o sposobie prowadzen ia b io lo g ic z n e j d e g r a d a c ji tru d n o ro z k ła d a ln y c h s u b s t r a tów M ikroorganizm y b io r ą c e u d z ia ł w b io d e g ra d a c ji KSPC Badania b io d e g ra d a c y jn e p rzew ażnie prowadzi się z użyciem m ieszanej p o p u la c ji d ro b n o u stro jó w osadu czynnego lub na zesp o łach m ikroorganizmów pobranych z rzek [4, 12, 18, 59]. Tylko w n ie lic z n y c h przypadkach prowadzona je s t także id en t y f i k a c j a m ikroorganizmów b io rą c y c h udział w tym p ro c e s ie. Z pracy F engera i w spółautorów [1] w ynika, że z osadu czynnego adaptowanego do ro z k ła d u ch lo rk u tetrad ecy lo d w u m ety lo - benzyloamoniowego wyizolowano b a k t e r i e z ro d zaju Pseudomonas i Comamonas, aktyw nie u c z e s tn ic z ą c e w p ro c e sie degradacyjnym. Podobną pracę p r z e d s t a w il i A rkadijew a i w spółpracow nicy [5 ]. Po w yizolow aniu z osadu czynnego adaptowanego do rozkładu KSPC szeregu szczepów b a k te ry jn y c h z ro d zaju Pseudomonas, Ae- romonas i B a cillu s, n a s tę p n ie sp raw d za li m ożliw ości w zrostu b a k t e r i i na podłożu zaw ierającym testo w an ą s u b s ta n c ję. Autorzy w y k a z a li, że jed y n ie b a k t e r i e z ro d z a ju Pseudomonas mogły wykorzystywać badaną KSPC jako podstawowe ź r ó d ło węgla i a z o t u. Próby izo lo w an ia cz y sty c h k u l t u r b a k t e r i i d eg rad u jący ch p r e p a r a ty z a w ie ra ją c e kationow e su b s ta n c je powierzchniowo czynne pro w ad ziła również Taranowa [61]. Autorce udało się wyodrębnić h e t e r o t r o f i c z n e, Gram-ujemne, pałeczkow ate b a k te r i e w y k o rz y stu ją c e jako ź r ó d ło w ęgla dwa badane p re p a ra ty w s tę ż e n ia c h i mg/dm. 1

22 Z d o stę p n e j l i t e r a t u r y wynika, że jedną z n ie lic z n y c h p rac nad b io d e g ra d a c ją KSPC przez c z y s tą k u ltu rę prow adziła J a n o ta - B a s a lik i w s p ó ła u to rk i [5]. In k u b u jąc k u ltu rę P s e u - d o m o n a s p i c t o r - M t h d oprow adziły do d e g r a d a c ji ch lo rk u la u ry - lodwumetyloamoniowego i lau ry lo p iry d y n o w eg o w obecności e k s t r a k t u drożdżowego. A dair i w sp ó ła u to rz y [] p o d a li rów nież, że c z y s ta k u ltu r a P s e u d o m o n a s c e p a c i a mogła wykorzystywać w ybraną czw artorzędow ą sól amoniową jako jedyne ź r ó d ło w ęgla, a w przypadku braku innych ź ró d e ł również azot z n a j d u ją c y się w tym zw iązku. S taw sk a ja i w s p ó ła u to rz y [57] z w r ó c ili uwagę na problemy w y s tę p u ją c e podczas przechow yw ania k u l t u r p o sia d a ją c y c h z d o ln o ś c i do b io d e g r a d a c ji s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych. A utorzy ci donoszą, ż e podczas trw a ją c e g o d łu ż sz y czas przechowywania szczepy t r a c i ł y n ab y tą zdolność b io d e g r a d a c j i SPC. P o d ali ta k ż e, że d łu g o trw a ły k o n tak t z SPC mógł powodować zmienność m o rfo lo g ic z n ą komórek i k o lo n ii, mógł też prow adzić do w ystępow ania defek tó w podczas sy n te z y z e s p o łu ścianow o-błonow ego i u t r a t ę w ła śc iw o śc i hydrofobowych p o w ierzchni komórek..4.. Z asto so w an ie s p e c ja ln y c h te c h n ik pomiarowych w b ad a n iu b io d e g r a d a c ji KSPC Jedrtą z pierw szych p ra c, w k t ó r e j zastosow ano do id e n ty f i k a c j i i a n a liz y s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych spektro s k o p ię IR b y ła p raca Hummela z 1962 roku. Technikę tę do stu d ió w nad b io d e g ra d a c ją s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych próbow ali stosować F ra zee, Osburn i C r i s t e r [64]. Ale d o p ie ro w 197 Fenger, Mandrup, Rohde i Sorensen [1] oraz w 1977 B aleux i Caumette [6 ], a n a s tę p n ie w 198 i 1985 r. Hellmann [18, 20] z a s to s o w a li spekroskopowe b ad an ie widm IR do oceny b io d e g r a d a c ji s u b s ta n c ji kationow e czynnych. W k ra ju próby w y k o rz y s ta n ia s p e k tro s k o p ii IR do badari biochem icznego u t l e 2 n ia n ia KSPC p r z e d s ta w ili Ja n o sz-r ajcz y k i w sp ó ła u to rz y [28] oraz Ja n osz-r ajczyk [0,, 4]. Wynika z tego, że j e s t ty lk o k ilk a p ra c, w k tó ry ch zastosow ano sp e k tro s k o p ię IR w bad an iach b io d e g r a d a c ji kationow ych s u b s ta n c ji p o w ie rz c h n io wo czynnych. N ależy jednak zaznaczyć, ż e w bad an iach an io n o wych i niejonow ych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych te c h nikę tę stosowano c z ę ś c ie j [18, 20, 21, 57, 59]. A utorzy przyjm ow ali różne metody d la i n t e r p r e t a c j i widm. Badacze fra n c u sc y o b se rw u jąc widma IR prób przed i po b io d e g ra d a c ji ( hodowlę p ro w a d z ili w warunkach sta ty c z n y c h przy jednorazowym z a s i l a n i u s u b s tra te m ), ro z p a try w a li zm iany jakościow e w y stę p u ją c e w pasmach c h a ra k te ry sty c z n y c h d la grup funkcyjnych -CH -, -CH i na te j podstaw ie s ą d z i l i 2 o b io d e g ra d a c ji badanych s u b s tra tó w [6]. S pektroskopię IR w p o łą c z e n iu z c h ro m a to g ra fią gazową w b ad an iach b io d e g ra d a c y jn y c h te tra d e c y lo d w u m e ty lo b e n z y lo - amoniowego ch lorku w ykorzystyw ali Fenger i w sp ó ła u to rzy [11]. A utorzy ci po przeprow adzeniu a d a p ta c ji mikroorganizmów o s a du czynnego do badanej s o li amoniowej s t r a l i się n a s tę p n ie o k r e ś lić p o śre d n ie p rodukty u t l e n i e n i a p o w sta jące w p ro c e sie b io d e g r a d a c ji. W p ie rw sz e j k o le jn o ś c i na podstaw ie widma IR wykonanego d la odpływu z b io r e a k to r a (po uprzednim z a tę ż e n iu próby) o k re śla n o obecność pasm c h a ra k te ry sty c z n y c h d la grup funkcyjnych obecnych w badanej KSPC oraz pojaw ian ie się nowych zw iązanych z procesem b io d e g r a d a c ji. N astęp n ie za pomocą ch ro m ato g raficzn y ch pomiarów o k re śla n o sk ła d chem iczny p o śred n ich produktów u t l e n i e n i a. Na m ożliw ości w ykorzystyw ania s p e k tro s k o p ii IR w p o łą c z e n iu z c h ro m a to g ra fią cienkowarstw ową wskazał Hellmann [18-21]. Autor wykonywał pom iary widm IR d la hodowli mikroorganizmów, okresowo z a s i l a n e j ch lo rk iem dw ustearynodwu- metyloamoniowym [19]. Rozdział ch ro m a to g ra fic z n y um ożliwiał uzyskiw anie z ek s tra k tó w p o śre d n ic h produktów u t l e n i e n i a,

23 k tó r e z k o le i po p r z e n i e s i e n i u z p ł y t k i żelo w ej poddawano a n a l i z i e s p e k t r a l n e j IR. Z ab ieg i te były p ra co ch ło n n e, a le p o zw alały na uzyskiw anie " c z y s ty c h " widm w ielu p o śred n ich produktów b io d e g r a d a c ji. Inny sposób oceny widm IR zaproponow ała Jan o sz-r ajcz y k [ ]. Po a d a p ta c ji d ro b n o u stro jó w osadu czynnego do ro zk ład u badanych KSPC w warunkach dynam icznych prowadzono d a lsz ą ro z k ła d u KSPC. C hrom atografię cienkowarstw ową w ykorzystyw ały w swoich badaniach J a n o ta -B a s s a 1 ik i w sp ó ła u to rk i [5]. Do sp e c ja ln y c h tec h n ik n ależą także pom iary izotopow e. Według S w ishera [59] jako jeden z pierw szych pom iary z w y k o rzy sta- 14 niem C przeprow adził d la KSPC w 197 r. K rzem iński, na stę p n e b ad an ia p ro w ad zili w 198 r. L arson i S u lliv a n Czynniki o k r e ś l a j ą c e b io d e g r a d a c ję p ie rw o tn ą KSPC Dane l i te r a tu r o w e p o d a ją, że biochem iczne u t l e n i a n i e KSPC hodowlę z a s i l a j ą c ją ła tw o ro zk ład aln y m su b s tra te m wzbogaconym w KSPC przy s tę ż e n iu 20.0 mg/dm. N astęp n ie d la zatężo n eg o dopływu i odpływu, c z y li d la s u b s t r a t u przed i po p r o c e s ie degradacyjnym wykonywano a n a liz ę s p e k t r a l n ą. Ocena widm p o le g a ła na ilościow ym o k r e ś l a n i u zmian sto su n k u grup -CH do -CH- w p o sz czeg ó ln y ch pró b ach. W zrost w a rto śc i tego z sto su n k u św iadczył o p o stę p u ją cy m p ro c e s ie d e g ra d a c ji ła ń c u c h a węglowodorowego. Do sp e c ja ln y c h te c h n ik pomiarowych o d d ający ch duże u słu g i z a le ż y od ta k ic h samych czynników jak pro ces b io d e g ra d a c ji innych związków org an iczn y ch,w tym tak że ASPC i NSPC. B iodeg ra d a c ję o k r e ś l a j ą więc ro zp u szc zaln o ść i k o n c e n tr a c ja SPC, chem iczna s t r u k t u r a m olekuły i masa cząsteczk o w a, w ielkość w spółczynnika HLB, c h a ra k te r w ią z a n ia pomiędzy grupą hyd ro fito w ą i hydrofobową oraz rodzaj m ik ro o rg an i znów b io rą c y c h u d z ia ł w p r o c e s ie. D o n ie s ie n ia lite ra tu r o w e p o d a ją, że d ecyd u ją c y wpływ p o sia d a s t r u k t u r a m olekuły, w tym: długość przy badaniu s t r u k t u r y SPC i j e j zmian podczas d e g ra d a c ji n a le ż y również s p e k ro s k o p ia ±H NMR. Jednym z pierw szych, k tó r z y w 1970 r. z a s to so w a li tę te c h n ik ę widmową do o badania s t r u k t u r y ASPC, KSPC i am fo tery cz n y ch SPC, był Kónig [64]. W b a d a n ia c h b io d e g r a d a c ji ASPC, NSPC i KSPC tech n ik ę tę s t o s o w ali w la ta c h o s ie m d z ie s ią ty c h S taw sk a ja i w sp ó łu a to rzy [5 7 ], a w d z ie w ię ć d z ie s ią ty c h Ja n o sz-r ajcz y k [0,, 4]. ła ń c u c h a hydrofobowego (jego p ro sto lin io w y lub ro z g a łę z io n y c h a r a k te r, obecność czwartorzędow ego w ęgla, występow anie dwóch łańcuchów hydrofobowych w c z ą s te c z c e ), obecność p i e r ś c i e n i a benzenowego, p i e r ś c i e n i a pirydynowego lub im idazolowego, występow anie spoiim eryzow anych grup tle n k u e ty le n u, a także c h a r a k te r anionu. W zdecydowanej w ięk szo ści prac zajmowano się wpływem s tr u k t u r y ła ń c u c h a KSPC na podatność Główne z a l e t y t e j metody to m ożliwość s tw ie rd z a n ia obecności na b io d e g ra d a c ję. N a jc z ę śc ie j badanymi KSPC były s u b s ta n c je grup funkcyjnych na p odstaw ie sygnałów pochodzących od ich protonów oraz o k r e ś l a n i a na p odstaw ie krzywych i n t e g r a c j i w zględnej i l o ś c i protonów [4, 55, 65]. L i t e r a t u r a d o ty c z ą c a b io d e g r a d a c ji anionowych i n ie jo n o wych s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych podaje również p rz y k ła d y k o r z y s ta n ia z c h ro m a to g ra fii gazowej [11, 57, 59, 64]. T echnikę tę w b ad an iach b io d e g ra d a c y jn y c h KSPC stosow ano w m niejszym z a k r e s ie [1]. Znane są również p rz y k ła d y wykorzysty w a n ia t e j te c h n ik i podczas o b se rw a c ji k a ta lity c z n e g o 4 n a le ż ą c e do czw artorzędow ych s o l i amoniowych [57, 59, 64]. Według Sw ishera [59] system atyczne b a d a n ia b io d e g r a d a c ji chlorków a lk ilo tró jm e tlo a m o n io w y c h i pierw szorzędow ych a l k i - loamin (p o sia d a ją c y c h jeden n ie r o z g a łę z io n y ła ń c u c h h y d ro fo bowy) w ykazały, że n a jła t w i e j u le g a ły b io d e g ra d a c ji p r e p a r a ty z 10 (Masuda i Miura) lub 12 (Riuz Cruz) węglami w ła ń c u c h u. Badania Riuz Cruza były prowadzone przy w s p ó łu d z ia le m ik ro flo ry pobranej z wody r z e c z n e j, przy 5

24 początkowym s tę ż e n i u KSPC 5.0 mg/dm. B io d eg rad ację oceniano na p odstaw ie zaniku s p e c y fic z n e j r e a k c ji z b łę k ite m d i s u l f i - nowym, w y zn ac zając w dobach czas połow icznego zan ik u KSPC. N atom iast d o św ia d c z e n ia Masudy i Miury były prowadzone przy w s p ó łu d z ia le m iesz an ej p o p u la c ji d ro b n o u stro jó w, przy początkow ej k o n c e n tr a c ji KSPC 20.0 mg/dm. B io d eg rad ację ocen ian o na p o d sta w ie zu ż y c ia tle n u przez m ikroorganizm y (porównywanego do te o re ty c z n e g o zapotrzebow aniem tle n u ) w 10-dniowych pom iarach re sp iro m e try c z n y c h. Prowadzone przez tych samych autorów b a d a n ia d la KSPC, p o s ia d a ją c y c h w m i e j s cu grupy m etylow ej grupą benzylow ą, w ykazały, że n a j ł a t w i e j u le g a ły b io d e g r a d a c ji p r e p a r a ty z 12 węglami w ła ń c u c h u. Z w jakim sto p n iu w płynęło na b io d e g ra d a c ję wprowadzenie do c z ą s te c z k i p i e r ś c i e n i a pirydynow ego, im idazolinow ego lub innych grup funkcyjnych. G ra b iń sk a -S o ta [15] w badaniach prowadzonych d la chlorków- n - a lk ilo tio m e ty lo p iry d y n io w y c h, - m e ty lo ( n - a l k i l o ti o m e t y 1 o )pirydyniow ych i, 5 -d im e ty lo - (n -a lk ilo tio m e ty o )p iry d y n io w y c h, przy w sp ó łu d z ia le m ik ro o rg a nizmów osadu czynnego adaptowanych do ro zk ład u KSPC i przy s tę ż e n iu końcowym 0.0 mg/dm w ykazała (na podstaw ie zaniku aktyw ości KSPC z b łę k ite m d is u lfin o w y m ), że z n a jw ię k sz ą w ydajnością b io d e g ra d a c ja z a c h o d z iła, gdy ilo ść w ęgli w ła ń c u c h u hydrofobowym w y n o siła 10 lub 12. Z badań prowadzonych przez Zdybiewską i Ja n o sz-r ajcz y k tym że według Riuz Cruza wprowadzenie grupy benzylow ej [7] d la KSPC p o sia d a ją c y c h ła ń c u c h y hydrofobowe o C hamowało b io d e g r a d a c ję, a według Masudy i Miury p r z y ś p ie s z a ło p ro c e s. Według tych o s t a t n i c h autorów n ie u le g a ły b io d e g r a d a c ji c h lo rk i a 1ki 1 o t r ó j m e t 1oamoniowe p o s ia d a ją c e 18 w ęgli w ła ń c u c h u. Także Pernak, G rab iń sk a i Zdybiewska [47] b a d a li wpływ i l o ś c i w ęgli w ła ń c u c h u aliklow ym na b io d e g ra d a c ję KSPC. B adania p rz e p ro w a d z ili d la KSPC z w ie ra ją c y c h 8 lub 12 w ęgli w ła ń c u c h u hydrofobowym k o le jn o d la chlorków : n - a lk i 1 ot iom etylop i rydyniow ych, l - m e t y l o - - a l k i l o t iomety 1o- im id azo lin io w y ch i (n -a 1 k i 1 o t i orne t y 1 o ) b i s ( 2-hydr oksye t y 1 o ) - alkiloam oniow ych. B io d eg rad ację p ro w a d z ili przy w s p ó łu d z ia le m iesz an ej p o p u la c ji d ro b n o u stro jó w w warunkach im itu ją c y c h pro cesy b io d e g ra d a c y jn e zachodzące w rz e c e, przy początkowym s tę ż e n iu KSPC.0 mg/dm. P roces b io d e g r a d a c ji o c e n ia li na p odstaw ie zaniku sp e c y fic z n e j aktyw ności KSPC z b łę k ite m di su 1finowym. W ykazali, ż e szybszy ro z k ła d KSPC zachodził wówczas,gdy ilo ść w ęgli w łań cu ch u węglowodorowym w y n o siła 8 (poza jednym przypadkiem d la ch lo rk u ( d o d e c y lo tio m e ty lo )- b i s ( 2 - h y d r o k s y e ty lo )a 1 ki 1oamoniowewgo). Ponieważ a u to rz y nie p rz e p ro w a d z ili badań d la ch lo rk u o k ty lo tró jm e ty lo a m o n io - wego ani d o d ecylotrójm etyloam oniow ego n ie można było o c e n ić, 6 w ynikało, że m ożliw ości b io d e g r a d a c ji o k r e ś l a ł a zarówno budowa a n io n u, jak i k a tio n u, s t r u k t u r a łańcuchów węglowodorowych i procentow y u d ział łańcuchów o o k re ś lo n e j l ic z b ie w ęgli (c z y li także ro d zaj surowca użytego podczas sy n te z y tych p re p a ra tó w ). Na podstaw ie pomiarów r e s p ir o m e t rycznych, wykonywanych d la m ieszanej p o p u la c ji d r o b n o u s tr o jów osadu czynnego (nieadaptow anych do ro zk ład u KSPC) przy z a k re s ie stężeń od. do.0 mg KSPC/dm, stw ie rd zo n o, że n ie k o r z y s tn ie na b io d e g ra d a c ję wpływało użycie do sy n te z y KSPC kwasów tłuszczow ych otrzymywanych z rzepaku i o le in y (sk ła d n ik n a tu ra ln y c h o le jó w ). W kwasach rzepakowych ła ń c u c h y C sta n o w iły około 4%; C 10% i C 45%. Na to m iast w kwasach tłuszczow ych pochodnych o le in y w ystępow ały głów nie (w 84%) ła ń u c h y C. U leg ające ła tw ie jsz e m u u t l e - 18 n ie n iu KSPC były syntetyzow ane na b azie kwasów stearynow ych i za w ie ra ły w c z ą s te c z c e 70% łańcuchów C i 28% C W 18 1 < p racy te j także wykazano, że odporność na biochem iczne u t l e n ia n ie zw ięk szała się ze wzrostem od 2 do 11 i l o ś c i wprowadzanych grup tlen k u e ty le n u wówczas, gdy w c z ą s te c z c e b y ła nieobecna lub w ystępow ała grupa benzylowa. Zdybiewska i Ja- 7

25 n o sz -R a jc z y k w te j samej p racy s t w i e r d z i ł y, że w przypadku w prow adzenia sia rc z a n u alk iło w an eg o w m ie jsc e ch lo rk u su b s t a n c j a s ta w a ła się b a r d z ie j oporna na b io d e g ra d a c ję. Zdybiewska, Rzeczycka i Tarniow y [78] w bad an iach b io d e - g ra d a c y jn y c h prowadzonych (w u k ła d z ie c ią g łe g o z a s i l a n i a su b s tra te m ) przy w s p ó łu d z ia le w s tę p n ie adaptow anej m ieszanej p o p u la c ji m ikroorganizm ów osadu czynnego, p rzy z a k r e s ie s tę ż e ń KSPC od 1 do 10.0 mg/dm w ykazały, źe w zrost i l o ś c i g rup tle n k u e ty le n u z 8 na 22 w c z ą s te c z c e p rz y c z y n ia ł się do w zro stu o p o rn o śc i na u t l e n i a n i e zw iązku. A utorki s ą d z i ł y ta k na podstaw ie oznaczeń zaniku aktyw ności KSPC z b łę k ite m d isu lfin o w y m, pom iaru BZT i CZT. 5 P i t t e r prow adząc bad an ia bromku h ek s a d e c y lo tró jm e ty lo a m o - niow ego, ch lo rk u heksadecylodw um etylobenzyloam oniow ego,brom ku h ek sad ecy lo p iry d y n io w e g o oraz p r e p a r a tu o nazwie h a n d lo wej Septonex ( s u b s ta n c ja aktywna tego p r e p a r a tu p o s ia d a ła w porów naniu z bromkiem h e k s a d e c y lo tr ó jm e ty 1oamoniowym grupę h y d roksyetyiow ą przy pierwszym w ęglu w ła ń c u c h u hydro fo b o wym) w o b ecności m iesz an ej p o p u la c ji d ro b n o u stro jó w osadu czynnego, przy s tę ż e n iu KSPC mg/dm, s tw ie rd z ił na podsta w ie zaniku aktyw ności KSPC z b łę k ite m bromofenolowym, u s u n i ę c i a CZT i RWO, że w prow adzenie do c z ą s te c z k i grupy benzylow ej lub p i e r ś c i e n i a pirydynowego lub h y d ro k sy ety lo w ej powodowało w zrost o p o rn o ści na b io d e g r a d a c ję. Ten sam a u to r p orów nując b io d e g ra d a c ję c z te r e c h KSPC z innymi s u b s tra ta m i ud ział w procesie.u w ażał i, że przyczyną trw a ło śc i KSPC była obecność w c z ą s te c z c e dodatkowego ła ń c u c h a hydrofobowego (w przypadku p re p a ra tu o nazwie Arąuad) lub p i e r ś c i e n i a b en zenowego albo ro z g a łę z io n e g o ła ń c u c h a a lk ilo w e g o, lub obu tych czynników rów nocześnie (w przypadku p re p a ra tu o nazwie Hya- mine 1622). Obecność czw artorzędow ego węgla w c z ą s te c z c e j e s t pow szechnie uważana za czynnik u tr u d n ia ją c y p roces b io d e g ra d a c ji [64]. W pracy zwrócono także uwagę, źe z tr z e c h badanych związków z a w ie ra ją c y c h p ie r ś c ie ń pirydynowy ( c h lo rek, bromek i jodek h ek sad ecy lo p iry d y n o w y ), ty lk o bromek u l e gał b io d e g r a d a c ji. W pracy wykazano, źe u leg ał b io d e g ra d a c ji p r e p a ra t z p ie r ś c ie n ie m im id a z o 1inowym, bromek i ch lo re k cety lo tró jm e ty lo am o n io w y oraz p re p a ra t o nazwie Ethoąuad (k tó reg o s u b s ta n c ją aktywną była KSPC o dwóch ła ń c u c h a c h hydrofobowych o C p rz y łą c z o n y c h do czw artorzędow ego azotu 18 i p o s ia d a ją c a 15 spoiim eryzow anych dro b in tle n k u e ty le n u ). Sw isher [59] podsumowując badania Ruiz Cruza, Masudy, Miuł ra, Gawła, Yoshimury oraz Baluex i w spółautorów s t w i e r d z i ł, że wprowadzenie do c z ą s te c z k i dwóch łańcuchów hydrofobowych obniża z d o ln o ści j e j do b io d e g r a d a c ji. Je d n a k ż e,ja k w ykazali Baluex i w s p ó ła u to rz y, wprowadzenie do te j c z ą s te c z k i d o d a t kowo grup h y d rofilow ych sk u te c z n ie popraw iło z d o ln o ści b io - d e g rad acy jn e KSPC [6]. W omawianych p racach badano głównie wpływ chem icznej s t w i e r d z i ł, że przyczyną małej sz y b k o ści pro cesu (około 100 s t r u k t u r y m olekuły na b io d e g ra d a c ję KSPC. Rozkład KSPC obserwowano do momentu u t r a t y w łaściw ości ra z y m n ie js z e j od związków ła tw o ro z k ła d a ln y c h ) była obecność czw artorzędow ego az o tu w c z ą s te c z c e [48]. Z badań prowadzonych przez B aleux i Caumette [6] d la 10 s u b s t a n c j i kationow o czynnych w y n ik ało, że ty lk o 5 u le g a ło biochem icznem u ro zk ład o w i. A utorzy ci s ą d z i l i tak na p o d s ta pow ierzchniow o czynnych przez c z ą s te c z k ę bądź stym ulow ania procesu oddechowego (w pom iarach r e s p ir o m e try c z n y c h ), lub o b n iż a n ia się chem icznego i biochem icznego zap otrzebow ania tle n u lub, ro z p u sz c z o nego węgla o rg an iczn eg o w t r a k c ie prow adzenia pro cesu b io d e g r a d a c ji. N ależy zaznaczyć, że p oszczególne d ośw iadcze wie pomiarów zan ik u KSPC w śro d o w isk u wodnym i w zro stu l i n ia były prowadzone przy różnym s tę ż e n iu wyjściowym KSPC i cz e b n o śc i d ro b n o u stro jó w p o p u la c ji m iesz an ej b io rą c y c h 8 biomasy. Różny był sposób z a s i l a n i a hodowli (okresowy lub 9

26 c i ą g ł y ). Duża różnorodność metodyki zastosow anej w b adniach w y n ik ała z braku u j edno 1 i conycti przep isó w d la prow adzenia b i o d e g r a d a c j i, jak ma to m ie jsc e w przypadku ASPC i NSPC [51] Tak w ięc możliwe było u zy sk iw an ie różnych, c z ę s to n i e k o r e s - pondujących ze sobą wyników. Było to wynikiem także k o r z y s t a n i a z m ik ro flo ry w różnym sto p n iu zaadaptow anej do ro z k ła d u KSPC, sto so w a n ia różnych stę ż e ń początkowych d la KSPC (być może powyżej progu to k s y c z n o ś c i), w prowadzania wraz z biom asą osadu czynnego dodatkowo ła tw o p rz y s w a ja ln e go ź r ó d ła węgla (stym ulow anie p ro cesu kom etabo1 izm u). Ocenę wpływu zmian s t r u k t u r a l n y c h c z ą s te c z k i KSPC na proces b io d e g r a d a c ji u tr u d n ia także f a k t, że n ie zawsze prowadzono b ad a n ia w ob ecn o ści KSPC uważanej za sta n d a rd ( p o s ia d a ją c e j n ie - ro z g a łę z io n y ła ń c u c h hydrofobowy o o k re ś lo n e j i l o ś c i w ęg li, podstaw iony do czw artorzędow ego a z o tu, do k tó reg o p o d sta w io ne są tr z y grupy m etylow e). Można więc podać ty lk o ogólne czy n n ik i w pływ ające na pro ces b io d e g r a d a c ji p ie rw o tn e j. I tak w głównej m ierze wpływ na biochem iczne u t l e n i a n i e m iała lub m etylenowej usytuowanej przy a z o c ie, lub też w łańcuchu a lifa ty c z n y m (we w szy stk ich p o z y c ja c h ). Badania w ykazały, że każdy znaczony w ęgiel p osiadał tak ą samą w artość d la mikroorganizmów a k 1imatyzowanych do tych su b s tra tó w w p ro c e s ie przem iany do dw utlenku w ęgla i biomasy. Podobne wyniki uzyskał Hellmann [19] prowadząc badania b io d e g ra d a c ji również d la ch lo rk u dw ustearynodw um ety1oamoniowego. Autor o p ie r a j ą c się na chrom atograficznym r o z d z ia le i a n a l i z i e s p e k tra ln e j IR, u s t a la ł sk ła d pośred n ich produktów pow stających w t r a k c ie pro cesu b io d e g r a d a c ji. Tak ie prow adzenie badań p o zw o liło na ś l e d z e n i e mechanizmu p ro cesu d e g ra d a c y jn e g o. Hellmann s t w i e r d z i ł, że podczas b io d e g r a d a c ji z a c h o d z iło u t l e n i a n i e azo tu czw artorzędow ego i p o ja w ia ły się azo tan y. Wykazał ta k ż e, ż e rów nocześnie zachod z i ł o system atyczne sk ra c a n ie ła ń c u c h a alk ilo w eg o badanej KSPC. Badania Su 11 iv a n a,he 11mnna oraz Fengera i w spółautorów wyk a z a ły, że możliwe było uzy sk an ie c a łk o w ite j b io d e g ra d a c ji budowa c a łe j c z ą s te c z k i i zw iązana z n ią ro z p u sz c z a ln o ść KSPC, w tym długość hydrofobowego ła ń c u c h a i obecność w d r o b in ie podstawników, k tó re z m ie n ia ły h y d rofitow y (h y d ro fo b o wy) c h a r a k te r c z ą s te c z k i oraz podatność tych podstawników na KSPC, k tó ra z a w ie ra ła w swej s t r u k t u r z e czw artorzędow y azot podstaw iony dwoma łańcucham i a lifa ty c z n y m i o 14 węglach i dwoma grupami metylowymi lub jed n ą grupą metylową i grupą benzylow ą. P roces c a łk o w ite j b io d e g r a d a c ji p rzeb ieg ał pod u t l e n i a n i e przez d r o b n o u s tr o je Wpływ s t r u k t u r y KSPC na b id e g r a d a c j ę c a łk o w itą warunkiem przeprow adzenia w stępnej do ro zk ład u tego s u b s tr a tu. a d a p ta c ji mikroorganizmów Badania b io d e g r a d a c ji c a łk o w ite j wymagają sto so w an ia s p e c ja ln y c h metod pomiarowych, ta k ic h ja k tec h n ik a izotopowa z 1 4 w ykorzystaniem C lub s p e k tro s k o p ia widm IR s k o ja rz o n a z ro z d z ia łe m chrom atograficznym prób lub ze s p e k tro s k o p ią *H NMR [6, 1, 19, 0, 5, 58]. S u lliv a n [58] prow adził b a d a n ia b io d e g ra d a c ji przez d ro b n o u s tr o je osadu czynnego tr z e c h chlorków dwustearynodwum ety- 14 loam oniowych, w k tó ry ch C znajdował się w g ru p ie metylowej Można zaznaczyć, że te c h n ik a izotopow a p o z w o liła na je d noznaczne stw ie rd z e n ie, ż e KSPC sta n o w iła ź ró d ło węgla d la dro b n o u stro jó w, a sposób zaproponowany przez Fengera i w spółautorów [1] lub Hellmanna [19] pozwalał również na ś l e d z e n i e mechanizmu procesu d eg rad acy jn eg o..5. MECHANIZM PROCESU BIODEGRADACJI SPC L i t e r a t u r a p odaje, źe mechanizm b io o k sy d a c ji SPC powinien być zgodny z is tn ie ją c y m i w p rz y ro d z ie reakcjam i c h a ra k te - 41

27 ry sty czn y m i d la biochem icznego u t l e n i a n i a w ie lk o c z ą s te c z k o wych s u b s t a n c j i o rg a n ic z n y c h. P r z e d s ta w ia ją c mechanizm b i o d e g r a d a c ji zarówno d la ASPC, jak i d la NSPC oraz KSPC można oprzeć się na l i t e r a t u r z e o p i s u j ą c e j te r e a k c je. P rz e b ie g c a łk o w ite j b io d e g r a d a c ji z a le ż y od budowy chem icznej SPC (w tym zarówno od u sy tu o w a n ia grupy hydrofobow ej, h y d r o f i l o w e j, o b ecn o ści i u m ie jsc o w ie n ia 'grup funkcyjnych w c z ą s t e c z c e ), ro d z a ju m ikroorganizrrów u c z e s tn ic z ą c y c h w p r o c e s ie i od warunków środow iskow ych [6, 1, 19, 0, 57, 59, 64]. Ze względu na obecność w c z ą s te c z c e SPC grup fu n k cy jn y ch o podobnej budowie chem icznej ilo ś ć dróg biochem icznego r o z k ła d u j e s t n ie d u ż a i do n a jw a ż n ie js z y c h n a le ż ą : - u t l e n i a n i e końcowej grupy m etylowej na drodze co -o k sy d a c ji, k tó re j e s t pierwszym stopniem b io d e g r a d a c ji ła ń c u c h a h ydrofobow ego, - /-oksydacja, c z y li p ro ces ro z k ła d u kwasów tłu szczo w y ch, - u t l e n i a n i e związków arom atycznych, k tó re ma m ie jsc e w wypadku w ystępow ania p i e r ś c i e n i a benzenowego, - u t l e n i a n i a ła ń c u c h a w ie lo e te ro w e g o. W b ad an iach prowadzonych d la a 1 ki losu 1 fon ianu ( p o s ia d a ją c e g o od 10 do 18 w ęgli w ła ń c u c h u ) wykazano, źe h y d r o l it y - czny ro z k ła d c z ą s te c z k i SPC zachodził w m ie jsc u p r z y łą c z e n ia grupy hydrofobow ej do h y d r o f i l o w e j. Początkowo sądzono, że ro z k ła d h y d r o lity c z n y c z ą s te c z k i SPC p r z e b ie g a ty lk o przy k r ó tk ic h ła ń c u c h a c h alk ilo w y ch p o s ia d a ją c y c h c z te r y w ęgle. D alsze d o n i e s ie n ia mówiły, że c z ą s te c z k i p o s ia d a ją c e ła ń c u c h hydrofobowy o 22 w ęglach mogły również podlegać takiem u r o z kładow i. W wyniku b io d e g r a d a c ji p o ja w ia ły się w śro d o w isk u p o śre d n ie p ro d u k ty b io d e g r a d a c ji będące a lk o h o la m i, a ld e h y dami lub kwasami tłuszczow ym i o 22 w ęglach w ła ń c u c h u [57]. O zn aczało to, ż e p ierw szy e ta p b io d e g r a d a c ji SPC n ie musi k o n ie c z n ie rozpoczynać się od u t l e n i a n i a ła ń c u c h a h y d ro fo b o wego, co p rzez n ie k tó r y c h badaczy było uznawane za pewnik [77]. 42 R o z p a tru ją c proces w - u t l e n i a n i a grupy metylowej u m ie js cowionej na końcu p ro ste g o ła ń c u c h a a lk ilo w eg o do grupy karboksylow ej, można s tw ie rd z ić za Swisherem, źe może odbywać się według tr z e c h r e a k c j i. Dwie (a i b) związane są z p rz y łą c z e n ie m tle n u, p o z o s ta ła (c) z odwodorowaniem s u b s t r a t u R CH CH CH - 2H * - R CH CH CH OOH ( a ) ] O.. R CH CH = CH ( c ) ( b ) O R CH CH CH OH + H O ł R CH CH C ^ 2 2 N O R CH CH C ^ 2 2 "OH L i t e r a t u r a o p is u je, ż e p ro ces ten może być prowadzony przez lic z n e k u ltu ry r o z s z c z e p i ą j ą c e łań cu ch y węglowodorowe, przy czym zaznacza s i ę, że jedne z nich p r e f e r u j ą, k ró ts z e a inne d łu ż sz e ła ń c u c h y hydrofobowe [59]. Ten sam a u to r podaje, że r e a k c ja p r z y łą c z e n ia tle n u (a) j e s t k a ta liz o w a n a przez enzym oksygenazę i w wyniku pow staje pierw szorzędow y n ad w odorot1enek, k tó ry j e s t n a s tę p n ie redukowany do a lk o h o lu. W r e a k c ji odwodorowania (c) pow staje początkowo podwójne w ią z a n ie przy końcu ła ń c u c h a hydrofobow ego,po czym n a s tę p u je uw odnienie s u b s t r a t u do a lk o h o lu. Są też znane dowody, ż e re a k c ja zachodzi według schematu (b ). W d a ls z e j k o le jn o ś c i p o w sta ją k o le jn o aldehyd i kwas tłuszczow y, k tó ry może u l e gać b io d e g ra d a c ji w p ro c e s ie (1 o k sy d a c ji lub innym. Sw isher p o d aje, że w n ie k tó r y c h przypadkach obserwowano w -o k sy d ację (d w u te rm in a ln ą ) zachodzącą na obu końcach ła ń c u c h a węglowodorowego lub powstawanie w tr a k c i e procesów e stró w tłuszczow ych. A utor p rz y p u sz c z a, ż e powstawanie e s tró w j e s t wynikiem re a k c ji pomiędzy kwasami tłuszczowym i i alkoholam i lub że e s t r y są pośrednim produktem w p ro c e sie w -o k sy d a c ji 4

28 Sw isher w y ja śn ia ta k ż e, że d w u term in ala b io o k sy d a c ja zachodzi wówczas gdy, z różnych powodów hamowany j a s t proces /?-oksydac j i. D alej zwraca ta k ż e uwagę, że w przypadku «- o k s y d a c ji łańcuchów w ęg1owodorowych z a w ie ra ją c y c h od 6 do 10 w ęgli p roces pow staw nia a lk o h o li i aldehydów może ' być stym ulowany przez obecność w korrórce plazm idu OCA, k tó ry wzbudza sy n te zę odpow iednich enzymów. D alszy proces u t l e n i a n ia a lk o h o li za le ż n y j e s t n a s tę p n ie od obecnościć chrom osal- nego DNA, k tó ry to um ożliw ia konw ersję aldehydu do karboksy- kwasów. S w is h e r,pow ołując się na p race w ie lu autorów po d aje, ż e b y ła obserwowana także o k sy d a c ja (su b te rm in a ln a ) ro zp o c z y n a ją c a się atak iem na w ęgiel le ż ą c y na d a lsz y c h pozycjach w ła ń c u c h u hydrofobowym (2,, 4, 5 lub na b a r d z ie j c e n t r a l nej p o z y c j i ). P ro ponuje, by p ro ces ten nazwać y/-oksydac ją. W wyniku b io d e g r a d a c ji p o w sta je początkow o drugorzędowy a lk o h o l, n a s tę p n ie k eto n, e s t e r oraz a lk o h o l pierw szorzędow y i kwas octowy (schemat a ). Znany j e s t też mechanizm u t l e n i a n i a drugorzędow ych a lk o h o li zw iązany z powstaniem ketonu, d ik e - tonu i końcowym pow staniem aldehydu i kwasu (schemat b). (a) C CHCH CH c CH CHOH CH C CH CHOHCH c CH CO CH l o (b) R-CH-CH-CH-COOH - ATP R-CH-CH-CH-COOAMP + PP HSCoA lo h R CH -CH -C H -C-S-CoA + AMP FAD I FADH Y 2 O R CH CH = CH C-S-CoA + 2H Zft a H o t 2 o R-CH-CHOH -CH-Ć-S-CoA NAD 1 NADH R-CH-C- CH-C-S-CoA + 2H 2 2, HSCoA R-CH-C- S-CoA + CH-Ć-S-CoA 2 I (pirofosforan; R eakcja rozpoczyna się (po zaktyw izow aniu c z ą s te c z k i przez ATP ) od d eh y d ro g en acji i pow stania w ią z a n ia nienasyconego pomiędzy węglami w p o ło ż e n iu ot i Po p rz y łą c z e n iu c z ą s t e czki wody, u tw o rzen iu /?-oksyketokwasu n a s tę p u je u t l e n i e n i e, c CHCOCH c CH OHCO CH l o 2 5 k tó re um ożliw ia przemianę grupy ketonowej do karboksylow ej i p o w sta je kwas karboksylow y skrócony o dwa atomy w ęgla w C CH OCOCH c CO CO CH l O 2, 5 C CH OH + HO C CH C CHO + HO CCH i =, 2 + f i i Podstawową drogą ro z k ła d u d la kwasów tłuszczow ych zaw ier a ją c y c h p r o s ty ła ń c u c h a lk ilo w y o p a r z y s t e j i l o ś c i w ęgli j e s t / -o k sy d a c ja. W r e z u l t a c i e t e j r e a k c j i ła ń c u c h alk ilo w y ła ń c u c h u. Inną drogą b io d e g ra d a c ji a l k i l u j e s t o t-o k sy d acja. J e s t to dwustopniowe u t l e n i a n i e, podczas k tó reg o ła ń c u c h węglowodorowy stopniow o sk ra c a się o jeden w ęg ie l. Końcowy w ęgiel hydrofobu p rzech o d zi do grupy k a rb o k sy lo w e j, po czym o d sz c z e - p ia się w p o s ta c i dwutlenku w ęgla. P roces a - o k s y d a c ji ma sk ra c a się o dwa atomy węglowe

29 jednak pewne o g r a n ic z e n ia i może zachodzić w ła ń c u c h a c h z a w ie r a ją c y c h od 1 do 18 atomów C. L i t e r a t u r a po d aje, że w przypadkach w ystępow ania w c z ą s te c z c e SPC łańcuchów r o z g a łę z io n y c h, a w sz c z e g ó ln o ś c i z a w ie ra ją c y c h w c z ę ś c i hydrofobow ej w p o z y c ji fi grupę m etylową b io d e g ra d a c ja n ie może zachodzić na drodze /-oksydac j i. Znane są jednak d o n i e s i e n ia l i t e r a tu r o w e mówiące, że p rzy u d z ia le szczepu Mici^ccoccus J1 ud ało się p rzeprow adzić b io d e g ra d a c ję ta k ie g o ła ń c u c h a na drodze a - i f?-oksydacji [57]. U tle n ia n ie grup fu n k cy jn y ch, ta k ic h jak arylow a lub ła ń c u c h w ie lo e te ro w y może odbywać się według n a s tę p u ją c y c h mechanizmów biochem icznych. Przykładow o przy o becności p i e r ś c i e n i a benzenowego może dochodzić do p r z y łą c z a n ia dwóch grup hydroksylow ych i pow staw ania rd z e n ia p i r o k a t e c h i - ny [64]. R o z sz c z e p ie n ie p ir o k a te c h in y lub j e j pochodnej może n a s tą p ić pomiędzy grupami hydroksylowymi w p o z y c ji o r to m olekułach tlen k u e ty le n u ) j e s t zn acz n ie m n iejsza [64]. Biochemiczny ro zk ład ła ń c u c h a w ielo etero w eg o j e s t związany z ob ecn o ścią i m iejscem tak że innych grup funkcyjnych w ła ń c u c h u. Obecność w c z ę śc i h y d ro fito w e j c z ą s te c z k i SPC grup -C l, -OH, -S -, -NH- obniża zd o ln o śc i b io d e g ra d a c y jn e [64]. N a jp ro sts z y schemat b io d e g r a d a c ji ła ń c u c h a w ieloeterow ego przew id u je stopniow e sk ra c a n ie tego ła ń c u c h a poprzez u t l e n ia n ie końcowych grup do oksyetylow anych a lk o h o li, k tó re n a s tę p n ie mogą ulegać u t l e n i e n i u do karboksykwasów [57]. Z dokonanego p rz e g lą d u lite ra tu ro w e g o wynika, że j a k k o l wiek znane są zasady b io d e g r a d a c ji poszczególnych p o d sta w n i ków wchodzących w sk ła d SPC, jak d o tąd n ie p rzed staw io n o mechanizmu b io d e g ra d a c ji KSPC, w którym w ystępow ałyby równoc z e śn ie łań cu ch y w ielo etero w e i podstaw niki benzylowe lub ty lk o ła ń c u c h y w ielo etero w e p rz y łą c z o n e do c z w a rto rz ę d o wego azo tu. ( ro z s z c z e p ie n ie in tra d io lo w e ) lub w p o z y c ji meta ( ro z s z c z e p ie n ie e k s t r a d i o l o w e ). S zlak o r to in icjo w an y j e s t p rzez 2 - dioksygenazę i prowadzi do p o w sta n ia kwasu c i s, c i s - mukonowego. Kwas te n pod wpływem sz ere g u enzymów z o s ta je p r z e k s z ta łc o n y poprzez b u rsztynylo-c oa w acetylo-c oa, k tó ry w łączany j e s t do przem ian cyklu K rebsa. E k strad io lo w e r o z e r wanie w p o z y c ji meta (s z la k meta) k atalizo w an e j e s t przez 2", -d io k sy g en azę k a te c h o lo w ą. S zlak ten prowadzi p rzez sem i- aldehyd 2-hydroksymukonowy lub jego an a lo g i do aldehydu octowego i kwasu p iro g ro n o w e g o, k tó re w łączane są również do cyklu K rebsa [57, 59, 64]. Obecny w c z ą s te c z c e SPC ła ń c u c h w ielo etero w y (CH CH 0) H 2 2 X też może ulegać rozkładow i w skutek d z i a ł a l n o ś c i m ik ro o rg a nizmów. P roces te n u z a le ż n io n y j e s t od d łu g o śc i ła ń c u c h a. Przyjm uje s i ę, że przy 6 do 10 s p o 1imeryzowanych m olekułach tle n k u e ty le n u b io d e g ra d a c ja zachodzi szybko i to w 100%, n a to m ia st szybkość ro z k ła d u wyższych homologów (p rzy 20 i 0 46

30 był następujący: pepton kazeinowy mg b u lio n s u c h y mg 4. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA METODYKA BADAtf B adane s u b s t r a t y i w aru n k i h o d o w li o s a d u c z y n n eg o Przedm iotem badań b y ły p r e p a r a ty o nazwie firm ow ej Kamin NH C l...20 mg 4 Na C l... Ca Cl 7 mg 6 H O mg 2 2 Mg SO 7 H O...2 mg 4 2 K H P O...20 mg 2 4 K H P O...50 mg 2 4 woda wodociągowa...d o.. l dm R MR, Kaminox R 15 RM, Kaminox R 5 RB, Kaminox R 11 RB. R sym bolizow ało ła ń c u c h y węglowodorowe od -C H do -C H, głów nie od -C H do -C H, k tó re p o c h o d z iły z r o ś li n n y c h kwasów p o r a fin a c y jn y c h. Symbol RM oznaczał grupy m etylowe, a RB obecność podstawników benzylowych usytuow anych przy a z o c ie czwartorzędowym. L iczby 5, 11, 15 o k r e ś l a ł y i l o ś c i spo- 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u, k tó re były um iejscow ione p rzy a z o c ie czwartorzędowym. P re p a ra ty z o s t a ł y wyprodukowane w I n s t y t u c i e C ię ż k ie j S yntezy O rg a n ic z n e j "B lachow nia". Otrzymano je w wyniku r e a k c ji amin z ch lo rk iem m etylu lub oksyetylow ałiych amin z ch lo rk iem m etylu lub b en zy lu, w temp e r a tu r z e 90 C z udziałem a lk o h o lu etylow ego jako r o z p u s z c z a ln ik a. Były to m a z is te, n i e l o t n e s u b s ta n c je roztw orzone w 50 % a lk o h o lu, w badanych s tę ż e n ia c h dobrze ro z p u sz c z a ln e w wodz i e [ 6-8 ]. P i ą t ą testo w an ą s u b s ta n c ją był zw iązek chem icznie c z y s ty o nazw ie bromek ce ty lo tró jm e ty lo a m o n io w y (BCTMA), wyprodukowany przez a n g ie ls k ą firmę B e rk s h ire. W b ad an iach używano tak że ła tw o m ik ro b io lo g ic z n ie r o z k ła - d aln eg o s u b s t r a t u im itu ją c e g o ś c i e k i byto w o -g o sp o d arcze, k t ó ry przygotowywano zgodnie z normą [51]. Skład tego s u b s t r a t u W bad an iach k o rz y sta n o tak że z wody do ro z c ie ń c z e ń pozbawionej zarówno ź r ó d ł a w ęgla, jak i azo tu [22]. A p a ra tu ra do badań b io te c h n o lo g ic z n y c h Hodowlę d ro b n o u stro jó w prowadzono w 4 standardow ych lab o r a to ry jn y c h i n s t a l a c j a c h przeznaczonych do c i ą g ł e j hodowli osadu czynnego. P ojedyncza i n s t a l a c j a s k ła d a ła się ze z b ió r- n ik a w stępnego o pojem ności 24 dm przeznaczonego na dopływ, pompy p e r y s t a l t y c z n e j, r e a k to r a o pojem ności około dm (od. do.5 ), o sa d n ik a w tórnego o o b ję to ś c i 2 dm, z b io rn ik a o pojem ności 24 dm na odpływ, pompek przeponowych do napow ie tr z a n ia i do wymuszania r e c y r k u la c j i osadu czynnego z o sa d n ik a w tórnego do komory n a p o w ie trz a n ia [51]. P ochodzenie d ro b n o u stro jó w Hodowlę zapoczątkow ano z osadu czynnego pobranego z komory n a p o w ie trz a n ia o sie d lo w e j o c z y s z c z a ln i ściek ó w bytow o-gospodarczych. Hodowla osadu czynnego Hodowlę mikroorganizm ów prowadzono w c z te re c h eta p a c h w te m p e ra tu rz e 20 C. Etap 1 przewidywał z a s i l a n i e drobnou stro jó w śc iek am i syntetycznym i p rzez okres około 4 ty g odni. Etap 2 obejmował prow adzenie procesu a d a p ta c ji d ro b n o u stro

31 jów do w z r a s ta ją c y c h dawek KSPC w dopływ ie o s tę ż e n iu od 0.5 do 20.0 mg/dm przez o k res 6 ty g o d n i. Etap dotyczył dozow ania sy n te ty c z n y c h śc iek ó w z KSPC w s tę ż e n iu 20.0 mg/dm p rzez ty g o d n ie. O s ta t n i, 4 e ta p zakładał k o n tynuację hodowli w warunkach, w k tó ry c h p r e p a r a ty z a w ie ra ją c e KSPC s ta n o w iły główne ź r ó d ło w ęgla i azo tu d la inkubowanych mikroorganizm ów. Etap ten trwał około 4 ty g o d n i, podczas k tó ry c h p re p a ra t dozowano do wody do ro z c ie ń c z e ń w s tę ż e n iu 20.0 mg KSPC/dm. K o n tro la pro cesu obejmowała co d zien n e pom iary in ten sy w n o śc i dopływ ających roztw orów z a s i l a j ą c y c h, spraw dzanie i reg u lo w an ie s t ę ż e n i a tle n u w komorze a e r a c j i (do około 2 mg O^/dm ), usuw anie osadu nadm iernego oraz bad an ia f i z y kochem iczne prób ś redniodobow ych dopływów i odpływów z in s t a l a c j i. Obejmowały one o z n a c z e n ie ph, CZT, s tę ż e n i a KSPC, a zo tu amonowego, azotynów, azotanów. Dla osadu czynnego o k re ś la n o s tę ż e n ie za w ie sin y i biom asy d ro b n o u stro jó w oraz indeks Mohlmanna. Do oznaczeń dodatkowych wykonywanych w 1 i e t a p ie badań ( c z y li przed i po p r o c e s ie a d a p t a c j i ) n a le ż a ły pom iary a k ty wności dehydrogenaz. Ponadto na zakończenie etap u p r z e p r o wadzano spektroskopow e a n a l i z y widm IR i NMR, a na zakońc z e n ie 4 etap u widma *H NMR. Do a n a liz spektroskopow ych p ró by odpływu p o b ie ra n o, u w z g lę d n ia ją c czas r e t e n c j i w komorze a e r a c j i i w osad n ik u wtórnym, po o zn acz en iu s tę ż e n ia KSPC O z n a c z e n ia a n a l i t y c z n e O znaczenia fizy k o c h e m ic zn e W tr a k c i e badań wykonywano pom iary: ph p o te n c jo m e tr y c z n ie, CZT według E c k e n fe ld e ra lub jako u t l e n i a l n o ś ć metodą nadman- ganianow ą, azot amonowy k o lo ry m e try c z n ie z odczynnikiem N ess- 1 e r a, azotyny k o lo ry m e try c z n ie z kwasem sulfanilow ym i a -n a - fty lo a m in ą, azo tan y k o lo ry m e try c z n ie z kwasem f e n o 1odwusu1fo- nowym [22]. KSPC oznaczano k o lo ry m e try c z n ie z b łę k ite m d i s u l - finowym [47], zaw iesinę masy d ro b n o u stro jó w wagowo na sącz-- O kach. suchą masę o rg a n ic z n ą po w yprażeniu w 550 C. s tę ż e n ie tle n u rozpuszczonego za pomocą sondy tle n o w e j, indeks Mohlmanna w c y lin d ra c h miarowych o pojem ności 100 cm ( u sta lo n a w arto ść indeksu może być porównywana z wynikami uzyskiwanymi ty lk o w ten sam sposób) Oznaczenie aktywność i dehydrogenaz Aktywność dehydrogenaz oznaczano w obecności ch lo rk u 2,-,- 5 - t r ó j f e n y l o t e t r a z o l o w e g o (TTC), k o r z y s ta ją c z metodyki zmodyfikowanej przez Mikscha [4]. P o le g a ła ona na o k r e ś la n iu, każdorazowo przed p rz y s tą p ie n ie m do pomiarów, optym alnych param etrów in k u b acji d ro b n o u stro jó w, ta k ic h jak s tę ż e n ie TTC (2 % roztw ór TTC dozowano w z a k re s ie od 0.1 do 1.0 cm ) i czas in k u b acji ( u s ta la n y w z a k re s ie od 10 do 45 m inut) w celu uchwycenia liniow ego p rz y ro s tu aktyw ności, wynik podawano w pm TF/dm h lub pm TF/g sm h. Wyznaczana w ten sposób w ielkość obrazow ała p rz y ro s t aktyw ności deh y d ro genaz podczas in k u b acji d ro b n o u stro jó w Analiza widmowa IR i ih NMR A n a liz ie poddawano próby p o bierane z dopływu i odpływu z komory a e r a c j i oraz roztw ory wzorcowe badanych KSPC. O b ję to ś c i prób w ynosiły 1.0 do 10.0 dm. Próby poddawano t r ó j s t o p niowej e k s t r a k c j i chloroform ow ej, uzyskany e k s tr a k t zatęzano pod p ró ż n ią do suchej p o z o s ta ło ś c i. E k s tra k ty przeznaczone do a n a liz y widmowej *H NMR zatężano dwustopniowo, s to s u j ą c k o lejn o kolby o pojem ności 1000 i 25 cm. Suchą p o z o sta ło ść p rzeznaczoną do pomiaru widma IR rozpuszczano w 10 cm c z te - ro c h lo rk u w ęg1 a, prze znaczoną do pomiaru widma 1 H NMR w 1 cm deuterow anego chloroform u. Wymienione r o z p u s z c z a ln ik i p rz y ję t e za Baleux i Caumette [6] oraz Hellmannem [20] zapew n iały dobrą ro zp u szc zaln o ść badanych s u b s t a n c j i

32 Widma IR wykonywano z użyciem sp e k tro m e tru do p o d c z e r w ien i typ UR-10 firm y C arl Z eiss Jena. k o r z y s t a j ą c z n ie r o z - k ła d a ln y c h kuwet wykonanych z KBr. Grubość m ierzonej warstwy roztw oru w y n o siła 0.2 mm. Widma re je stro w a n o w z a k r e s ie drgań r o z c ią g a ją c y c h grup -CH- i -CH od 2700 do 200 c m 1. 2 W tym z a k r e s ie widmo ro z p u s z c z a ln ik a pozbawione j e s t pasm a b s o rp c y jn y c h. Intensyw ność pasm m ierzono metodą l i n i i podstaw ow ej, w yrażano w je d n o s tk a c h a b s o rb a n c ji, k tó r a zgodnie z prawem Beera j e s t p r o p o rc jo n a ln a do s t ę ż e n i a [4 ]. I n t e n sywność pasm grupy -CH m ierzono przy 2970 cm 1 i oznaczano jako A A a -CH- przy 290 cm i oznaczano A A, n a s tę p n ie wyznaczano sto su n e k A A / A A. Widma H NMR o k r e ś la n o za 2 1 pomocą sp e k tro m e tru H NMR Jeol-IM N-60 o c z ę s to ś c i 60 MHz. Pom iaru dokonywano w te m p e ra tu rz e 20 C wobec w zorca w ew nętrznego t e t r a m ę t y 1 os i 1anu (TMS). I n t e r p r e t a c j ę widm prowadzono zgodnie z zale c e n ia m i l i t e r a t u r y [4, 16, 20, 60, T a b e la 1 Zm iany w y b ran y ch w sk aźn ik ó w z a n ie c z y s z c z e ń p rz e d i po w p ro w a d z e n iu brom ku c e ty lo tró jm e ty lo a m o n io w e g o do r e a k t o r a o s a du c z y n n e g o, w a r t o ś c i ś r e d n i e Nr CZT [mg/dm] KSPC [mg/dm] Ode zyn e ta p u dopływ odpływ dopływ dopływ odpływ ETAP 1 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKłADALNYM SUBSTRATEM ETAP ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKłADALNYM SUBSTRATEM I BROM KIEM CETYLOTRÓJMETYLOAMONIOWYM ETAP 4 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO TYLKO BROMKIEM CETYLOTRÓJMETYLOAMONIO WYM 64, 65] WYNIKI DOŚWIADCZEŃ B io d e g ra d a c ja bromku cety lo tró jm e ty lo a m o n io w e g o p rz e z d r o b n o u s tr o je osa d u czynnego Wykonane we w stę p n e j f a z ie pracy bad an ia nad a d a p ta c ją i b io d e g r a d a c ją bromku cety lo tró jm e ty lo am o n io w eg o ( r y s. l ) p rzez d r o b n o u s tr o je osadu czynnego m iały na c e lu spraw dzenie popraw ności p r z y j ę t e j m etodyki o k r e ś l a n i a i in te r p re to w a n ia widm sp e k tro m e try c z n y c h. Badana sól amoniowa s ta n o w iła in d y widuum chem iczne badane i opisywane w l i t e r a t u r z e jako u l e g a ją c e b io d e g r a d a c ji [59]. T a b e la 2 P a ra m e try b i o d e g r a d a c j i p r z e d i po w p ro w ad zen iu brom ku c e ty lo tró jm e ty lo a m o n io w e g o do r e a k t o r a o sa d u czy n n eg o Nr** e ta p u O b c ią ż e n ie * s u b s tr a to w e o sad u c z y n. [g CZT/g sm d] S tę ż e n ie * z a w ie s in y o sa d u c z y n. [g/dm ] Czas* n ap o w iet r z a n i a [godz.] Wiek* o sadu c z y n. [d] In d e k s* M ohlmanna [cm/g ] > * WARTOŚĆ ŚREDNIA ** JAK W TABELI 1 B adania ro z p o c z ę to hodowlą d ro b n o u stro jó w osadu czynnego z a s ila n y c h ła tw o ro zk ład aln y m su b s tra te m (sta n o w iły go ś c i e ki sy n te ty c z n e ) o u śre d n io n e j w ie lk o ś c i CZT o d p o w iad ające j 760 mg O /dm9 ( t a b e l a 1)

33 W tr a k c i e 18-godzinnego n a p o w ie trz a n ia osadu czynnego o b ciążan e g o s u b s tra te m w w ie lk o ś c i 0.6 g CZT/ g sm d u zy s kiwano 75 % b io d e g ra d a c ję s u b s tr a tu (ta b e le 2 i ) oraz T a b e la E f e k ty b i o d e g r a d a c j i p r z e d i po w prow a d z e n iu brom ku c e ty lo tr ó jm e ty lo a m o n io w e - go do r e a k t o r a o sa d u c z y n n e g o, w a r t o ś c i ś r e d n i e Nr* e ta p u * JAK W TABELI 1 U s u n ię c ie [ % ] CZT KSPC s ła b ą n i t r y f i k a c j ę azo tu amonowego. Azotany w odpływ ie o s i ą g a ł y maksymalne s tę ż e n ie 1.9 mg N NO^/dm ( ta b e la 4). Wyhodowany osad czynny p o sia d ał cechy w zro stu rozproszonego. O b jaw iało się to w zrasta ją cy m indeksem osadowym, k tó ry pod koniec etap u o s ią g a ł 186 cm/g ( ta b e la 2). P o g a rsz a n ie się w łaściw o ści sedym entacyjnych osadu czynnego w ią z a ło się przede w szystkim z długim okresem n a p o w ie trz a n ia, k tó ry był konieczny ze względu na d a ls z y p rz e b ie g p rac. Po uzyskaniu s t a ł e j spraw ności usuw ania łatw o p rzy sw aja ln e g o s u b s tr a tu ro z p o c z ę to dozowanie bromku c ety lo tró jm e ty lo am o n io w eg o i n i c j u j ą c przez to 2 e ta p dośw iadczeń, trw ajacy około 6 tygodn i. Był to e ta p d ecy d u jący o dalszym powodzeniu p racy. Cechował się n ie u sta b iliz o w a n y m ch arak terem procesów zachodzących w b i o r e a k t o r z e. Wyników z prowadzonych w tym o k r e s ie o b se rw a c ji n ie zam ieszczono. Wyniki b a d a ń d la e t a T a b e la 4 P rz e m ia n y zw iązków azo to w y ch w p r o c e s i e b io d e g ra d a c y jn y m p r z e d i p o w p ro w ad zen iu brom ku c e ty lo tró jm e ty lo a m o n io w e g o do r e a k t o r a o sa d u c z y n n eg o Nr* M in e ra ln e fo rm y a z o tu [ mg N/drn ] e t a nh4+ N02 N0 pu d opływ odpływ dopływ odpływ dopływ odpływ * JAK W TABELI 1 O 0 ro 1 o ł pu prac ( ta b e le 1, 2 i ) wskazywały, że proces a d a p ta c ji z o sta ł przeprow adzony prawidłowo i b io d e g ra d a c ja bromku c e ty l o t r ó jmetyloam oniowego w obecności łatw o u tle n ia ln e g o subs t r a t u z a c h o d z iła z w y s o k ą w y d ajn o ścią. W e ta p ie pracy podczas 18-godzinnego n a p o w ie trz a n ia z badaną s u b s ta n c ją w s tę ż e n iu 20.0 mg KSPC/ dm, przy o b c ią ż e n iu substratow ym osadu czynnego 0.20 g CZT/g sm d, zachow ując d łu g i wiek o sa du dochodzący do 28 d uzyskiwano 82% u su n ię c ie CZT oraz 1 00% K S P C ( ta b e le 2 i ). S tę ż e n ie azotanów w odpływ ie w ynosiło od 12.5 do 15.0 mg N NO_/dm (ta b e la 4 );w sk azu je to na wyso- ką wydajność n i t r y f i k a c j i. Nie stw ie rd zan o ujemnego wpływu badanej s u b s t a n c j i na proces sedym entacji o sa d u.in d e k s Mohl- manna zm ieniał się w z a k re s ie od 29 do 42 cm /g. Prowadzona 54 w 4 e ta p ie b a d a ń b io d e g ra d a c ja bromku c e ty lo tró jm e ty lo a m o n io - wego przy s tę ż e n iu 20.0 mg KSPC/dm w ykazała, że również w 55

34 w arunkach, gdy s u b s ta n c ja ta s ta n o w iła jedyne ź r ó d ło w ęgla i a z o tu, możliwe było u zy sk iw an ie 60% u s u n ię c ia CZT, 78% d la KSPC oraz n i t r y f i k a c j i a z o tu amonowego ( t a b e l a 1, i 4). Uważa s i ę, źe stw ie rd z a n a w dopływ ie obecność azo tu amonowego oraz sp o ra d y c z n ie azotynów i azotanów ( t a b e la 4) była zw iązana z obum ieraniem, a n a s tę p n ie u tle n ia n ie m biomasy b a k t e r y j n e j, k tó r a w znikomych i l o ś c i a c h w ystępow ała na ś c ia n a c h z b io rn ik a m agazynującego roztw ór z a s i l a j ą c y. Na zak o ń cz en ie etap u badań przeprow adzono pom iary widm IR d la roztw oru wzorcowego oraz dopływu i odpływu z r e a k to r a osadu czynnego. W artość il o r a z u A A^/A A^ w skazującego zm iany ilo śc io w e grup -CH i -CH- w ła ń c u c h u hydrofobowym zm ie- 2 n i a ł a się k o le jn o z 1.77 na 1.49 i na.26 odpow iednio w roztw orze wzorcowym, dopływ ie i odpływ ie ( ta b e le 5 i 6). W zrost ilo ra z u z 1.49 na.26 św iadczył o zm n ie jsz a n iu się i l o ś c i grup metylenowych w ła ń c u c h u węglowodorowym badanego T a b e la 5 In te n s y w n o ś ć pasm -CH w z o rc a o r a z p ró b p r z e d i po w prow a d z e n iu brom ku c e ty lo tró jm e ty lo a m o n io w e g o do r e a k t o r a o sa d u c z y n n eg o Nr p ró b y T ra n s m is ja Tl -CH, (2970) cm '1 [%] A b s o rb a n c ja Ax -CH A Ał (2970) cm'1 [ j e d n.a b s. ] [ j e d n.a b s.] TRANSMISJA 94» I 95» ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA PRÓBA 1 ROZTWÓR WZORCOWY PRÓBA 2 PRZED PROCESEM BIODEGRADACJI PRÓBA PO PROCESIE BIODEGRADACJI zw iązku. Wskazywało to na b io o k sy d a c ję ła ń c u c h a alk ilo w e g o. Widma 1H NMR wykonywane d la roztw oru wzorcowego o raz dopływu i odpływu z r e a k to r a po zw alały na przeprow adzenie n a s t ę p u j ą c e j i n t e r p r e t a c j i. W widmie roztw oru wzorcowego bromku ce ty lo trd jm e ty lo a m o n io w e g o można było w yróżnić sygnał o p r z e s u n ię c iu 6 : 0. 9 ppm (oznaczony symbolem a) oraz o p r z e s u n ię c iu 6 : 1. 2 ppm (o p isan y jako b ). Ś w iadczyły one o o b e c n ości grup -CH i -CH- n a le ż ą c y c h do ła ń c u c h a alk ilo w e g o. 2 W idoczny był też sygnał o p r z e s u n ię c iu 6 : 2. ppm (c) n a le ż ą c y do protonów grup m etylenowych i o p r z e s u n ię c iu 6 :. 2 ppm n a le ż ą c y do protonów grup metylenowych (d) i m etylowych (e) z n a jd u ją c y c h się b e z p o ś re d n io przy atom ie azo tu ( r y s. l ). O dczytany z krzywych i n t e g r a c j i sto su n e k i l o ś c i protonów w łań cu ch u alkilow ym do i l o ś c i protonów przy a z o c ie u kładał się jak 1:11 ( r y s. l ). Odpowiadał więc r z e c z y w is te j i l o ś c i protonów w c z ą s te c z c e bromku c e ty lo tró jm e ty lo a m o n io T a b e la 6 In te n s y w n o ś ć pasm -C H j- w z o rc a o r a z p ró b p r z e d i po w prow a d z e n iu brom ku c e ty lo tró jm e ty lo a m o n io w e g o do r e a k t o r a o sa d u c z y n n eg o 1 Nr* p ró b y T ra n s m is ja T2 -C H,- (2 9 0 )cm [%] A b s o rb a n c ja Aj -CHa- (290) cm' AA, [ j e d n. a b s. ] [ j e d n. a b s. ] AA, AA, * JAK W TABELI wego. O znaczało to, ż e widmo wykonano popraw nie

35 Rys.l. Widmo NMR roztworu wzorcowego zawierającego bromek cetylotrójmetyloamoniowy Fig.l. lh NMR spectrum of standard solution containing hexadecyltrimethylammonium bromide l i M I I l I i I l l I I 1 I I I I I 1M 1 I > I I \ I I I I I n r I ' l T V > I I I I I l-t-n I I r r r T I I l~l I 1 - T f I I ' I I I I I I r r t I I I M I 1 I i I. i - i ; i j : "... i- ; K 111 n... l i - i- I ~~i i ' i i I J. ; -J : :i-; j ; p. '.; i : ;; :. i i j.i. X ~!i. ilfaii.:.!.!'!_ '7" _! ] i L* ;i 4.! T l f 1 t t " I ffr' : 1: rtfifc.. i ; -./. j.:iu.. i t f : - : ~ i - 1 ; ' U ± \ i : j. :. J j t r : ITT I: i' f t : j-.j!! i. I -1- -CH2- i/ : TMS liii ó (ppm) R y s.2. Widmo *H NMR sk ła d n ik ó w dopływu, do r e a k t o r a o sad u czynnego z a w ie ra ją c e g o ła tw o u t l e n i a l n y s u b s t r a t w zbogacony brom kiem c e ty lo tró ja m o n io w y m F i g. 2. lh NMR s p e c tru m o f com ponents on in f lo w i n t o a c t i v a t e d s lu d g e r e a c t o r c o n ta in in g r e a d ly o x id iz a b le s u b s t r a t e n r ic h e d by h e x a d e c y ltrim eth y la m m o n iu m b ro m id e

36 Widmo składników roztw oru z a s i l a j ą c e g o re a k to r osadu czynnego wskazywało na obecność- ła ń c u c h a alk ilo w eg o (sygnał o p r z e s u n ię c iu 6 : 0.9 i 6 : 1.2 ppm) oraz azotu w s ą s ie d z tw ie grup metylowych i metylenowych (im puls o p r z e s u n ię c iu 6 :. 2 ppm «rys.2). S tw ierdzono, że n ie pojaw ił się sygnał (c) o p rz e su n ię c iu 6 :2. ppm. Pojaw ił się n ato m iast sła b y sy gnał (f) o p rz e s u n ię c iu 6 : 1.4 ppm n a le ż ą c y do protonów zw iązanych z azotem w m ety lo am in ie. Z krzywej i n t e g r a c j i w ynikało, że zm ienił się (na 80:21) sto su n ek i l o ś c i protonów w łań cu ch u alkilowym do protonów przy a zo cie ( r y s. 2). Oznaczało to, że z m n ie jsz y ła się ilo ść protonów w c z ą s te c z c e. Stw ierdzono w ięc, że ro zp o czy n ała się b io d e g ra d a c ja c z ą s te c z k i KSPC. P roces ten n ie był związany je s z c z e z ca łk o w itą u t r a t ą w łaściw ości pow ierzchniow o czynnych przez c z ą s te c z k i badanej s u b s t a n c j i. Wskazywało na to a n a lity c z n e ozn acz en ie KSPC w dopływ ie ( ta b e la 1). Widmo 1H NMR składników z odpływu z re a k to ra z osadem czynnym p o sia d a ło sła b y sygnał o p rz e su n ię c iu 6:0.8 ppm pochodzący od protonów grup CH^ i wyraźny sygnał o p r z e s u n ię c iu 6 : 1.0 ppm od protonów grup -CH- ( r y s.). Brak było sy gnału (c) związanego z protonam i grupy -CH- i sygnału (e + d) protonów grup -CH- i -CH połączonych z azotem amo- 2 niowym. N atom iast w y raźn iej zazn a czy ły swą obecność p rotony zw iązane z m etyloam iną d a ją c e sygnał (f) o p r z e s u n ię c iu 6 : 2. ppm (ry s. ). Przemiany te w pow iązaniu z pomiarami a n a lity c z n y m i KSPC i s p e k tro s k o p ii IR ś w ia d c z y ły, że ro zk ład KSPC zw iązany był z u t r a t ą w ła śc iw o śc i pow ierzchniow o czynnych c z ą s te c z k i, z b io d e g ra d a c ją ła ń c u c h a alk ilo w eg o, azotu amoniowego i powstawaniem m etyloam iny jako pro d u k tu po- ś redn i e g o

37 B io d e g ra d a c ja p r e p a r a t u Kamin R MR p rz e z d r o b n o u s tr o j e osa d u czynnego B adania nad b io d e g ra d a c ją p r e p a r a tu Kamin R MR m iały dać odpow iedź, czy możliwy j e s t ro z k ła d czw artorzędow ej s o li amoniowej (nie b ęd ące j indywiduum chemicznym) p o s ia d a ją c e j ła ń c u c h y alk ilo w e o ró żn ej i l o ś c i w ęgla, głów nie od C H 18? do C H i azot podstaw iony trzem a rodnikam i -CH ( r y s. 7) A n a lo g ic z n ie do badań p o p rzed n ich tę część 1 etap u pracy r o z p o c z ę to od hodowli osadu czynnego, z a s i l a j ą c d ro b n o u s tro je ła tw o ro zk ład aln y m su b s tra te m (sym ulującym sk ła d śc iek ó w byto w o -gospodarczych). D oprow adzając do komory a e r a c j i s u b s t r a t o śred n im CZT 427 mg O^/dm ( ta b e la 7) i p o d d ając go 15-godzinnemu n a p o w ie trz a n iu przy o b c ią ż e n iu substratow ym osadu czynnego g CZT/g sm d oraz u trz y m u ją c s tę ż e n i e osadu 2.41 g/dm ( t a b e l a 8 ), uzyskiw ano 75% u s u n ię c ie CZT ( ry s.4 a i ta b e la 9). S tw ierd zan o również p o ja w ia n ie się w n ie w ie lk ic h i l o ś c ia c h a z o tu azotanowego w odpływ ie ( r y s.5 c i ta b e la 10). U s t a l a j ą c d łu g i czas n a p o w ie trz a n ia, co było związane z p ro wadzeniem w 2 e ta p ie badań a d a p t a c j i do KSPC, można było p rz e w id z ie ć, źe w łaściw o ści sedym entacyjne osadu będą n ie k o r z y s t n e. P o tw ie r d z iły to obserwowane zmiany w ie lk o ś c i indeksu osadowego w z a k r e s ie 4 do 715 cm/g ( r y s.5 a i t a b e la 8). Po p rzep ro w ad zen iu w e t a p ie 2 badań a d a p t a c j i drobnous tr o jó w do ro z k ła d u p r e p a r a tu Kamin R MR w następnym e t a p ie p rac p r e p a r a t ten dozowano do ro ztw o ru z a s i l a j ą c e g o tak, aby utrzymywać s tę ż e n ie na poziom ie 20.0 mg KSPC/dm. Wyniki badań podane w ta b e la c h 7 do 10 w sk a z u ją, że p ro ces a d a p ta c j i d ro b n o u stro jó w do p r e p a r a tu Kamin R MR p rz e b ie g a ł p ra w i dłowo, gdyż nadal stw ie rd z a n o w ysokie ś r e d n i e u s u n ię c ie CZT 7% ( r y s. 4b i t a b e la 9) i 99% u s u n ię c ie KSPC ( t a b e l a 9). 62 E fek ty te uzyskiw ano przy niskim o b c ią ż e n iu substratow ym o s a du czynnego 0.14 g CZT /g sm d, przy stosunkowo dużym s tę ż ę - niu osadu czynnego (śre d n io 5.41 g/dm ), u trz y m u ją c wiek osadu na poziom ie od 22 do d i przy długim 20-godz. n a p o w ie trz a n iu ( ta b e la 8 ). CZT roztw oru z a s i l a j ą c e g o wyn o s iło ś r e d n io 629 mg 0 /dm ( ta b e la 7). N i t r y f i k a c j a nadal 2 z a c h o d z iła z wyższą niż w 1 e ta p ie badań w y d a jn o ś c ią. S tw ie r dzano w ahania s t ę ż e n i a azotanów w odpływ ie od.1 do 16.9 mg N NO"/dm (ry s. 5d i ta b e la 10). Osad czynny nadal posiadał rozp ro szo n ą s t r u k t u r ę, obserwowano jednak poprawę indeksu sedym entacyjnego. W w ięk szo ści przypadków n ie p rz e k ra c z a ł w a rto śc i 200 cm/g (ry s.5 b i ta b e la 8). Badania b io d e g ra d a c ji p re p a ra tu Kamin R MR prowadzone w 4 e ta p ie p rac, w warunkach gdy p re p a ra t stanow ił główne ź r ó d ło węgla i azo tu, p o kazały, ż e przy 14-godzinnym n ap o w ie trz a n iu s u b s t r a t u o śre d n im CZT 84 mg O /dm i s tę ż e n iu kationow ej s u b s ta n c ji 2 pow ierzchniow o czynnej 20.0 mg KSPC/dm ( ta b e la 7), przy niskim o b c ią ż e n iu osadu czynnego 0.04 g CZT/g sm d możliwe było u s u n ię c ie CZT w 77% i w 90% KSPC ( ta b e la 9). Nadal z a c h o d z iła n i t r y f i k a c j a jonu NH ( ta b e la 1 0 ).Stw ierdzano 4 d a ls z ą poprawę w łaściw o ści sedym entacyjnych osadu czynnego. Indeks osadowy Mohlmanna przyjmował w a rto śc i od 90 do 106 cm/g. Wyraźna zmiana w łaściw o ści sedym entacyjnych osadu czynnego b y ła pow iązana z zatrzymywaniem i gromadzeniem się KSPC na k ła c z k a c h osadu. W c e lu w ykazania zmian w aktyw ności f iz j o lo g i c z n e j drobnou stro jó w osadu czynnego pod wpływem dozowanego p re p a ra tu oznaczano p r z y ro s t aktyw ności d eh y d ro g en az.pomiary odnoszono do o b ję to ś c i jednostkow ej b io r e a k to r a o z n a c z a ją c je symbolem A i w y ra ż a ją c w pm TF/dm h lub do jednostkow ej masy osadu v czynnego i jako w ielkość aktyw ności w łaściw ej oznaczano symbolem A i p rz e d sta w ia n o w pm TF/g sm h. P rz y ro s t aktyw ności z w łaściw ej dehydrogenaz A w 1 i e ta p ie badań p rzedstaw iono 6

38 T a b e la 7 Zmiany wybranych w skaźników z a n ie c z y s z c z e ń p rz e d i po w prow adzeniu p r e p a r a tu Kamin R MR do r e a k t o r a osadu czynnego, w a r t o ś c i ś r e d n ie T a b e la 9 E fek ty b io d e g r a d a c ji p rz e d i po wprowad zen iu p r e p a r a tu Kamin R MR do r e a k to ra osadu czynnego, w a r to ś c i śre d n ie Nr CZT [mg/dm] KSPC [mg/dm] Odczyn Nr* U su n ię c ie [ % ] etap u dopływ odpływ dopływ dopływ odpływ etap u CZT KSPC ETAP 1 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZK1ADALNYM SUBSTRATEM ETAP ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKłADALNYM SUBSTRATEM I PREPA RATEM KAMIN R MR ETAP 4 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO TYLKO PREPARATEM KAMIN R MR * JAK W TABELI 7 Tabela 8 P aram etry b io d e g r a d a c ji p rz e d i po wprow adzeniu p r e p a Nr** eta p u r a t u Kamin R MR O bciążenie* su b s tra to w e osadu czyn. [g CZT/g sm d] do r e a k t o r a osadu czynnego S tę ż e n ie * za w ie sin y osadu czyn. [g/dm] Czas* napow iet r z a n i a tgodz.] Wiek* osadu czyn. [d] Indeks* Mohlmanna [cmvg] > * WARTOŚĆ ŚREDNIA * JAK W TABELI 7 T abela 10 Przem iany związków azotowych w p r o c e s ie biodegradacyjnym p rzed i po wprowadzeniu p r e p a r a tu osadu czynnego Kamin R MR do r e a k to r a Nr* M in e raln e formy az o tu [ mg N/dm ] e t a NH,ł N02 N0' pu dopływ odpływ dopływ odpływ dopływ odpływ ś l. ś l ś l. ś l * JAK W TABELI

39 na r y s. 6 w z a le ż n o ś c i od czasu hodowli d ro b n o u stro jó w. W t a b e l i 11 pokazano p r z y ro s t aktyw ności A w z a le ż n o ś c i od v sz y b k o ści d o s ta r c z a n ia s u b s t r a t u O lub w z a le ż n o ś c i od v sz y b k o ści usuw ania s u b s t r a t u V. N atom iast w t a b e l i 12 przyv r o s t aktyw ności A w z a le ż n o ś c i od szybkości d o s ta r c z a n ia z s u b s t r a t u O lub szy b k o ści usuw ania s u b s t r a t u V. Wymienione z z w ta b e la c h 11 i 12 z a le ż n o ś c i można wg Mikscha z wysoką k o r e l a c j ą opisywać za pomocą równań liniow ych [4]: A = a * 0 + b (1) lub V = a * A + b (2) v i v i v 2 V 2 A = a * O + b () lub V = a * A + b (4) Z Z Z 4 Z 4 gdz i e : a, a^ w sp ó łczy n n ik i zw iązane z p rz y ro s te m aktyw ności deh y d ro genaz, wywołane jednostkow ą zmianą w szybkości d o s ta r c z a n ia s u b s t r a t u, a,a w sp ó łc zy n n ik i zw iązane z p rz y ro s te m aktyw ności dehydro- 2 4 genaz, wywołane jednostkow ą zmianą w szybkości z u ży cia subs t r a t u, b - b w sp ó łczy n n ik i zw iązane z metodyką o z n a c z a n ia aktyw ności i w łaściw ościam i p o p u la c ji d ro b n o u stro jó w. P rz e d s ta w ia n ie zmian aktyw ności dehydrogenaz w pow iązaniu z sz y b k o śc ią d o s ta r c z a n ia lub usuw ania s u b s t r a t u pozwala na w yznaczenie w spółczynników a -a, k tó re z k o le i przy tych 1 4 w arunkach prow adzenia hodowli (w zbogacenie śc iek ó w surowych w jedną z badanych KSPC) p o z w a la ją są d z ić o d o stę p n o śc i d la mikroorganizm ów KSPC jako dru g o rzę d n eg o ź r ó d ł a węgla. Jak pokazano ta b e la c h 11 i 1 2,uzyskiw ane p r z y ro s ty aktyw n o śc i dehydrogenaz n ie k o re lo w a ły w odpow iednio wysokim s t o p n iu z sz y b k o ścią d o s t a r c z a n ia s u b s t r a t u (ob ciążen iem s u b s t r a towym osadu czynnego) lub z sz y b k o śc ią usuw ania s u b s t r a t u. R y s.4. Zm iany s t ę ż e n i a CZT w p r o c e s i e b i o d e g r a d a c j i m eto d ą o s a d u czy n n eg o ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u (a) i ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u w zbogaconego p r e p a r a te m Kamin R MR (b) F ig. 4. C hanges o f COD c o n c e n t r a t i o n i n b io d é g r a d a tio n p r o c e s s b y a c t i v a t e d s lu d g e m eth o d o f r e a d i l y o x i d i z a b l e s u b s t r a t (a) an d r e a d i l y o x i d i z a b l e s u b s t r a t e n r ic h e d b y th e Kamin R MR p r o d u c t (b) 66 67

40 Przy poziom ie u fn o śc i 95% w spółczynnik k o r e l a c j i r wynosił pomiędzy w arto ściam i A i O ; pomiedzv A i V V V V ; d la param etrów A i O ; d la A i V. Nie v z z z z można było przy o p i s i e zmian aktyw ności dehydrogenaz w obecności KSPC k o rz y sta ć z równań matematycznych (1), (2 ), (d) () lub (4). Brak z a le ż n o ś c i pomiędzy sz y b k o śc ią d o s ta rc z a n ia s u b s t r a - tu lub sz y b k o ścią usuw ania s u b s t r a t u a przyrostem aktyw ności dehydrogenaz był powodowany różną sz y b k o śc ią b io d e g ra d a c ji KSPC, k tó ra była zatrzymywana i gromadzona na k łaczkach o s a du czynnego. Kationowa s u b s ta n c ja powierzchniowo czynna u l e g a ła rozkładow i d o p ie ro po pewnym c z a s ie powodując w zrost (c) aktyw ności dehydrogenaz, k tó ry w danym momencie n ie był już związany z sz y b k o śc ią d o s ta r c z a n ia lub usuwania s u b s tr a tu. (b) 200 Wyniki p rz y ro s tu aktyw ności dehydrogenaz p rzedstaw ione w z a le ż n o śc i od czasu trw an ia badań w skazują na wahania w aktyw ności dehydrogenaz ( r y s.6 b ). Nie stw ierdzono sy ste m a ty c z *t 15, CZAS HODOWLI ETAPU BAtiAN [bob^ nego w zro stu aktyw ności w z a le ż n o ś c i od czasu trw an ia hodow- 1 i. O bserw acje spektroskopow e widm IR, przeprowadzone na zakończenie badań nad b io d e g ra d a c ją p re p a ra tu Kamin R MR w obecności łatw o ro z k ła d a ln e g o s u b s t r a t u ( e ta p ), wskazywały (a) w zrost w odpływie z r e a k to ra w a rto ś c i A A /A A w stosunku i z do roztw oru wzorcowego (ta b e le 1 i 14). Stw ierdzony w zrost ilo ra z u a b s o rb a n c ji A A /A A z 1.79 do.77 był spowodowany 1 2 zm niejszaniem się i l o ś c i grup metylenowych w hydrofobowym ła ń c u c h u i w iązano to z częściow ą b io d e g ra d a c ją ła ń c u c h a R y s.5. Zmiany in d e k s u Mohlmanna i s t ę ż e n i a azotanów p rz e d (a,c ) i po (b,d> w prow adzeniu p r e p a r a t u Kamin R MR do r e a k t o r a osadu czynnego F i g. 5. Changes o f M ohlmann's in d e x and n i t r a t e c o n c e n tr a t i o n b e f o r e (a,c) and a f t e r (b.d) i n tr o d u c in g th e Ramin R MR p ro d u c t i n t o a c t i v a t e d slu d g e r e a c t o r 68 a lk ilo w e g o. Widmo 1H NMR wykonane d la składników roztw oru z a s i l a j ą c e go re a k to r pozw alało w yróżnić sygnał pochodzący od protonów grup metylowych (oznaczony symbolem a) o p r z e s u n ię c iu 6 : 0. 9 ppm i impuls protonów grup metylenowych (symbol b) o p r z e s u n ię c iu 6: 1. ppm. Z identyfikow ano je jako łań cu ch y 69

41 T a b e la 11 Z a le ż n o śc i pom iędzy ak ty w n o śc ią dehydrogenaz A, a sz y b k o śc ią d o s t a r c z a n i a s u b s t r a t u 0V lu b s z y b k o ś c ią usuw ania s u b s t r a t u Vv p o d czas b io d e g r a d a c ji ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u z a s ila n e g o p re p a ra te m Kamin R MR Aktywność d eh y d ro g e naz Av tum TF/dmh] Szybkość dos t a r c z a n i a s u b s t r a t u 0V [g CZT/dm d] W spół. k o r e l a c j i pomiędzy Av i Ov Szybkość u- suw ania subs t r a t u Vv [g CZT/dm d] W spół. k o r e l. pomiędzy Av i Vv T abela 12 Z a le ż n o ś c i pomiędzy a k ty w n o śc ią dehydrogenaz Az a s z y b k o śc ią d o s t a r c z a n i a s u b s t r a t u 0S lu b s z y b k o ś c ią usuw ania s u b s t r a t u Vz p o d czas b io d e g r a d a c ji łatw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u z a s ila n e g o p re p a ra te m Kamin R MR Aktywność Szybkość do W spół. Szybkość usu W spół. d eh y d ro g e naz Az [ im TF/g sm h] s t a r c z a n i a s u b s t r a t u O z [g CZT/g sm d] k o r e l. pomiędzy Az i 0, w ania su b s t r a t u V z [g CZT/g sm d] k o r e l. pomiędzy \ i V, V, 15 t17 CZAS HODOWLI i ETAPU BADAN [DOByJ Rys.6. Zmiany aktywności właściwej dehydrogenaz w procesie biodegradacji metodą osadu czynnego łatwo utlenialnego substratu (a) i łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kamin R MR (b) Fig.6. Changes of specific activity dehydrogenases in biodégradation process, activated sludge method, readily oxidizable substrat (a) and readily oxidizable substrat enriched by the Kamin R MR product (b) 71 70

42 T a b e la 1 Intensyw ność pasm -CH w zorca o ra z p rób p rz e d i po wprowadzen iu p r e p a r a tu Kamin R MR do r e a k t o r a osadu czynnego T ra n sm isja ' A b so rb an cja Nr próby Tx -CH (2970) cm'1 Aj -CH (2970) cm"1 A Ai [%] [ j e d n.a b s. ] [ j e d n. a b s. } TRANSMISJA 79.11,80.5* I 80.% ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA PRÓBA 1 ROZTWÓR WZORCOWY PRÓBA 2 PRZED PROCESEM BIODEGRADACJI PRÓBA PO PROCESIE BIODEGRADACJI T abela 14 Intensyw ność pasm -CH2- w zorca o raz prób p rz e d i po wprowad zen iu p r e p a r a tu Kamin R MR do r e a k t o r a osadu czynnego Nr* próby T ran sm isja T2 -CH2- (290) cm'1 A b so rb a n c ja Aj -CH2- (290) cm'1 A A2 A A j A Aj [%] [ j e d n. a b s. ] [ j e d n. a b s. ] TRANSMISJA 79.51,80.6* I 80.7* ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA * JAK W TABELI

43 R y s.8. Widmo H NMR składników odpływu z r e a k to ra osadu czynnego po b io d e g ra d a c ji łatw o u tle n ia ln e g o s u b s tr a tu wzbogaconego p rep aratem Kamin R MR F i g. 8. *H NMR spectrum o f components on o u tflo w from a c ti v a t e d sludge r e a c to r a f t e r th e b io d é g ra d a tio n p ro cess o f re a d ly o x id iz a b le s u b s t r a t e n rich ed by th e Kamin R MR p ro d u ct Rys.9. Widno *H NMR składników odpływu z reaktora osadu czynnego po biodegradacji preparatu Kamin R MR F ig.9. lh NMR spectrum of coinponents on outflow from activated sludge reactor afte r the biodégradation of Kamin R MR product

44 a lk ilo w e. Ujawnił się też sła b y impuls protonów zw iązanych z azotem w m ety lo am in ie o p r z e s u n ię c iu 6 : 2. 0 ppm (oznaczony jako c ), wyraźny sygnał o p r z e s u n ię c iu <5:. ppm pochodzący od protonów grupy -NH ( f ), oraz sygnał (e + d) o p r z e s u n ię - 2 c iu 6 :. 7 ppm protonów zw iązanych z grupami -CH- i -CH przy z a z o c ie amoniowym ( r y s. 7 ). Spektroskopow e s tw ie rd z e n ie w dopływ ie do r e a k to r a związku p o s ia d a ją c e g o ła ń c u c h hydrofobowy o raz grupę h y d ro filo w ą p o tw ie rd z a ło a n a lity c z n ą inform ację o o b ecn o ści s u b s t a n c j i o w ła śc iw o śc ia c h pow ierzchniow o czynnych. Widma sk ła d n ik ó w odpływu z r e a k t o r a po p r o c e s ie d e g ra d a c ji KSPC w ob ecn o ści ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u (e ta p ) oraz w w arunkach, w k tó ry c h p r e p a r a t Kaminox R MR stanow ił główne ź r ó d ł o w ęgla (e ta p 4) są do s i e b i e podobne ( r y s. 8 i 9). W obu widmach można było w yróżnić sygnał pochodzący od p ro tonów grup metylowych (a) i m etylenowych (b) oraz od protonów grup -CH- i -CH p o łączo n y ch z azotem amoniowym. 2 N ieobecny był impuls protonów zw iązanych z azotem w m ety lo a m in ie. O znaczało to, że w odpływ ie występował jako po śred n i p rodukt u t l e n i e n i a azot amoniowy z przyłączonym i grupami m etylow ym i B io d e g ra d a c ja p r e p a r a t u Kaminox R 15 RM p rz e z d robnou s t r o j e osadu czynnego Badania, b io d e g r a d a c ji p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM, w sk ła d k tó re g o w ch o d ziła czw artorzędow a sól amoniowa p o s ia d a ją c a hydrofobowe ła ń c u c h y alk ilo w e od C H do C H p rz y łą c z o n e 18? do a z o tu, jak również ro d n ik metylowy oraz 15 spoiim eryzow a- nych grup tle n k u e ty le n u ( r y s. 1), zapoczątkow ano hodowlą b e la 16) pozw alało uzyskiwać wysokie u s u n ię c ie s u b s t r a t u (ry s. lo a ). S tw ie rd z a n o,ż e CZT odpływu ś r e d n io w y n o siło 96 mg O /dm ( t a b e l a 15), dawało to 76% u su n ię c ie CZT ( t a b e l a 2 17). Obserwowano tak że pojaw ian ie się w odpływ ie niedużych i l o ś c i azo tu azotanowego ( r y s. l i c i ta b e la 18). Utrzymywanie stosunkowo d łu g ie g o czasu n a p o w ie trz a n ia, s t ę ż e n i a osadu czynnnego na poziom ie 1.85 g/dm, o b c ią ż e n ia su b stra to w e g o osadu na poziom ie 0.6 g CZT/g sm d wpływało n ie k o r z y s tn ie na kondycję sedym entacyjną osadu (ta b e la 16). Z a re je stro w a n e wysokie w a rto ś c i indeksu osadowego Mohlmanna od 414 do 665 cm /g ( r y s. 11 a) powodowane były d y s p e rs ją stosunkowo długo n a tle n ia n e g o osadu. Przeprow adzenie w 2 e ta p ie badań a d a p ta c ji mikroorganizm ów do ro zk ład u p r e p a r a tu Kami- nox R 15 RM pozw alało na p r z e j ś c i e do zasad n iczy ch dośw iad- czeń, podczas k tó ry ch KSPC dozowano w i l o ś c i 20.0 mg/dm wraz z ła tw o u tle n ia ln y m su b stra te m. I tak w następnym już e ta p ie p racy pro ces prowadzono przy o b c ią ż e n iu osadu czynnego 0.15 g CZT/g sm d, 21-godzinnym n a tle n i a n i u, u trzy m u ją c w re a k to rz e s tę ż e n i e osadu czynnego 4.67 g/dm oraz wiek osadu na poziom ie d ( ta b e la 17). Powodowało to 75% u s u n ię c ie CZT oraz 99% KSPC ( ta b e la 17). Stw ierdzano, że z a c h o d z iła n i t r y f i k a c j a azotu amonowego. S tę ż e n ie azotanów - w odpływ ie wahało się w g ra n ic a c h od 5.8 do 15.1 mg N NO /dm ( r y s. 11 d i ta b e la 16). W tym e ta p ie badań obserwowano k o rz y stn e zmiany w łaściw o ści sedym entacyjnych osadu czynnego. Indeks Mohlmanna zm ieniał się od 179 do 258 cm /g ( t a b e la 16), w artość jego ty lk o k ilk a razy p rz e k ro c z y ła 200 cm/g ( r y s. 11 b). m ikroorganizm ów osadu czynnego, k tó r ą z a s ila n o ła tw o r o z k ła - dalnym s u b s tra te m. Stw ierdzono, ż e z a s i l a n i e w 1 e t a p ie badań d ro b n o u stro jó w osadu czynnego roztw orem o ś re d n im CZT 95 mg O /dm ( t a b e l a 15) i 14-godzinne n a p o w ie trz a n ie ( ta

45 T a b e la 17 T a b e la 15 Zmiany w ybranych w skaźników z a n ie c z y s z c z e ń p rz e d i po w prow adzeniu p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM do r e a k t o r a osadu czynnego, w a r t o ś c i ś r e d n ie E fek ty b io d e g r a d a c ji p rz e d i po wprowadzeniu p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM do r e a k to r a osadu czynnego, w a r t o ś c i ś r e d n ie Nr* U s u n ię c ie [ % ] Nr CZT [mg/dm] KSPC [mg/dm] Odczyn etap u CZT KSPC e ta p u dopływ odpływ dopływ dopływ odpływ * JAK W TABELI 15 ETAP 1 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO R0ZK1ADALNYM SUBSTRATEM ETAP ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKŁADALNYM SUBSTRATEM I PRE PARATEM KAMINOX R 15 RM ETAP 4 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO TYLKO PREPARATEM KAMINOX R 15 RM T abela 16 Tabela 18 P aram etry b io d e g r a d a c ji p rz e d i po w prowadzeniu p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM do r e a k t o r a osadu czynnego Nr** eta p u O bciążenie* su b s tra to w e osadu czyn. [g CZT/g sm d] S tę ż e n ie * zaw ie sin y osadu czyn. [g/dm] Czas* napow iet r z a n i a [godzj Wiek* osadu c z y n. [d] Indeks* Mohlmanna [cm/g] > Przem iany związków azotowych w p r o c e s i e biodegradacyjnym p rz e d i po wprowadzeniu p r e p a r a tu Kamin R 15 RM do r e a k to ra osadu czynnego Nr* M in eraln e formy az o tu [ mg N/dm ] e t a pu NH,ł N02 N0" dopływ odpływ dopływ odpływ dopływ odpływ ś l. ś l ś l. ś l Ś Ś ś l. ś l. 0 Ś * WARTOŚĆ ŚREDNIA ** JAK W TABELI 15 * JAK W TABELI

46 Rys.10. Zmiany stężenia CZT w procesie biodegradacji metodą osadu czynnego łatwo utlenialnego substratu (a) i łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R 15 RM (b) Fig. 10. Changes of COD concentration in biodégradation process by activated sludge method of readily oxidizable substrat (a) and readily oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 15 RM product (b) Ry.11. Zmiany indeksu Mohlmanna i stężenia azotanów przed (a, c) i po (b,d) wprowadzeniu preparatu Kaminox R 15 RM do reaktora osadu czynnego Fig.11. Changes of Mohlmann's index and nitrate concectration before (a,c) and after (b.d) introducing the Kaminox R 15 RM product into activated sludge reactor 80?!

47 D a lsz a o b se rw ac ja b io ch em iczn ej d e g r a d a c ji p re p a ra tu Kaminox R 15 RM (4 e ta p p r a c ), wprowadzanego w t e j c z ę ś c i badari do roztw oru pozbawionego dodatkowego ź r ó d ł a w ęgla i azo tu, pozw a la ła na s tw ie rd z e n ie, że stanow ił ź r ó d ło tych p ierw iastk ó w biogennych d la m ieszanej p o p u la c ji mikroorganizmów osadu c z y n n e g o.podczas dozowania dopływu o ś re d n im CZT 75 mg O /dm 2 w p r o c e s ie b io d e g ra d a c ji uzyskiw ano ś r e d n i o 60% u s u n ię c ie CZT i 90% KSPC, a l k a l i z a c j ę odpływu ( ta b e la 15, 17). S tę ż e n ie az o tu azotanowego w odpływ ie zm ie n ia ło się od w ar- - t o ś c i śladow ych do 1.8 mg N NO /dm ( t a b e l a 18). Obserwowany + w dopływ ie azot amonowy (od śla d ó w do 0.7 mg N NH /dm * - t a b e la 18) pochodził z u t l e n i a n i a azo tu o rg an iczn eg o, n ie w ie lk ic h i l o ś c i biomasy b a k te r y jn e j z a s i e d l a j ą c e j z b i o r Tabela 19 Zależności pomiędzy aktywnością dehydrogenaz \ a szybkością dostarczania substratu Ov lub szybkością usuwania substratu V podczas biodegradacji łatwo utlenialnego substratu zasilanego preparatem Kaminox R 15 MR Aktywność dehydrogenaz \ [pm TF/dmh] Szybkość dostarczania substratu Ov [g CZT/dm d] Współ. korelacji pomiędzy K i Ov Szybkość u- suwania substratu Vv [g CZT/dmd] Współ. korel. pomiędzy A. i Vv n ik m agazynujący roztw ór z a s i l a j ą c y. P roces b io lo g ic z n e j d e s t r u k c j i p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM zachodził przy ś r e d - nim s tę ż e n iu osadu czynnego.5 g/dm, podczas 21-go- d zinnego n a p o w ie trz a n ia i przy n isk im o b c ią ż e n iu s u b s t r a t o wym osadu czynnego rzędu 0.05 g CZT/g sm d, ( ta b e la 16). W 4 e t a p i e badari osad czynny p o sia d ał dobre w łaściw o ści sedyment a c y jn e. W artość indeksu Mohlmanna w ahała się od 81 do 28 cm /g. Wiek osadu czynnego utrzymywano na poziomie wyższym od 28 d ( t a b e l a 16). Pomiary p r z y ro s tu aktyw ności w ła śc iw e j dehydrogenaz A z w ykazały, ż e w 1 e ta p ie badari aktywność f i z j o l o g i c z n a drobnou s tro jó w z m ie n ia ła się w z a k r e s ie od 2.6 do 20.0 /jm TF/g sm h ( r y s. l 2 a ), a podczas dozowania dodatkowo p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM ( e ta p badań) z m ie n ia ła s ię w g ra n ic a c h od 9.0 do 2.2 /jm TF/g sm h ( r y s. l 2 b ). Ś w iad czy ło to o w ysokiej aktywn o śc i f i z j o l o g i c z n e j m ikroorganizm ów, k tó re u t l e n i a ł y z a Tabela 20 Zależności pomiędzy aktywnością dehydrogenaz \ a szybkością dostarczania substratu 02 lub szybkością usuwania substratu V z podczas biodegradacji łatwo utlenialnego substratu zasilanego preparatem Kaminox R 15 MR Aktywność dehydrogenaz Aj [pm TF/g sm h) Szybkość dostarczania substratu Ot [g CZT/g sm d] Współ. korel. pomiędzy A, i O, Szybkość usuwania substratu V, [g CZT/g sm d] Współ. korel. pomiędzy K i V, trzymywany przez k ła c z k i osadu czynnego s u b s t r a t,w tym KSPC. Próby sform ułow ania m atem atycznej z a le ż n o ś c i pomiędzy p rz y ro ste m aktyw ności dehydrogenaz A lub aktyw ności w ła ś c i- v wej A i sz y b k o śc ią d o s ta r c z a n ia s u b s t r a t u O, lub O (przy z v z 8

48 obecności KSPC) wykazywały, że b y ły one przypadkowe. Nie uzyskiwano odpowiednio wysokich w spółczynników k o r e l a c j i przy założonym poziomie u fności 95" ( ta b e le 19 i 20). Przykładowo pomiędzy aktyw nością dehydrogenaz A a sz y b k o ścią d o s t a r c z a n ia s u b s tr a tu O w spółczynnik k o r e l a c j i r wynosił ( t a b e la 20). Przeprowadzona ocena sz y b k o ści zaniku s u b s t r a t u V v lub V w pow iązaniu z p rzy ro stem aktyw ności dehydrogenaz A, z v lub A wykazała, że z a le ż n o ś c i (w przypadku obecności KSPC) b yły przypadkowe. W spółczynniki k o r e l a c j i w ynosiły odpow iedn io i ( t a l e l e 19 i 20). I tym razem przeprowadzono na zakończenie etapu badań nad b io d e g ra d a c ją p re p a ra tu Kaminox R 15 RM w obecności ła tw o ro zk ład a lnego s u b s t r a t u pom iary spektroskopow e widm IR roztw oru wzorcowego, z a s i l a j ą c e g o re a k to r oraz roztw oru odpływ ającego z r e a k to ra. S tw ierdzono zmiany w skaźnika A A /A A z 1.71 d la roztw oru wzorcowego na 1.55 d la dopływu 1 2 i na 2.42 d la odpływu ( ta b e le 21 i 22). Wyraźny w zrost i l o razu a b s o rb a n c ji A A /A A z 1.71 na 2.42 św ia d c z y ł, że 1 2 ła ń c u c h y węglowodorowe badanej KSPC u le g a ły u tle n ie n iu. P ro ces ten był związany ze zm niejszaniem się ilo ś c i grup m etylenowych w łań cu ch u hybrofobowym. Badania widma 1H NMR d la składników roztw oru z a s ila ją c e g o re a k to r w e ta p ie badań pozw alały stw ie rd z ić obecność s i l nego sygnału (a) o p rz e s u n ię c iu 6: 0.9 ppm należąc eg o do protonów grup metylowych i o p r z e s u n ię c iu <5:1. ppm (b) p r o Rys.12. Zmiany aktywności właściwej dehydrogenaz w procesie biodegradacji metodą osadu czynnego łatwo utlenialnego substratu (a) i łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Karainox R 15 RM (b) Fig.12. Changes of specific activity dehydrogenases in biodégradation process, activated sludge method, readily oxidizable substrat (a) and readily oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 15 RM product (b) 84 tonów grup metylenowych ła ń c u c h a alk ilo w eg o, s ł a b ie j zazn a czonego impulsu (c) o p r z e s u n ię c iu 6 : 1. 9 ppm należąc eg o do protonów grupy -CH- skupionych przy a z o c ie, sygnału (e+d) 2 protonów grupy -CH i -CH- z n a jd u ją c y c h się przy a zo cie 2 amoniowym oraz w yraźnie zaznaczonego sygnału (f) o p r z e s u n ię c iu <5:.6 ppm protonów grupy -CH-O ( r y s. 1). 2 85

49 T a b e la 21 In ten sy w n o ść pasm -CH w zorca o raz p ró b p rz e d i po wprowad z e n iu p r e p a r a t u Kaminox R 15 RM do r e a k t o r a osadu czynnego Nr próby T ran sm isja Ti - ch (2970) cm'1 A b so rb an cja Aj -CH (2970) cm'1 A Aj [%] [ j e d n. a b s. ] [ j e d n. a b s. ] TRANSMISJA 82.0%, 80.6% I 80.0* ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA PRÓBA 1 ROZTWÓR WZORCOWY PRÓBA 2 PRZED PROCESEM BIODEGRADACJI PRÓBA PO PROCESIE BIODEGRADACJI T abela 22 In ten sy w n o ść pasm -CH2- w zorca oraz p rób p rz e d i po wprowad z e n iu p r e p a r a t u Kamin R 15 RM r e a k t o r a osadu czynnego Nr* próby T ran sm isja T2 -CH2- (290) cm'1 A b so rb an cja - ch2- (290) cm'1 AA, AA, A A, [%] [ j e d n. a b s. ] [ j e d n. a b s. ] TRANSMISJA 82.0%,80.2% I 80.0% ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA * JAK W TABELI

50 Rys.14. Widmo lh NMR składników odpływu z reaktora osadu czynnego po biodegradacji utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R 15 RM łatwo F ig.14. H NMR spectrum of components on outflow from activated sludge reactor a fte r the biodégradation process of readly oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 15 RM pro duct oo J R y s.15.widmo rh NMR składników odpływu z r e a k to ra osadu czynnego po b io d e g ra d a c ji p re p a ra tu Kaminox R 15 RM F i g. l 5. lh NMR spectrum o f components on ou tflo w from a c tiv a te d sludge re a c to r a f t e r th e b io d é g ra d a tio n o f Kaminox R 15 RM p ro d u ct

51 O znaczało to, że b a d a n ia s p e k tr a ln e p o tw ie r d z iły obecność s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnej w dopływ ie, gdyż s t w i e r dzono obecność hydrofobow ych, ja k i h y d ro fi 1 owych grup fu n k cy jn y ch n a le ż ą c y c h do c z ą s te c z k i KSPC. Widma i H NMR składników odpływu po p ro c e s ie b io d e g r a d a c ji p r e p a r a tu Kaminox R 15 RM wykonywano d la i 4 etap u badań. P rz ed staw io n e na r y s. 14 i 15 widma wykazują duże podobieństw o. W obu p rz y padkach b rak j e s t sy g n a łu (e+d) pochodzącego od protonów skupionych przy a z o c ie amoniowym i wyraźnego sy g n a łu (c) przy którym znajdował się podstaw nik benzylowy i 5 grup t l e n ku e ty le n u (rozm ieszczone w dwóch m ie jsc a c h przy a zo cie) ( r y s. 19), ro zp o częto od hodowli osadu czynnego. Hodowlę zas i l a n o początkowo ła tw o u tle n ia ln y m su b s tra te m o śred n im CZT 75 mg O /dm ( ta b e la 2). P roces b io d e g ra d a c ji prowadzono 2 (1 e ta p badań ) przy p rzeciętn y m 15-godzinnym n a p o w ie trz a - n iu, stosunkowo n i s k i e j zaw a rto śc i 1.96 g/dm osadu czynnego i o b c ią ż e n iu substratow ym osadu czynnego 0.2 g CZT/g sra d, u trzy m u ją c wiek osadu czynnego na poziom ie dób ( t a b e protonów grupy -CHj z n a jd u ją c y c h się w m e ty lo am in ie. Oznacza la 24). Stw ierdzono, że w tr a k c i e p ro cesu uzyskiwano wysokie to, że n a s t ą p i ł o ro zerw an ie w ią z a n ia pomiędzy grupą h y d r o fi- lową i hydrofobow ą i azo t amoniowy uległ m i n e r a l i z a c j i. Widoczne są n a to m ia s t wyraźne sy g n a ły protonów grup m e ty lo wych (a ), m etylenowych (b ) oraz n a le ż ą c y c h do ła ń c u c h a w ie- lo eterow ego (d ). Z krzywych i n t e g r a c j i w ynikało, ż e zm n ie j s z y ła się lic z b a protonów n a le ż ą c y c h do podstaw ników w ie lo - eterow ych. Zmienił się sto su n e k sumy protonów grupy -CH i a grupy -CHj do protonów n a le ż ą c y c h do grupy w ie lo e te ro w e j z 80:60 (w dopływ ie) na 11:44 (w odpływ ie po e t a p i e badań) i na 117:11 (w odpływ ie po 4 e ta p ie b adań). O znaczało to, że z m n ie js z a ła się ilo ś ć protonów w ła ń c u c h u w ieloeterow ym, k tó ry u leg ał stopniowemu u t l e n i a n i u. Obecność częściow o u tle n io n e g o zarówno ła ń c u c h a węglowodorowego, jak i podstaw - n ik a w ielo etero w eg o oraz brak azo tu amoniowego w odpływach po p r o c e s ie b io d e g r a d a c ji św ia d c z y ła o k o le jn o ś c i u t l e n i a n ia p o sz czeg ó ln y ch grup w y stę p u jący ch w c z ą s te c z c e k a t i o nowej s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czy n n ej B io d e g ra d a c ja p r e p a r a t u Kaminox R 5 RB p rz e z d ro b n o u s t r o j e osad u czynnego B io d eg rad ację p r e p a r a tu Kaminox R 5 RB z a w ie ra ją c e g o KSPC, p o s ia d a ją c ą d łu g ie ła ń c u c h y węglowodorowe, przew ażn ie od -C H do -C H p rz y łą c z o n e do azo tu amoniowego, u s u n ię c ie CZT ( r y s. 16) - ś r e d n i o 76% ( ta b e la 25). Zaobserwowano pojaw ian ie się w odpływ ie azo tu azotanowego. Maksymalne s tę ż e n ie azotanów w odpływ ie w y n o siło 1.4 mg N NO /dm ^ ( r y s. l 7 c, ta b e la 26). Obserwowane podczas 1 etapu prac złe w łaściw o ści sedym entacyjne osadu czynnego (w artość indeksu Mohlmanna wahała się od 400 do 621 cm /g - r y s.l 7 a, ta b e la 24) były związane ze s t a b i l i z a c j ą tlenow ą osadu, k tó rą powodowały d łu g i czas n a t l e n i a n i a i n is k ie o b c ią ż e n ie s u b s t r a t o we osadu czynnego. Po p rzeprow adzeniu w e ta p ie 2 a d a p ta c ji mikroorganizmów do ro zk ład u p re p a ra tu Kaminox R 5 RB w następnym e ta p ie badań p re p a ra t dozowano do roztw oru z a s i la ją c e g o w t a k ie j i l o ś c i, aby uzyskać s tę ż e n ie kationow ej s u b s t a n c j i powierzchniowo czynnej 20.0 mg KSPC/dm. Wyniki s e r i i badań w sk azu ją, że CZT usuwano w wysokim sto p n iu, ś r e d n io w 77%,a KSPC w 94% oraz obserwowano wysoką wydajność pro cesu n i t r y f i k a c j i (ta b e le 25 i 26). S tę ż e n ie azotanów w - odpływ ie wahało się od 8.0 do 16.9 mg N NO^/dm ( r y s. l 7 d ). P roces b io d e g ra d a c ji w e ta p ie prowadzono przy niskim o b c i ą ż e n iu substratow ym osadu czynnego (0.18 g CZT/g sm d ), u t r z y mując wysoką zaw artość osadu czynnego 5.04 g/dm i w ydłużają c czas n a p o w ie trz a n ia do 19 g odzin ( ta b e la 24). W e ta p ie badań indeks osadowy Mohlmanna wahał s ię już ty lk o w z a k re s ie od 172 do 14 cm /g i rzadko p rz e k ra c z a ł 200 cm /g ( r y s. l 7 b )

52 T a b e la 2 Zmiany wybranych wskaźników zanieczyszczeń przed i po wprowadzeniu preparatu Kaminox R 5 RB do reaktora osadu czynnego, wartości średnie Nr etapu CZT [mg/dm] KSPC [mg/dm] Odczyn dopływ odpływ dopływ dopływ odpływ ETAP 1 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKłADALNYM SUBSTRATEM ETAP 2 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKłADALNYM SUBSTRATEM I PREPARATEM KAMINOX R 5 RB ETAP 4 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO TYLKO PREPARATEM KAMINOX R 5 RB T a b e la 25 Efekty biodegradacji przed i po wprowadzeniu preparatu Kaminox R 5 RB do reaktora osadu czynnego, wartości średnie Nr* Usunięcie [ % ] etapu CZT KSPC * JAK W TABELI 2 Tabela 24 Parametry biodegradacji przed - i po wpr-owadzeniu preparatu Kaminox R 5 RB do reaktora osadu czynnego Nr** etapu Obciążenie* substratowe osadu czyn. [g CZT/g sm d] Stężenie* zawiesiny osadu czyn. [g/dm] Czas* napowietrzania [godz.] Wiek* osadu czyn. [d] Indeks* Mohlmanna [cm/g] > * WARTOŚĆ ŚREDNIA ** JAK W TABELI 2 Tabela 26 Przemiany związków azotowych w procesie biodegradacyjnym przed i po wprowadzeniu preparatu Kamonox R 5 RB do reaktora osadu czynnego Nr* Mineralne formy azotu [ mg N/dm ] eta NH/ n o 2- N0" pu dopływ odpływ dopływ odpływ dopływ odpływ Ś Ś śl * JAK W TABELI

53 B adania b io d e g r a d a c ji w 4 e ta p ie prac prowadzono ta k, aby p r e p a r a t Kaminox R 5 RB stanow ił główne ź r ó d ło w ęgla i azo tu d la inkubowanych m ikroorganizm ów. B iochem iczne u t l e n i a n i e p r e p a r a tu prowadzono przy n isk im o b c ią ż e n iu substratow ym osadu czynnego 0.10 g CZT/g sm d, 1-godzinnym n a p o w ie trz a - n iu i p rzy s tę ż e n i u osadu czynnego 2.41 g/dm. S tw ierd zan o w ysokie 82% u s u n ię c ie CZT i 94% KSPC oraz wysoką w ydajność p ro c e su n i t r y f i k a c j i ( t a b e le 24, 25 i 2 6 ). Pod - k o n iec 4 e ta p u badań w odpływ ie wykrywano 1.2 mg N NO /dm ( t a b e l a 26). Zaobserwowano o b n iż e n ie odczynu p r z e c i ę t n i e z 7.9 w dopływ ie do 7.5 w odpływ ie ( t a b e l a 2), k tó re było zw iązane z p ojaw ianiem się w odpływ ie produktów o c h a r a k te rze kwaśnym. Stw ierdzono wyraźne zmiany w ła sn o śc i sedym entac y jn y c h osadu czynnego. Indeks Mohlmanna wahał się od 18 do 2 cm /g ( t a b e l a 24). Zmiany indeksu były pow iązane z gromadzeniem s ię KSPC na sk u p isk ach osadu czynnego. B adania porównawcze p r z y ro s tu aktyw ności w ła śc iw e j dehydrogenaz w skazują na utrzym ywanie się w e ta p ie badań (po w prow adzeniu do b i o r e a k t o r a p r e p a r a tu Kaminox R 5 RB) n ieco n i ż s z e j aktyw ności od w y s tę p u ją c e j w 1 e ta p ie poza jednym p rz y p a d k ie m,k ie d y to stw ie rd zo n o w arto ść A 14.4 /jm TF/g sm h. P rz y ro s t aktyw ności dehydrogenaz dorównywał wtedy najw yższej w a r to ś c i z 1 e ta p u badań ( r y s. 18). Próby w yznaczenia Z z a le ż n o ś c i pomiędzy p rzy ro stem aktyw ności dehydrogenaz A v lub aktyw ności w łaściw ej dehydrogenaz A a sz y b k o śc ią do- s t a r c z a n i a s u b s t r a t u O, lub O według form uły (1 ), ( ),a lb o V z sz y b k o śc ią usuw ania s u b s t r a t u V, lub V zgodnie ze wzorami V z (2 ), (4) p o k a z a ły, ż e b y ła ona przypadkowa. Wskazywały na to n i s k i e w s p ó łc z y n n ik i k o r e l a c j i r, k tó re w ynosiły , , i ( t a b e l a 27 i 28). Podobnie ja k w omawianych już przypadkach przyczyną braku k o r e l a c j i pomiędzy p rz y ro ste m aktyw ności dehydrogenaz a sz y b k o śc ią d o s t a r c z a n ia lub usuw ania s u b s t r a t u, przy o b ecności KSPC, 94 Z Rys.16. Zmiany stężenia CZT w procesie biodegradacji metodą osadu czynnego łatwo utlenialnego substratu (a) i łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R 5 RB (b) i" Fig. 16. Changes of COD concentration in biodégradation process by activated sludge method of readily oxidizable substrat (a) and readily oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 5 RB product (b) 95

54 T a b e la 27 Z a le ż n o śc i pomiędzy ak ty w n o ścią dehydrogenaz \ a s z y b k o śc ią d o s ta r c z a n ia s u b s t r a t u 0V lu b sz y b k o ś c ią usuw ania s u b s t r a t u Vv podczas b io d e g r a d a c ji ła tw o u tle n ia ln e g o ' s u b s t r a t u z a s ila n e g o p re p a ra te m Kaminox R 5 RB Aktywność dehydrogenaz Av [jjm TF/dmh] Szybkość dos t a r c z a n ia s u b s t r a t u 0V [g CZT/dm d] W spół. k o r e l a c j i pomiędzy Av i 0V Szybkość u- suw ania subs t r a t u Vv [g CZT/dm d] W spół. k o r e l. pomiędzy K i Vv T abela 28 Z a le ż n o śc i pomiędzy a k ty w n o śc ią dehydrogenaz Az a sz y b k o śc ią d o s ta rc z a n ia s u b s t r a t u 0Z lu b sz y b k o śc ią usuwania s u b s t r a t u Vz podczas b io d e g r a d a c ji łatw o u tle n ia ln e g o s u b s t r a t u z a s ila n e g o p re p a ra te m Kaminox R 5 RB Aktywność dehydrogenaz Az [pm TF/g sm h] Szybkość dos t a r c z a n ia s u b s t r a t u Ov [g CZT/g sm d] W spół. k o r e l. pomiędzy \ i 0, Szybkość usuw ania subs t r a t u Vz [g CZT/g sm d] W spół. k o r e l. pomiędzy Az i V, Rys.17. Zmiany indeksu Mohlraanna i stężenia azotanów przed (a,c) i po (b,d) wprowadzeniu preparatu Kaminox R 5 RB do reaktora osadu czynnego Fig.17. Changes of Mohlmann's index and nitrate concectration before (a,c) and after (b.d) introducing the Kaminox R 5 RB product into activated sludge reactor 96 97

55 b y ło sz y b k ie z a n ik a n ie KSPC ze śro d o w isk a (powodowane z a trzymywaniem na k ła c z k a c h osadu czynnego). P roces za n ik a n ia KSPC (i tym samym o b n iż a n ia s ię s t ę ż e n i a CZT w odpływ ie) nie szedł w p arze z sz y b k o śc ią b io d e g r a d a c ji KSPC p rzez m i kroorganizm y skupione w k ła c z k a c h osadu czynnego. Pom iary spektroskopow e widm IR wykonywane na zakończenie eta p u badań w skazały na n ie w ie lk ie zmiany w intensyw ności pasm -CH i -CH- w t r a k c i e p ro c e su b io d e g r a d a c ji, co spraw ia 2 tru d n o ś c i przy prow adzeniu i n t e r p r e t a c j i. Widma IR w ykazały, ź e sto su n e k a b s o rb a n c ji A A^/A A^ przyjmował w a rto ś c i 1.25, 1.08 i 1.50 odpow iednio d la p r e p a r a tu Kaminox R 5 RB, d o p ły wu i odpływu ( ta b e le 29 i 0). Zaobserwowane n ie w ie lk ie zm iany a b s o rb a n c ji A A^/A A^ z w a r to ś c i 1.25 do 1.50 n ie mogą św iadczyć o z m n ie jsz a n iu s ię i l o ś c i grup -CHj w h y d ro fo b ie. B adania spektroskopow e widma *H NMR wskazywały na w y s tę Tabela 29 Intensyw ność pasm -CH w zorca o raz p rób p rz e d i po wprowad zen iu p r e p a r a tu Kaminox R 5 RB do r e a k t o r a osadu czynnego Nr próby T ran sm isja Tx ~CH (2970) cm'1 A b so rb an cja A 1 -CH (2970) cm'1 A \ [%] [ j e d n. a b s. ] [ j e d n. a b s. ] TRANSMISJA 82.8, 80.* I 80.0* ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA PRÓBA 1 ROZTWÓR WZORCOWY PRÓBA 2 PRZED PROCESEM BIODEGRADACJI PRÓBA PO PROCESIE BIODEGRADACJI powanie w roztw orze z a s ila ją c y m hodowlę osadu czynnego ( e ta p badań) grup fu n k cyjnych zw iązanych z c z ą s te c z k ą KSPC. S iln y sygnał (a) o p r z e s u n ię c iu <5:0.9 ppm jak i impuls (b) o p r z e s u n ię c iu 6 : 1. ppm n a le ż a ł odpow iednio do protonów grup m etylowych i metylenowych zw iązanych z łańcuchem węglowodorowym. Słaby impuls (c) o p r z e s u n ię c iu 6 : 1. 9 ppm pochodzący od protonów był zw iązany z azotem w m etyloam inie, a sygnał (e) o p r z e s u n ię c iu 6 :. 6 ppm pochodził od protonów grupy -CH -O -. N astęp n ie stw ie rd z o n o obecność sygnału (f) po- 2 chodzącego od protonów grup m etylenowych zw iązanych z p ie r ś c ie n ie m benzenowym,a tak że sy g n a łu (g) o p r z e s u n ię c iu 6 : 7. 5 ppm, protonów grupy benzenowej ( r y s. 19). Nie s t w i e r dzono o b ecności sy gnału pochodzącego od protonów grup m etylenowych zw iązanych z azotem amoniowym ( r y s. 19). S tw ierdzono, ż e obydwa widma ł H NMR składników odpływów, T abela 0 Intensyw ność pasm -CH2- w zorca oraz prób p rz e d i po wprowad zen iu p r e p a r a tu Kaminox R 5 RB do r e a k to r a osadu czynnego Nr* próby T ransm isja T2 -CH2- (290) cm'1 A bsorbancja Aj -CH2- (290) cm'1 A A2 [%] [ j e d n. a b s. ] [ je d n.a b s.] AA t A Aj TRANSMISJA 82.5*, 80.9* I 79.9* ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA * JAK W TABELI 29 wykonane na zakończenie i 4 e ta p u badań, były do s i e b ie podobne ( r y s. 20 i 2 1 ).Wskazywały na brak sy gnału (c) pochodzą

56 X E 20,0. N < 5 16,0 er fi o P 1 5 iz.o p o ' < 8,0 E 4,0. l- zop\_ 5 (6,o Ul ur o u o? iii <2.0 p o 8,0? -</? z 4,0 -t 9 <0 «, CZAS HODOWLI ETAPU BADAN , CZAS HODOWLI 1 ETAPU BADAN [DOBy] 12 [DOByJ Rys.18. Zmiany aktywności właściwej dehydrogenaz w procesie biodegradacji metodą osadu czynnego łatwo utlenialnego substratu (a) i łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R 5 RB (b) Fig.18. Changes of specific activity dehydrogenases in biodégradation process, activated sludge method, readily oxidizable substrat (a) and readily oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 5 RB product (b) 100 [CH2CH20],H 101 Fig.19. NMR spectrum of components on inflow into activated sludge reacto: readly oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 5 RB product

57 102 I 10 Rys.20. Widmo 'H NMR składników odpływu z reaktora osadu czynnego po biodegradacji łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R 5 RB Fig.20. *H NMR spectrum of components on outflow from activated sludge reactor after the biodégradation process of readly oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 5 RB product Rys.21.Widmo lh NMR składników odpływu z reaktora osadu czynnego po biodegradacji preparatu Kaminox R 5 RB Fig.21.lH NMR spectrum of components on outflow from activated sludge reactor after the biodégradation of Kaminox R 5 RB product

58 cego od protonów zw iązanych z azotem jak również im pulsów (f) i (g) pow iązanych z protonam i p i e r ś c i e n i a benzenowego. N atom iast są w idoczne sy g n a ły (a) i (b) protonów grup m etylowych i m etylenowych zw iązanych z łańcuchem węglowodorowym o raz mniej intensyw ne (d) pochodzące od protonów grup -CH- zw iązanych z tlenem. Z krzywych i n t e g r a c j i od czy tan o, źe zm ienił się sto su n ek protonów w g ru p ie -CH-0 do protonów w ła ń c u c h u alkilow ym z 2 w a rto śc i 58:96 w dopływ ie na 4:186 w odpływ ie po trz e c im i na 10:11 po czwartym e ta p ie badań ( r y s. 19, 20 i 21). S tw ierdzono, że w yraźnie z m n ie js z y ła się ilo ść protonów w ła ń c u c h u w ieloeterow ym. O dczytano z krzywych i n t e g r a c j i, źe sto s u n e k protonów w g ru p ie -CH do protonów w g ru p ie -CH- (w 2 ła ń c u c h u węglowodorowym) w ynosił 11:85 w dopływ ie ( r y s. 19) i 5:151 w odpływ ie po e ta p ie badań ( r y s. 20). Stw ierdzono T a b e la 1 Zmiany wybranych wskaźników zanieczyszczeń przed i po wprowadzeniu preparatu Kaminox R 11 RB do reaktora osadu czynnego, wartości średnie Nr etapu CZT [mg/dm] KSPC [mg/dm] Odczyn dopływ odpływ dopływ dopływ odpływ ETAP 1 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKŁADALNYM SUBSTRATEM ETAP ZASILANIE OSADU CZYNNEGO ŁATWO ROZKłADALNYM SUBSTRATEM I PREPARATEM KAMINOX R 11 RB ETAP 4 ZASILANIE OSADU CZYNNEGO TYLKO PREPARATEM KAMINOX R 11 RB (po sprow adzeniu do w spólnego m ianow nika), że sto su n e k ten był s t a ł y, c z y li po p ro c e s ie b io d e g r a d a c ji KCPC, w roztw o rze były obecne n i e u t l e n i o n e ła ń c u c h y węglowodorowe. Brak azo tu amoniowego oraz podstaw nika benzenowego, zmiany ilo śc io w e protonów w c z ą s te c z c e KSPC św ia d c z y ły, że podczas b io d e g r a d a c ji KSPC m u siało dochodzić w p ie rw sz e j k o le jn o ś c i do u t l e n i a n i a azo tu amoniowego i p i e r ś c i e n i a benzenowego, d o p ie ro w. d a ls z e j k o le jn o ś c i d o c h o d z iło do u t l e n i a n i a ła ń c u c h a w ie lo e te ro w e g o. Łańcuch węglowodorowy występował jako p o śred n i produkt u t l e n i e n i a B io d e g ra d a c ja p r e p a r a tu Kaminox R 11 RB p rz e z d ro b n o u s t r o j e o sa d u czynnego Zapoczątkow ana w 1 e ta p ie hodowla osadu czynnego, z a s i l a n a ła tw o ro zk ład aln y m su b s tra te m, b y ła przezn aczo n a do Tabela 2 Parametry biodegradacji przed i po wprowadzeniu preparatu Kaminox R 11 RB do reaktora osadu czynnego Nr** etapu Obciążenie* substratowe osadu czyn. [g CZT/g sm d] Stężenie* zawiesiny osadu czyn. [g/dm] Czas* napowietrzania [godz*] Wiek* osadu czyn. [d] Indeks* Mohlmanna [cm/g] ' > * WARTOŚĆ ŚREDNIA ** JAK W TABELI 1 badań b io ch em iczn ej d e s t r u k c j i p r e p a r a tu, którego s u b s ta n c ją aktywną b y ła czw artorzędow a sól amoniowa p o s ia d a ją c a ła ń c u c h y węglowodorowe od C H do C H oraz p i e r ś c i e ń

59 benzenowy i 11 d ro b in tle n k u e ty le n u, k tó re były usytuowane Tabela Efekty biodegradacji przed i po wprowdzeniu preparatu Kaminox R 11 RB do reaktora osadu czynnego, wartości średnie Nr* etapu Usunięcie [ % ] CZT KSPC * JAK W TABELI 1 w 2 m ie jsc a c h przy a z o c ie ( r y s. 25). U trzym ując s tę ż e n ie CZT s u b s t r a t u ś r e d n io na poziom ie 458 mg O /dm z ( t a b e l a 1) prowadzono hodowlę przy długim 15-godzinnym n a p o w ie trz a n iu, s tę ż e n iu zaw iesin y osadu czynnego ś r e d n io.6 g/dm i przy o b c ią ż e n iu substratow ym osadu 0. g CZT/g sm d, u trzy m u ją c wiek osadu na poziom ie od 7 do 17 d ( ta b e la 2). Prow adzenie procesu przy tych p aram etra ch zapew niało wysokie u su n ię c ie CZT ( r y s. 22) - ś r e d n i o 75% ( ta b e la ), obecność azotanów w odpływ ie w s tę ż e n iu od 0.2 do 1.7 mg N NO^/dm ( t a b e l a 4). W tr a k c ie pro cesu b io d e g r a d a c ji stw ie rd zan o p o g a rsz a n ie się kondycji sedym entacyjnej osadu czynnego, k tó ry przyjmował formę ro zp ro szo n ą. Indeks Mohlmanna zm ieniał się w z a k r e s ie od 192 do 529 cm/g (ry s 2a, t a b e la 2). Po przeprow adzeniu w 2 e ta p ie badari procesu a d a p ta c ji mikroorganizmów do ro z k ła d u p re p a ra tu Kaminox R 11 RB w Tabela 4 Przemiany związków azotowych w procesie biodegradacyjnym przed i po wprowadzeniu preparatu Kaminox R 11 RB do reaktora osadu czynnego Nr* etapu Mineralne formy azotu [ mg N/dm ] NH,+ n o 2' N0 dopływ odpływ dopływ odpływ dopływ odpływ śl. śl. O 1 o ś l. ś l ś l. śl. śl. śl. 0 Ś * JAK W TABELI 1 następnym e t a p ie badań p r e p a ra t dozowano w t a k i e j i l o ś c i, aby uzyskać w dopływ ie s tę ż e n ie 20.0 mg KSPC/dm. W e ta p ie badań proces b io o k s y d a c ji prowadzono przy wydłużonym do 21 godzin c z a s ie n a t l e n i a n i a, s tę ż e n iu osadu czynnego 4.25 g/dm, przy niskim o b c ią ż e n iu substratow ym osadu czynnego 0.20 g CZT/g sm d i wieku osadu 6-20 d. Podczas procesu uzyskiwano nadal wysokie u su n ię c ie CZT - ś r e d n io 78% ( r y s. 22) i 90% d la KSPC ( ta b e la ), intensyw ną n i t r y f i k c j ę azo tu amonowego ( ta b e le 4 i ry s.2 d ) i obserwowano zmiany indeksu Mohlmanna w z a k r e s ie od 178 do 66 cm /g (ry s.2 b, ta b e la 2). Równie k o rz y stn e wyniki b io d e g ra d a c ji KSPC uzyskiwano w 4 e ta p ie p ra c, kiedy to jako główne ź r ó d ło w ęgla i azo tu dozowano p re p a ra t Kaminox R 11 RB w t a k ie j i l o ś c i, aby s tę ż e n ie kationow ej s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnej wyno- s i ł o 20.0 mg KSPC/dm. W 4 e ta p ie prac b io d e g ra d a c ję p ro 106 wadzono przy 15-godzinnym n a t l e n i a n i u, u trzy m u ją c p r z e c ią tn e 107

60 Rys.22. Zmiany stężenia CZT w procesie biodegradacji metodą osadu czynnego łatwo utlenialnego substratu (a) i łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R 11 RB (b) Rys.2. Zmiany indeksu Mohlmanna i stężenia azotanów przed (a,c) i po (b,d) wprowadzeniu preparatu Kaminox R 11 RB do reaktora osadu czynnego Fig. 22. Changes of COD concentration in biodégradation process by activated sludge method of readily oxidizable substrat (a) and readily oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 11 RB product (b) Fig.2. Changes of Mohlmann's index and nitrate concectration before (a,c) and after (b.d) introducing the Kaminox R 11 RB product into activated sludge reactor

61 s tę ż e n ie osadu.00 g/dm, 25-dniowy wiek osadu i n i s k i e o b c ią ż e n ie osadu czynnego O.iO g CZT/g sm d ( t a b e l a 2). Po p r o c e s ie b io d e g r a d a c ji stw ie rd z a n o 78% u s u n ię c ie CZT, 90% d la KSPC ( t a b e l a ) oraz k o rz y stn ą zmianę k o n d y cji se d y m e n ta c y jn e j osadu czynnego. Indeks Mohlmanna zm ieniał się w z a k r e s ie od 64 do 95 cm /g ( t a b e l a 2). S tw ierdzano ta k ż e, ż e proces n i t r y f i k a c j i p rz e b ie g a ł ze zn a c z n ie zm niejszoną in te n sy w n o śc ią. W odpływ ie z b i o r e a k t o - r a s tę ż e n i e azotanów w ynosiło od w a rto ś c i śladow ych do 1.2 mg N NO-/dm ( t a b e l a 4). Ponadto zaobserwowano, że pod- czas b io d e g r a d a c ji p r e p a r a tu Kaminox R 11 RB z a c h o d z iło n i e znaczne o b n iż a n ie się ph odpływu z r e a k to r a z osadem czynnym. Odczyn odpływu w ynosił 7.6, podczas gdy d la roztw oru z a s i l a j ą c e g o r e a k to r ph w ynosiło 7.9 ( t a b e l a 1). Zarówno obserwowane zmiany odczynu o d p ły w u,jak i indeksu osadowego Mohlmanna podczas biochem icznego u t l e n i a n i a p re p a r a tu Kaminox R 11 RB były podobne do zmian stw ie rd z a n y c h d la p r e p a r a tu Kaminox R 5 RB. Kompresja osadu czynnego b y ła i tym razem zw iązana z procesem zatrzym yw ania KSPC na k ła c z k a c h osadu czynnego, a zmiana odczynu z o b e c n o śc ią w odpływ ie produktów u t l e n i e n i a o c h a r a k te r z e B adania porównawcze p rz y ro s tu aktyw ności kwaśnym. dehydrogenaz d la m ikroorganizm ów u c z e s tn ic z ą c y c h w 1 i e ta p ie badań nie p o z w o liły na sform ułow anie m atem atycznych z a le ż n o ś c i pom iędzy ak ty w n o ścią A lub ak tyw nością w łaściw ą A a sz y b k o śc ią V usuw ania V,V lub d o s ta r c z a n ia O, 0 s u b s t r a t u (p rzy obecz v z v n o śc i KSPC). K o r e la c ja pomiędzy w ie lk o śc ia m i b y ła n is k a, wskazyw ała na w ystępow anie z a le ż n o ś c i przypadkow ej. Dla A i v O w y n o siła 0.94 lub d la A i V ( ta b e la 5), d la V v v A i O o raz A i V w y n o siła odpow iednio 0.210, z z v v ( t a b e l a 6) przy założonym poziom ie u fn o śc i p 95%. Zmiany p r z y r o s tu aktyw ności p rz e d sta w io n e w z a le ż n o ś c i od czasu ho- 110 Z Rys.24. Zmiany aktywności właściwej dehydrogenaz w procesie biodegradacji metodą osadu czynnego łatwo utlenialnego substratu (a) i łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R 11 RB (b) Fig.24. Changes of specific activity dehydrogenases in biodégradation process, activated sludge method, readily oxidizable substrat (a) and readily oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 11 RB product (b) 111

62 Tabela 5 Z a le ż n o śc i pomiędzy ak ty w n o śc ią dehydrogenaz \ a s z y b k o śc ią d o s t a r c z a n ia s u b s t r a t u 0V lu b s z y b k o ś c ią usuw ania s u b s t r a t u Vv podczas b i o d e g r a d a c j i łatw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u z a s i la n e g o p re p a ra te m Kaminox R 11RB dowli wskazywały na w ahania A od 5.4 do 11.6 /jm TF/g sm h, Z k tó re były n ie z a le ż n e od czasu trw an ia eksperym entu ( r y s. 24). Wykonywana na zakończenie etapu badań a n a l i z a widmowa IR d la roztw oru wzorcowego, dopływu i odpływu w skazywała, Aktywność deh y d ro g e naz \ [MM TF/dmh] Szybkość dos t a r c z a n i a s u b s t r a t u 0V [g CZT/dm d] W spół. k o r e l a c j i pom iędzy A, i Ov S zybkość u- suw ania subs t r a t u Vv [g CZT/dm d] W spół. k o r e l. pomiędzy A yi Vv że sto su n e k A A /A A po p ro c e s ie biochem icznego u t l e n i a n ia p ra k ty c z n ie n ie zm ieniał s i ę. Przykładowo d la d o p ły wu wynosił 1.5, a d la odpływu 1.49 ( ta b e la 8) Praw ie s t a ł y ilo ścio w y sto su n ek grup metylowych do m ety len o wych o z n a c z a ł, że ła ń c u c h a l i f t y c z n y n ie zo stał u tle n io n y. Obecność w odpływ ie n ie u tle n io n e g o ła ń c u c h a węglowodorowego o z n a c z a ła, że stanow ił on p o śred n i produkt u t l e n i a n i a KSPC. A n aliza widmowa 1H NMR składników dopływu p o zw o liła w yróżnić sygnał (a) o p r z e s u n ię c iu <5:0.9 ppm pochodzący od protonów grup metylowych i impuls (b) o p r z e s u n ię c iu <5:1. ppm protonów grup m etylenowych, związanych z łańcuchem a l T abela 6 Z a le ż n o ś c i pom iędzy a k ty w n o śc ią dehydrogenaz A2 a sz y b k o śc ią d o s t a r c z a n ia s u b s t r a t u 0Z lu b s z y b k o ś c ią usuw ania s u b s t r a t u V, podczas b io d e g r a d a c ji łatw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u z a s ila n e g o p re p a ra te m Kaminox R 11 RB kilowym ( r y s. 25). N astęp n ie w yróżniono sz e ro k i sygnał (c) pochodzący od protonów grup metylenowych zw iązanych z azo tem, d a le j sygnał (e) o p rz e s u n ię c iu <5:.6 ppm pochodzący od protonów zw iązanych z tlenem. W d a ls z e j k o le jn o ś c i Aktywność deh y d ro g e naz Aj [pm TF/g sm h] Szybkość dos t a r c z a n i a s u b s t r a t u O z [g CZT/g sm d] W spół. k o r e l. pom iędzy K i 0, Szybkość usuw ania subs t r a t u Vz [g CZT/g sm d] W spół. k o r e l. pomiędzy \ i V, w yróżniono impuls (f) protonów grupy m etylenowej zw iązanej z p ie r ś c ie n ie m benzenowym o p r z e s u n ię c iu <5:5:7 ppm i jako o s t a t n i z a re je s tro w a n o impuls (g) o p rz e s u n ię c iu 6 :7.5 ppm pochodzący od protonów p i e r ś c i e n i a benzenowego. W widmie nie t stw ie rd zo n o obecności sygnału (d) protonów grup metylenowch zw iązanych z azotem amoniowym. Widmo 1H NMR składników odpływu, zarówno po p ro c e s ie b io d e g ra d a c ji prowadzonej w obecności ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u, jak i w w a ru n k ach, gdy p r e p a ra t Kaminox R 11 RB stanow ił główne ź r ó d ło w ęgla i azo tu, wskazywało na brak sygnałów pochodzących od protonów (c) skupionych przy a z o c ie (m etyloam inie) oraz od protonów (e) grupy m etylenow ej zw iązanej z p ie r ś c ie n ie m benzenowym, jak i od protonów (f) p i e r ś c i e n i a benzenowego. N atom iast sygnał 112 (d) pochodzący od protonów zw iązanych z tlenem ty lk o sła b o 11

63 Tabela 7 Intensywność pasm -CH wzorca oraz prób przed i po wprowadzeniu preparatu Kaminox R 11 RB do reaktora osadu czynnego Nr próby Transmisja Ti -c h (2970) cm'1 Absorbancja Aj -CH (2970) cm"1 A Aj [%] [jedn.abs.] [jedn.abs.] TRANSMISJA 81.5%, 77.0«i 81.9* ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA PRÓBA 1 ROZTWÓR WZORCOWY PRÓBA 2 PRZED PROCESEM BIODEGRADACJI PRÓBA PO PROCESIE BIODEGRADACJI Tabela 8 Intensywność pasm -CH2- wzorca oraz prób przed i po wprowadzeniu preparatu Kaminox R 11 RB do reaktora osadu czynnego Nr* próby Transmisja T2 -CH2- (290) cm'1 Absorbancja A2 -CH2- (290) cm'1 A Aj [%] [jedn.abs.] [jedn.abs.] A A, A Aj TRANSMISJA 81.5*, 77.5* I 81.9* ODPOWIADA POZIOMOWI TŁA * JAK W TABELI

64 Rys.26. Widmo lh NMR składników odpływu z reaktora osadu czynnego po biodegradacji łatwo utlenialnego substratu wzbogaconego preparatem Kaminox R li RB Fig.26. NMR spectrum of components on outflow from activated sludge reactor after the biodégradation process of readly oxidizable substrat enriched by the Kaminox R 11 RB product 117 Rys.27,Widmo *H NMR składników odpływu z reaktora osadu czynnego po biodegradacji preparatu Kaminox R 11 RB Fig.27. NMR spectrum of components on outflow from activated sludge reactor after the biodégradation of Kaminox R 11 RB product

65 zaznaczył sw oją obecność ( r y s. 26 i 21). Z krzywych i n t e g r a c j i od czy tan o, ź e zm ienił się s to s u n e k protonów ła ń c u c h a w ie lo e te ro w e g o do protonów ła ń c u c h a a lk ilo w e g o z w a rto ś c i 100:65 w dopływ ie na 10:84 w odpływ ie po e ta p ie badań i na 10:100 po 4 e t a p i e. Stw ierdzono s k r a c a n ie ła ń c u c h a w ie l o e t e - 5. DYSKUSJA WYNIKÓW rowego, c z y li z a c h o d z iła b io d e g r a d a c ja tego podstaw nika. Brak a z o tu amoniowego oraz p o d sta w n ik a benzenowego, a tak że zmiany ilo śc io w e protonów w c z ą s te c z c e KSPC o z n a c z a ją, źe podczas b io d e g r a d a c ji KSPC m u sia ło dochodzić w p ie rw sz e j k o le j n o ś c i do u t l e n i a n i a a z o tu amoniowego i p i e r ś c i e n i a b en zenowego, d o p ie ro w d a ls z e j k o le jn o ś c i d o c h o d z iło do u t l e n i a n i a ła ń c u c h a w ie lo e te r o w e g o, n i e u t l e n i o n y ła ń c u c h węglowodorowy był pośrednim produktem b io d e g r a d a c ji BIODEGRADACJA WYBRANYCH KATIONOWYCH SUBSTANCJI POWIERZ CHNIOWO CZYNNYCH W OBECNOŚCI ŁATWO UTLEŃIALNEGO SUB- STRATU W b ad an iach biochem icznego u t l e n i a n i a ASPC i NSPC p r z y j muje s i ę, źe zan ik s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych w odpływ ie z r e a k to r a je s t równoznaczny z b io d e g ra d a c ją p i e r wotną [51]. Stosow anie tego k ry te riu m do oceny procesu b io d e g r a d a c ji KSPC n ie zawsze j e s t s łu s z n e, sz c z e g ó ln ie wtedy gdy w śro d o w isk u w ystępuje zaw iesin a lub osady i to zarówno m in e ra ln e, jak i o rg a n ic z n e. Obserwuje s i ę, z e po wprowadzen iu KSPC do śro d o w isk a wodnego, w wyniku procesu d y s o c ja c ji po w sta ją k a tio n y p o sia d a ją c e w łaściw o ści powierzchniowo czynne i a n io n y.k a tio n y p o s ia d a ją c e ła d u n e k d odatni wykazują powinowactwo ze w szystkim i cząstkam i p o sia d ający m i ładunek przeciw ny, w tym także ze skupiskam i zooglealnym i m ikroorganizmów. Po wprowadzeniu KSPC do b io r e a k to r a prócz stw ie rd z e n ia z a n ik a n ia KSPC w środow isku ważne j e s t udow odnienie, źe było po łączo n e z aktywną d z i a ł a l n o ś c i ą drobn o u stro jó w. Przed p rz y stą p ie n ie m do badań z a sa d n ic z y c h, b io ch em icznego u t l e n i a n i a kationow ych s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czyn- nych w s tę ż e n iu 20.0 mg KSPC/dm przeprow adzono proces a d a p t a c j i d ro b n o u stro jó w do ro z k ła d u KSPC i wyhodowano popul a c j e d ro b n o u stro jó w odpornych na toksyczne d z i a ł a n i e KSPC oraz uzyskano m ikroorganizm y zdolne do w ykorzystyw ania ka- 119

66 tionow ych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych jako d ru g o rz ę d nego ź r ó d ł a węgla. D łuższe prow adzenie hodowli mikroorganizm ów osadu czynnego p rzy t e j samej dawce KSPC p o z w o liło na z e b ra n ie w ię k sz e j i l o ś c i wyników i o k r e ś l e n i e m ożliw ości b io d e g r a d a c ji KSPC w o b ecn o ści ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u, obserwowanie n i t r y - f i k a c j i azo tu amonowego, zmian w aktyw ności dehydrogenazow ej m ikroorganizm ów czy se d y m en tacji osadu czynnego. I ta k w prow adzenie do b io re a k to ró w kationow o czynnych s u b s t a n c j i powodowało zatrzym yw anie i grom adzenie KSPC na k ła c z k a c h osadu czynnego. D lateg o też w odpływ ie z b io r e a k torów n ie stw ie rd z a n o ( lub ty lk o w n ie w ie lk ic h i lo ś c ia c h ) o b ecn o ści KSPC. Ś re d n ie u s u n ię c ie KSPC w ynosiło od 90 do 100% ( ta b e le, 9, 17, 25 i ). W wyniku grom adzenia się KSPC na k ła c z k a c h osadu czynnego d o ch o d ziło do zmiany w ła śc iw o śc i sedym entacyjnych osadu czynnego ( r y s.5 a i 5b, l l a i l lb, 17a i 17b, 2a i 2b). S tw ierdzano, ż e w ahania indeksu Mohlmanna były m n ie jsz e podczas dozowania KSPC ( r y s.5 a i 5b, l l a i l lb, 17a i 17b, 2a i 2b). Przykładow o podczas z a s i l a n i a r e a k t o r a ła tw o rozkładalnym su b s tra te m wzbogaconym w p r e p a r a t Kamin R MR, indeks Mohlmanna zm ieniał się od 165 do 190 cm /g i ty lk o jed en raz o s ią g n ą ł w arto ść 258 cm /g, n a to m ia st podczas dozow ania ła tw o ro z k ła d a ln e g o s u b s t r a t u (1 e ta p badań) przyjmował w a rto śc i cm/g ( r y s. 5a i 5 b ). K o r z y s tn ie js z e w ła śc iw o śc i sedym entacyjne osadu wpływały na poprawę spraw ności o d d z ie la n ia biomasy i o b n iż a n ie w a rto ś c i CZT odpływu ( r y s.4 b, lob, 16b, 22b). S tw ierdzono, że w y s tą p i ła zmiana s t r u k t u r y osadu z r o z p roszonego w sk u p ie n ia stosunkow o dobrze s e d y m e n tu ją c e. Zapew niało to zatrzym yw anie w sk u p isk a c h również d robnou s tro jó w czynnych w p r o c e s ie n i t r y f i k a c j i i w zrost i n t e n syw ności tego p ro c e su ( r y s.5 c i 5d, l i c i l i d, 17c i 17d, zważywszy nie ty lk o na toksyczne d z i a ł a n i e KSPC, a le także ich w łaściw ości powierzchniowo czynne, k tó re zazwyczaj p rz y c z y n ia ją się do w ynoszenia osadu czynnego z b io r e a k to r a [76] Badane KSPC, c h a ra k te ry z u ją c e się stosunkowo dużym ęiężarem 't cząsteczkowym, wykazywały d z i a ł a n i e podobne do obciążników osadu. W yliczono, że ty lk o w e t a p i e badań wprowadzono do każdego z b io reak to ró w osadu czynnego około 1500 mg KSPC (podczas dozowania ich przez ty g o d n ie, w s tę ż e n iu 20.0 mg KSPC/dm ), z czego zatrzym ano na o sa d z ie czynnym 90 do 100%. Pomimo d o s ta rc z e n ia tak dużej i l o ś c i s u b s ta n c ji to ksycznej d la mikroorganizmów (KSPC są stosow ane jako ś ro d k i d ezy n fek cyjne w s z p i ta la c h ), nadal obserwowano wysoką sprawność b i o chemicznego u t l e n i a n i a ( ry s.4 b, lob, 16b, 22b, ta b e le, 9, 17, 25, ). Podczas 19- do 21-godzinnego n a t l e n i a n i a osadu czynnego wraz z su b stra te m wzbogaconym w KSPC, prow adzenia procesu przy niskim o b c ią ż e n iu substratow ym osadu od 0.14 do 0.20 g CZT/g sm d, usuwano CZT w 7 do 82% (ta b e le, 9, 17, 25, ). Proces zatrzym yw ania i grom adznia KSPC na o sa d zie czynnym był badany między innymi przez P i t t e r a [48], Hellmanna [19] i G rab iń sk ą-s o tę [15]. Z w rócili oni uwagę, że proces ten w iązał się z p o d a tn o śc ią KSPC na biochem iczny ro zk ład. W tych przypadkach, gdy s u b s ta n c je powierzchniowo czynne nie u le g a ły b io d e g r a d a c ji, znajdowano w sk u p isk ach m ik ro o rg a n iz mów w iększe i l o ś c i KSPC niż wówczas, gdy u le g a ły u t l e n i e n i u. Ale nawet gdy uznawano kationow ą s u b s ta n c ję powierzchniowo czynną za u le g a ją c ą b iochem icznej d e s t r u k c j i, stw ie rd zan o, że około 7% wprowadzonej i l o ś c i KSPC pozostaw ało w sk u p ie n ia c h osadu w s ta n ie nierozłożonym [19]. Uważa s i ę, że w omawianych badaniach ty lk o część KSPC p o zo staw ała w o sa d zie czynnym w s ta n ie n ieu tlen io n y m p r z y c z y n ia ją c się do zmian sedym entacyjnych kłaczków. 2c i 2d). O pisane zmiany b y ły różne od spodziew anych,

67 Obserwowany brak d z i a ł a n i a to k sy c zn eg o KSPC na d robnou s t r o j e skupione w o sa d z ie czynnym (wysoki sto p ie ń u s u n ię c ia CZT, intensyw ny p rz e b ie g n i t r y f i k a c j i ) wskazyw ał, że w p ro c e s ie bio ch em iczn ej d e g r a d a c ji KSPC w ob ecn o ści ła tw o u t l e - n ia ln e g o s u b s t r a t u d o c h o d z iło do u t r a t y w ła śc iw o śc i p o w ie rz chniowo czynnych i toksycznych KSPC. Na m ożliw ości b io d e g r a d a c j i p ie rw o tn e j kationow ych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych, przy w sp ó łu d z ia le m iesz an ej p o p u la c ji d r o b n o u s tr o jów osadu czynnego alb o zesp o łu m ikroorganizm ów rzeczn y ch, zw racało uwagę k ilk u autorów, między innymi Zdybiewska i w s p ó ła u to rk i [78], Ja n o sz-r ajcz y k [27], G ra b iń sk a -S o ta [15], a o s t a t n i o Clancy i Tanner [10]. P o tw ierd zen iem m ożliw ości b io d e g ra d a c y jn y c h KSPC b y ła między innymi tak że obserwowana wysoka aktywność deh y d ro g e naz A ( ry s. 6b, 12b, 18b, i 24b). Jednakże rozpatryw ane z zmiany p r z y ro s tu aktyw ności dehydrogenaz A lub A w V z p o w iązan iu z sz y b k o śc ią d o s t a r c z a n ia s u b s t r a t u O lub O,a v z ta k ż e w z a le ż n o ś c i od szybkości usuw ania s u b s t r a t u V wykaz z a ły, ż e przy o p i s i e tych procesów za pomocą form uły matematy c z n e j n ie można było stosow ać liniow ego rów nania (1 s t o p n i a ). B adania w ykazały, że we w s z y stk ic h przypadkach, przy założonym poziom ie u fn o śc i p 95%, uzyskiw ano n is k i s to p ie ń k o r e l a c j i r pomiędzy ak ty w n o ścią dehydrogenaz A a v sz y b k o śc ią d o s ta r c z a n ia O lub O czy też ak tyw nością A a V z z sz y b k o śc ią usuw ania s u b s t r a t u V lub V. Wynosił on od v z do ( ta b e le 11, 12, 19, 20, 27, 28, 5, 6). W ielu badaczy obserwowało i o p isyw ało równaniami m atem atycznymi (1 do 4) z a le ż n o ś c i pomiędzy ak ty w n o ścią dehydrogenaz a s z y b k o ś c ią d o s ta r c z a n ia lub usuw ania s u b s t r a t u. Między in n y mi podczas b io d e g r a d a c ji ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u, jak ś c i e k i bytow o-gospodarcze alb o podczas biochem icznego u le - n i a n i a śc ie k ó w przemysłowych o b ciążo n y ch bezwodnikiem kwasu m aleinow ego, ftalow ego lub fenolem [4, 54]. W p r z e d s ta w io 122 nych bad an iach z a le ż n o ś c i te były zaciem niane p rzez pro ces b io d e g ra d a c ji kationow ych s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych, zachodzący w sk u p ie n ia c h b a k te ry jn y c h. Uważa s i ę, że ty lk o część zatrzym anych KSPC-ulegał a u t l e n i a n i u, powodując p rz y ro s t aktyw ności dehydrogenaz A ( ry s.6 b, 12b, 18b, 24b). P o z o s ta ła część, k tó ra znajdow ała się w kłaczk ac h osadu, n ie u le g a ła b io d e g r a d a c ji (o obecności KSPC w k ła c z k a c h osadu czynnego św ia d c z y ła zmiana w łaściw o ści sed y m en tacy jn y ch ), z n ik a ła ze śro d o w isk a (odpływu) n ie powodując p r o p o r c j o n a l nego do u su n ię te g o CZT p r z y ro s tu aktyw ności dehydrogenaz. D latego n ie można było powiązać szybkości d o s ta r c z a n ia lub usuw ania s u b s t r a t u ze zmianami aktyw ności A, lub A. v z N astęp n ie w c e lu p rzeprow adzenia oceny wpływu KSPC na b io d e g ra d a c ję ła tw o u tle n ia ln e g o s u b s t r a t u w yliczono k o rz y s t a j ą c z I rów nania E c k e n fe id e ra s t a ł e szybkości k. E c k e n fe l- der z a le c a w i n t e r p r e t a c j i k in e ty k i procesu osadu czynnego (d la początkowych stę ż e ń dopływu n ie p r z e k ra c z a ją c y c h BZT 500 mg O /dm ) rów nanie: 5 2 C - C /sm t = k C O S 6 Dla etap u badań w a rto ś c i k p rz e d s ta w ia ły się n a s tę p u ją c o : [m /g d] d la b i o r e a k to r a z a s ila n e g o śc iek am i bytow o-gospodarczym i i bromkiem cetylotrójm etyloam oniow ym, _ [m /g d] d la b i o r e a k to r a z a s ila n e g o śc iek am i by- - tow o-gospodarczym i i prep aratem Kamin R MR, [m /g d] d la b io r e a k to ra z a s ila n e g o śc iek am i bytow o-gospodarczym i i - p rep aratem Kaminox R 15 MR, [m /g d] d la b i o r e a k to ra z a s ila n e g o śc iek am i bytow o-gospodarczym i i prep aratem - Kaminox R 5 RB i [m /g d] d la b io r e a k to r a z a s i lanego śc iek am i bytow o-gospodarczym i i p re p a ra te m Kami- nox R 11 RB. S tw ierdzono, że były to we w sz y stk ic h przypadkach w a rto śc i n iż sz e od wyznaczonych w przypadku z a s i l a n i a b io re a k - torów ty lk o śc iek am i bytow o-gospodarczym i. W spółczynnik k wyn o sił odpow iednio lo * '9, _* _* 12 Z

68 [m /g d ]. Oznacza t o,ż e KSPC wprowadzone do śc iek ó w b y tow o-gospodarczych sp o w a ln ia ły p ro ces b io d e g ra d a c ji ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u. Uważa s ię, że podczas b io d e g r a d a c ji, prow adzonej przy stosunkowo długim c z a s ie n a p o w ie trz a n ia obecność azotanów w odpływ ie ze w sz y stk ic h p ię c iu hodowli było zw iązana z n i t r y - f i k a c j ą azo tu amonowego zarówno n ie pochodzącego, jak i pochodzącego z ro zk ład u KSPC. Źródłem azo tu amonowego 5.2. UTLENIANIE CZWARTORZĘDOWEGO AZOTU PRZEZ DROBNOUSTROJE OSADU CZYNNEGO n ie zw iązanego z ro zk ład u KSPC były p o łą c z e n ia azo tu o r g a n i cznego uw alniane podczas liz y komórek mikroorganizm ów osadu czynnego. P roces ro zk ład u komórek zachodził w t r a k c i e t l e n o Sprawność p ro c e su b io d e g r a d a c ji ( ta b e le, 9, 17, 25, ) i u trz y m u ją c a się aktywność dehydrogenaz ( ry s.6 b, 12b, 18b, i 2 4 b ) podczas w spólnej b io d e g r a d a c ji KSPC i ła tw o u t l e n i a l nego s u b s t r a t u w sk azu ją, że z a n ik a n ie tych s u b s ta n c ji w śro d o w isk u było zw iązane z rozkładem k a tio n u i u t r a t ą przez c z ą s te c z k ę w ła śc iw o śc i pow ierzchniow o czynnych. N asunęło to p y ta n ie, czy azot czw artorzędow y z n a jd u ją c y się w c z ą s te c z c e KSPC może być u tle n i a n y p rzez m iesz an ą p o p u la c ję d r o b n o u strojów osadu czynnego. W c e lu w y ja ś n ie n ia tego z a g a d n ie n ia s ta ra n o się p o d tr z y mywać hodowle m ikroorganizm ów osadu czynnego z a s i l a j ą c je p re p a ra ta m i ta k, aby s ta n o w iły główne ź r ó d ło w ęgla i azotu (4 e ta p badań) i utrzymywać przy tym stosunkowo d łu g i wiek osadu czynnego [2]. P r e p a r a ty dozowano w takim s tę ż e n iu, aby uzyskać s tę ż e n ie 20.0 mg KSPC/dm. O b c ią ż e n ie s u b s t r a t o wego osadu czynnego inkubowanego p rzy ta k ic h p aram etrach dopływu w ynosiło 0.04 do 0.15 g CZT/g sm d ( ta b e le 2, 8, 16, 24 i 2). Wiek osadu czynnego utrzymywano na poziom ie wyższym od 6 dni ( ta b e le 2, 8, 16, 24 i 2). Prow adzenie hodowli przy n isk im o b c ią ż e n iu substratow ym osadu i 1- do 21-godzinnym n a t l e n i a n i u powodowało od 60 do 82" u s u n ię c ie CZT i od 78 do 94% red u k cję KSPC ( t a b e l e, 9,17, 25 i ). S tw ie rd z a n o, że nadal z a c h o d z iła n i t r y f i k a c j ę azo tu amonowego. S tę ż e n ie azo tu azotanow ego w po sz czeg ó ln y ch odpływach w ahało się od w a rto śc i śladow ych do 1.2 mg N NO~/dm ( ta b e - le 4, 10, 18, 26 i 4). wej s t a b i l i z a c j i osadu, k tó ra m iała m iejsce podczas prowad z e n ia hodow li. D latego też ro z w ią z a n ie z a g a d n ie n ia u t l e n i a n ia azo tu próbowano znaleźć r o z p a tr u ją c zmiany s tr u k tu r y c z ą s te c z e k KSPC przed i po p ro c e sie b io d e g r a d a c ji o p i e r a j ą c się na a n a l i z i e s p e k tr a ln e j łh NMR. A n a liz a s p e k tra ln a NMR wykonywana d la c z te r e c h o d p ły wów w skazuje, że w tr z e c h z nich (Kaminox R 15 RM, Kaminox R 5 RB, Kaminox R 11 RB r y s. 15, 21 i 27) nie znajdowano p ro tonów zw iązanych z azotem amoniowym i w c z te r e c h (Kamin R RM, Kaminox R 15 RM, Kaminox R 5 RB, Kaminox R 11 RB r y s. 9, 15, 21 i 27) nie znajdowano protonów w y stę p u jący ch w m etylo am in ie. Były n a to m ia st obecne sygnały protonów zw iązanych z rodnikam i metylowymi i metylenowymi należącym i do ł a ń c u chów węglowodorowych lub sygnały protonów grupy -CH-0- ł a ń cuchów w ielo etero w y ch ( r y s. 9, 15, 21 i 27). Dane te wskazują na ca łk o w ite u t l e n i a n i e (w przypadku p rep arató w Kaminox R 15 RM, Kaminox R 5 RB, Kaminox R U RB r y s. 15, 21 i 27) a z o tu wbudowanego w c z ą ste c z k ę KSPC. N atom iast w przypadku p r e p a r a tu Kamin R MR na występowanie p o śre d n ic h produktów u t l e n i e n i a, w k tó ry c h nadal występował azot czw artorzędow y. Na m ożliw ości u t l e n i a n i a azotu czw artorzędow ego p rzez m ikroorganizm y wskazyw ali zarówno S u lliv a n [58], jak i Hellmann [1 9 ]. O i le S u lliv a n ty lk o wnioskował o m ożliw ości u t l e n i a n ia azo tu amoniowego przez d ro b n o u s tro je na p odstaw ie dowodów p o śre d n ic h (zajmował się głównie losem w ęgla wbudowanego

69 w c z ą s te c z k ę KSPC), to Hellmann p rz e d sta w ił dowód b e z p o ś re d n i. A utor ten obserw ow ał, po z a s z c z e p ie n iu próby z a w i e r a j ą c e j KSPC m ieszaną p o p u la c ją d ro b n o u stro jó w pobraną z wód Renu, stopniow y ro z k ła d c z ą s te c z k i ch lo rk u dw ustearylodw um etyloamoniowego i p o ja w ia n ie się azotanów. Hellmann p rz y p u s z c z a ł, ż e wykrywane az o ta n y mogły pochodzić z ro z k ła d u amin a li f a t y c z n y c h, p rz y p u sz c z a ln y c h p o śre d n ic h produktów u t l e n ia n ia KSPC. Również Fenger i w s p ó ła u to rz y b a d a ją c ro z k ła d c h lo rk u tetrad ecy lo d w u m ety lo b en zy lo w eg o przy w s p ó łu d z ia le m iesz an ej p o p u la c ji m ikroorganizm ów osadu czynnego w y k a z a li, że jako p o śre d n i produkt u t l e n i e n i a mogła powstawać t e t r a - decylow dum etyloam ina [1 ]. O znaczało to, że s u g e s t i e P i t t e r a [4 8 ], I l i ć a [2] i innych [59] o trw a ło ś c i KSPC z a w i e r a j ą cych w c z ą s te c z c e azo t n ie zawsze muszą się spraw dzać. Uważa s i ę, że u t l e n i a n i e azo tu warunkowała budowa c z ą s te c z k i KSPC i jego p o z y c ja w d r o b in ie. 5.. WPŁYW STRUKTURY WYBRANYCH KATIONOWYCH SUBSTANCJI POWIERZ CHNIOWO CZYNNYCH NA BIODEGRADACJĘ Na p o d sta w ie n i e lic z n y c h p rac d o ty czący c h wpływu s t r u k t u r y chem icznej na b io d e g ra d a c ję KSPC można s ą d z ić, że p ro ces biochem icznego ro z k ła d u zw iązany j e s t między innymi z w i e l k o ś c ią masy c z ą ste c z k o w e j, ch a ra k te re m w ią z a n ia pomiędzy h y d ro filo w ą a hydrofobową c z ę ś c ią m olekuły, d łu g o ś c ią i p a r z y s t ą lic z b ą w ęgli ła ń c u c h a hydrofobowego, ro z g a łę z io n ą s t r u k t u r ą c z ę ś c i hydrofobow ej m olekuły (w iąże się to z s u rowcami używanymi podczas sy n te z y ) oraz z ło ż o n o ś c ią budowy c z ę ś c i h y d ro filo w e j [10, 19, 57, 59, 64]. Przeprow adzona w w arunkach la b o r a to ry jn y c h s y n te z a c z t e re c h badanych KSPC b y ła o p a r ta na r e a k c ji amin lub o k sy e ty - lowanych amin z ch lo rk iem m etylu lub oksyetylow anych amin z ch lo rk ie m b en zy lu. S ynteza amin b y ła prowadzona z u d ziałem p o ra fin a c y jn y c h kwasów tłuszczow ych pochodzenia r o ślin n e g o. W badanych KSPC występow ały ła ń c u c h y alk ilo w e z a w ie ra ją c e p a r z y s tą liczb ę w ęg li, głównie Były obecne również ła ń c u c h y p o s ia d a ją c e 8, 10, 12, 14 i 16 w ęgli (15%). Łańcuch hydrofobowy poprzez grupę m etylenową był p o łączo n y z azotem czwartorzędowym. P oszczególne KSPC r ó ż n iły się między sobą podstawnikami przy a zo cie [7]. W pierwszym przypadku KSPC ( p re p a ra t Kamin R RM) p o sia d a ł a tr z y ro d n ik i metylowe przy a z o c ie ( r y s. 7). W drugim ( p re p a ra t Kaminox R 15 RM) jeden ro d n ik metylowy i 15 sp o lim ery - zowanych grup tle n k u e ty le n u, k tó re podstaw iono do azotu w dwóch m iejsca ch ( r y s. 1). N astępna KSPC (p re p a ra t Kaminox R 5 RB) p o sia d a ła grupę benzylową i 5 s p o 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u p rzy łączo n y ch też w dwóch m iejsca ch do azotu ( r y s. 19). K olejna KSPC (p re p a ra t Kaminox R 11 RB) p o s ia d a ła grupę benzylową i 11 s p o 1imeryzowanych grup tlen k u e ty le n u p rzy łączo n y ch w dwóch m iejsca ch do azo tu ( r y s. 25). Prowadzono również b ad an ia d la indywiduum chemicznego bromku cety lo tró jm e ty lo am o n io w eg o p o sia d a ją c e g o 16 w ęgli w łańcuchu hydrofobowym ( r y s. l ). P re p a ra t ten ró żn ił się od KSPC z n a j d u ją c e j się w p re p a ra c ie Kamin R MR i l o ś c i ą węgli w łań cu ch u węglowodorowym. Dwie KSPC (p re p a ra ty Kamin R MR i Kaminox R 15 RM) ró ż n iły się między sobą o b ecn o ścią dodatkowej grupy h y d ro filo w e j, k tó rą stanow ił ła ń c u c h w ielo etero w y zbudowany z 15 sp o iim e ryzowanych grup tle n k u e ty le n u. Dwie p o z o s ta łe KSPC (p re p a r a ty Kaminox R 5 RB i Kaminox R U RB) p o s ia d a ją c e w m iejscu grupy m etylowej grupę benzylową r ó ż n i ł y się i l o ś c i ą wprowadzonych s p o 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u. Biochemiczny ro z k ła d łańcuchów alk ilo w y ch o ceniano o p i e r a j ą c się na spektroskopowych pomiarach widm IR, w k tó ry c h o k re śla n o zmiany ilo ścio w e grup metylowych i m etylenowych

70 Wykazano, że w dwóch przypadkach ( p re p a ra ty Kaminox R 5 RB, Kaminox R 11 RB) znajdowano w zatężonym odpływ ie n ie z d e - gradowane ła ń c u c h y a lk ilo w e ( t a b e l e 0, 29, 7 i 8). Ś w ia d c z y ła o tym praw ie s t a ł a w a rto ść ilo ra z u A A /A A 1 2 p rzed i po p ro c e sie b i o d e g r a d a c j i. S tw ierdzono, że n i e u t l e - nio n e ła ń c u c h y alk ilo w e w ystępow ały wówczas, gdy azot w KSPC był podstaw iony grupą benzylową i 5 lub 11 s p o 1imeryzowany- mi grupami tle n k u e ty le n u. W d a ls z y c h bad an iach stw ie rd z o n o, że w tr z e c h przypadkach ( p re p a r a ty Kamin R RM, Kaminox R 15 RM i bromek c e t y l o t r ó j - mety 1oamoniwy) w zatężonym odpływ ie znajdowano zdegradowane ła ń c u c h y a lk ilo w e. Ś w iad czy ła o tym wyższa po p ro c e s ie b io d e g r a d a c j i w artość i lo r a z u A A /A A ( ta b e le 5, 6, 1, 14, i 22). S tw ierdzono, że u t l e n i a n i e łańcuchów a lk ilo w y c h zac h o d z iło d la tych KSPC, w k tó ry c h azot był podstaw iony grupami metylowymi lub 15 grupami tle n k u e ty le n u. Zaobserwowano, że ro z k ła d łańcuchów węglowodorowych zachod z ił w KSPC n ie z a w ie ra ją c y c h p o dstaw nika benzylowego. Sw isher [59] pow ołując się na prace K rzem ińskigo i Gawła o c e n ił czw artorzędow ą sól amoniową, p o s ia d a ją c ą od 14 do 16 w ęg li w ła ń c u c h u węglowodorowym, azot podstaw iony dwoma g r u pami metylowymi i grupę benzylową jako u le g a j ą c ą b io d e g ra d a c j i. S ą d z i ł, że biochem iczne u t l e n i a n i e było zw iązane z u t r a tą w łaściw o ści po w ierzch n io czynnych p rzez KSPC i u t l e n i e niem grupy benzylow ej.w p racach tych n ie rozpatryw ano jednak, w jakim sto p n iu z a c h o d z iło biochem iczne u t l e n i a n i e ła ń c u c h a węglowodorowego. Z przeprow adzonych badań wynika, że w p rz y padku wprowadzenia do c z ą s te c z k i KSPC zarówno grupy b e n z y lo w ej, jak i s p o 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u (5 lub 11) n ie zachodził p ro ces b io d e g r a d a c ji łańcuchów węglowodorowych. Możliwość u t l e n i a n i a ła ń c u c h a w ielo etero w eg o i p o d sta w n i ka benzylowego o ceniano o p i e r a j ą c się na spektroskopow ych pom iarach widma i H NMR zarówno podczas b io d e g r a d a c ji 128 KSPC w o b ecności ła tw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u, jak i wtedy gdy p r e p a r a ty s ta n o w iły główne ź ró d ło w ęgla i azo tu. Stw ierdzono, że w tr z e c h przypadkach (podczas b io d e g r a d a c ji p rep arató w Kaminox R 15 RM, Kaminox R 5 RB i Kaminox R 11 RB) w zatężonym odpływ ie były obecne zdegradowane ł a ń c u chy p o lie te ro w e. Ś w iad czy ła o tym zmiana i l o ś c i protonów w badanych p ro d u k tach ( r y s. 14, 15, 20, 21, 26 i 27). Z ao b serwowano, że b io d e g ra d a c ja z a c h o d z iła w przypadku tych KSPC, w k tó ry c h występował azot podstaw iony 15 s p o 1imeryzowanymi grupami tle n k u e ty le n u lub grupą benzylową i 5 lub 11 s p o l i - meryzowanymi grupami tle n k u e ty le n u. Badania w ykazały, ze wprowadzenie 15 s p o 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u (Kaminox R 15 RM) w m ie jsc e dwóch grup metylowych (Kamin R MR) n ie zm ien iło p o d atn o ści na b io c h e miczny ro z k ła d t e j KSPC. S tw ierdzano, że d o ch o d ziło do d e g r a d a c ji ła ń c u c h a węglowodorowego, jak i d e g ra d a c ji ła ń c u c h a w ielo e tero w eg o. Stw ierdzono ta k ż e, że wprowadzone do c z ą s te c z k i KSPC pos i a d a j ą c e j grupę benzylową ła ń c u c h y w ielo etero w e (p re p a ra t Kaminox R 5 RB i Kaminox R 11 RB) u le g a ły b io d e g r a d a c ji. Zaobserwowano rów nież, że w tych KSPC, w k tórych występował podstaw nik benzylowy (Kaminox R 5 RB i Kaminox R 11 RB), zawsze z a c h o d z iło u t l e n i a n i e grupy benzylow ej. Sądzono tak, gdyż w zatężonych odpływach n ie znajdowano sygnałów protonów zw iązanych z tą grupą ( r y s. 20, 21, 26 i 27) S tw ierdzony w pracy ro z k ła d grupy benzylowej był opisywany w c z e śn ie j przez różnych autorów [59]. D otychczas przyjmowano, że ze w zrostem i l o ś c i sp o lim e ry - zowanych grup tle n k u e ty le n u w ła ń c u c h u w ieloeterow ym powyżej 20 obniża się podatność SPC na b io d e g ra d a c ję [59, 64]. W pracy zaobserwowano, że p o g o rszen ie m ożliw ości d e g ra d a c y j- nych KSPC w y s tą p iło (łańcuchy węglowodorowe n ie u le g a ły deg r a d a c j i ), gdy w ła ń c u c h u wieloeterow ym w ystępowało 5 lub

71 s p o 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u i rów nocześnie obecna b y ła grupa benzylowa. O znaczało to, że zw iązek pomiędzy budową c z ą s te c z k i KSPC a p o d a tn o ś c ią na b io d e g ra d a c ję n ie p rz e d s ta w ia ł się ty lk o jako p r o s t a zależn o ść pomiędzy i l o ś c i ą grup h y d ro filo w y c h lub o b e c n o ś c ią podstaw nika b en zenowego. Był on b a r d z ie j skom plikowany i w iązał się też z re a k ty w n o śc ią podstaw ników przy a z o c ie. wym) a lk o h o li oraz aminy arom atycznej (e ta p l a ), k tó ra u l e g a ł a dalszemu rozkładow i. [CH CH O] H [CH CHO] H 2 2 X 2 2 X I I CH [CH ] -CH- CH- N- CH -C H =* CH [CH ] -CH- CH-OH + N- CH -C H 2 n <5 5 2 n <5 5 [CH CH O] H [CH CH O] H 2 2 y 2 2 y n=5-lp, x + y = 5 lub MECHANIZM BIODEGRADACJI WYBRANYCH KATIONOWYCH SUBSTAN (etap la) CJI POWIERZCHNIOWO CZYNNYCH PRZEZ DROBNOUSTROJE OSADU CZYNNEGO W wyniku rozkładu do ch o d ziło do o d łą c z e n ia podstaw nika benzenowego i łańcuchów w ieloeterow ych (e ta p 2a). s t r u k t u r ą c z ą s te c z k i i p o p u la c ją mikroorganizm ów, k tó r a wyk s z t a ł c i ł a się w p o sz czeg ó ln y ch re a k to ra c h. Dla tych KSPC, k tó re p o s ia d a ły w swej s t r u k t u r z e próczła ń c u c h a hydrofobowego p odstaw nik benzylowy i s p o 1imeryzowane grupy tle n k u e ty le n u, p rz y łą c z o n e w dwóch m ie jsc a c h do a z o tu (p re p a ra t Kaminox R 5 RB i Kaminox R 11 RB), b io d e g r a d a c ja ro zp o czy n ała się od ro z k ła d u k a tio n u. P roces ten powodował przede w szystkim u t r a t ę w ła śc io w śc i pow ierzchniow o czynnych i toksycznych KSPC. Sądzono tak na podstaw ie zaniku KSPC w odpływ ie ( ta b e le 25 i ), po p rz e b ie g u procesu b i o d e g r a d a c ji CZT ( r y s. 16 i 22) o raz b io d e g ra d a c ji azo tu czw artorzędow ego (ry s. 19, 20, 25 i 26) i u trz y m u ją c e j się aktyw n o śc i dehydrogenaz ( r y s. 18 i 24). P roces ro zk ład u k a tio n u w iązał się w p ie rw sz e j k o le jn o ś c i z wytworzeniem odpow iedn ic h (w z a le ż n o ś c i od lic z b y w ęg li w ła ń c u c h u węglowodoro- W ykorzystywanie a n a liz y s p e k t r a l n e j IR i *H NMR podczas p ra c nad b io d e g ra d a c ją pozw alało na ś le d z e n i e losów podstaw - n ik ó w,ta k ic h jak grupy m etylowe, m etylenowe, benzylowe, spo- 1imeryzowane grupy tle n k u e ty le n u oraz czw artorzędow ego a z o tu i ła ń c u c h a węglowodorowego w y stę p u ją c y c h w c z ą s te c z c e KSPC. Stw ierdzono, ż e mechanizm b io d e g r a d a c ji był zw iązany ze [CH CH O] H 2 2 X I N- CH -C H => OH CH... CH OH + NH. 2 < f i l I OH CH [CH CH O] H 2 2 y (e ta p 2a) / OH W d a ls z e j k o le jn o ś c i zach o d z iło u t l e n i a n i e łańcuchów w ie lo eterow ych też do odpow iednich a lk o h o li i d a le j do kwasów. P o w stają cy kwas karboksylow y był z k o le i u tle n ia n y do dwutle n k u węgla. O d łącza n ie kwasu karboksylow ego powodowało stopniow e sk ra c a n ie ła ń c u c h a w ielo etero w eg o (e ta p a ). Na ta k i p rz e b ie g b io d e g ra d a c ji w skazuje z m ie n ia ją c a się w t r a k c ie tego procesu lic z b a protonów w ła ń c u c h u wieloeterow ym ( r y s. 20, 21, 22, 25, 26 i 27). OH CH... CH OH =» OOHCCH... CH COOH => CH COOH => CO + H O (e ta p a) Amina arom atyczna po o d łą c z e n iu podstaw nika benzylowego i ła ń c u c h a w ieloeterow ego u le g a ła d e g ra d a c ji do jonu amonowego i d a le j do azotanów. Uważa się ta k, gdyż w żadnym z odpływów 10 11

72 n ie stw ie rd z a n o o becności aminy arom atycznej ( r y s, 21, 22, 26 i 27), n a to m ia st były obecne az o ta n y (ta b e le 26 i 4). Uważa s i ę, że n a s tę p n ie z a c h o d z iło u t l e n i a n i e p i e r ś c i e n i a benzenowego do dw utlenku węgla i wody (e ta p 4). Po p ro c e s ie d e g r a d a c ji w odpływ ie n ie znajdowano podstaw nika benzenowego ( r y s. 20, 21, 26 i 27). CH (e ta p 4a) OH ^ CO + H O N 2 2 OH W przypadku w ystępow ania w c z ą s te c z c e 5 lub 11 grup tle n k u e ty le n u i p o dstaw nika benzylowego n ie d o c h o d z iło do d a ls z e j b io d e g r a d a c ji pow stałego z ła ń c u c h a węglowodorowego alk o h o lu ( t a b e l e 0 i S). Podobnie p rz e d s ta w ia ł się mechanizm d e g r a d a c ji KSPC, w k t ó r e j p rzy czwartorzędowym a z o c ie znajdow ały się jeden r o d n ik metylowy i ła ń c u c h y epoksydowe ( p o s ia d a ją c e w sumie 15 s p o 1imeryzowanych d ro b in tle n k u e ty le n u ), podstaw ione w dwóch m ie js c a c h do azo tu (Kaminox R 15 RM). P roces b io d e g r a d a c ji KSPC rozpoczynał się rozkładem k a tio n u i u t r a t ą w ła śc iw o śc i pow ierzchniow o czynnych jak i to k sy c zn y ch (e ta p lb ). [CH CH O] H 2 2 x [CH CH O] H 2 2 x ' + 1 CH [CH ] -CH- CH-) N- CH => CH [CH ] -CH-CH-OH + N- CH 2 n n 2 2 j [CH CH O] H [CH CH O] H 2 2 y 2 2 y n = 5-iS>, x+y=l5 (e ta p lb) P ro c es te n też w iązał się z pow staniem odpow iednich a lk o h o li i aminy, p ó ź n ie j następow ał ro z k ła d aminy, zw iązany z pow staniem odpow iednich (w z a le ż n o ś c i od lic z b y w ęgli w 12 łań cu ch u wie 1oeterowym) a lk o h o li i u tle n ie n ie m azo tu o r g a n i cznego do azotu amonowego (etap 2b) i d a le j do azotanów. Na ta k i mechanizm ro zk ład u w skazują zarówno wysokie u su n ię c ie KSPC podczas b io d e g ra d a c ji ( ta b e la 17), jak i brak w zatężonych odpływach azo tu amoniowego lub m etyloam iny. (S tw ierdzano brak sygnałów pochodzących od protonów związanych z azotem amoniowym i m etyloam iną, podczas gdy znajdowano sygnały pochodzące od protonów zw iązanych z grupą m etylową, metylenową albo z tlenem r y s. 15). [CH CH O] H ~ 2 2 X I N-> CH =* OH CH... CH OH + NH + CO [CH CH 0] H 2 2 y (etap 2b) Równocześnie z a c h o d z iło u t l e n i a n i e (sk ra c a n ie ) łańcuchów wie 1 o etero w y ch, gdyż zm ie n ia ła się ilo ść protonów w łań cu ch u przed i po b io d e g ra d a c ji ( r y s. 1, 14 i 15). P rz e b ie g tego procesu był zgodny z etapem a. Stw ierdzono te ż, że dochod z iło do u t l e n i a n i a a lk o h o li, pow stałych z odłączonych łańcuchów węglowodorowych. Wskazuje na to m a le ją c a w t r a k c ie procesu ilo ść grup metylenowych (obserwowano w zrost i l o razu A A /A A - t a b e la 22). Był to e ta p 4b, p rz e b ie g b io d e- 1 2 g r a d a c ji był zgodny z mechanizmem f-oksydacji pokazanym na s t r o n i e 6. N atom iast w przypadku obecności w c z ą s te c z c e ła ń c u c h a węglowodorowego p rz y łą c z o n e g o do azo tu c z w a rto rz ę dowego, do k tó reg o były podstaw ione tr z y grupy metylowe (Ka- min R RM i bromek c e ty lo tró jm e ty 1oamoni owy), b io d e g ra d a c ja rozp o czy n ała się od u t l e n i e n i a ła ń c u c h a węglowodorowego według mechanizmu w -o k sy d acji podanej na s t r o n i e 4 a n a s tę p n ie według /?-oksydacji p rz e d sta w io n e j na s t r o n i e 6. Wskazuje na to z m n ie jsz a ją c a się ilo ść grup metylenowych w ła ń c u c h u (ta b e le 6 i 14) oraz obecność azo tu amoniowego 1

73 ( r y s. 8 i 9) bądź m etyloam iny ( r y s. 2 i ). P rzypuszcza s ię, Że ta k i mechanizm b io d e g r a d a c ji był zw iązany z o b ecn o ścią w c z ą s te c z c e azo tu podstaw ionego trzem a grupami metylowymi. Ugrupowanie to uważane j e s t za w zg lęd n ie s t a b i l n e [49, 50]. Można zaznaczyć, ż e o i l e w p r o c e s ie b io d e g r a d a c ji bromku 6. WNIOSKI cety lo tró jm e ty lo a m o n io w e g o stw ie rd z a n o p o ja w ia n ie się m etyloam iny, to podczas biochem icznego u t l e n i a n i a p r e p a r a tu Ka- 1. Przebadane kationowe su b s ta n c je pow ierzchniow o czynne po min R RM w odpływ ie obecny był azo t amoniowy ( r y s. 2 i 8). Pow staw anie tetrad ecy lo d w u m ety lo am in y jako p o śred n ieg o p ro wprowadzeniu do b io r e a k to r a były zatrzymywane na o sa d z ie czynnym, k tó ry zm ieniał swoje w łaściw o ści se d y m e n ta c y je. du k tu u t l e n i a n i a było obserwowane p rzez Fengera i w spółautorów [1] podczas b io d e g r a d a c ji ch lo rk u t e t r a d e c y l o - dw um etylobenzyloam oniow ego. C z ą s te c z k i KSPC (bromku c e ty lo - t ró j me t y 1 o amon i owego i Kamin R RM) r ó ż n i ł y się między sobą n ie ty lk o d łu g o ś c ią ła ń c u c h a węglowodorowego, a le także pochodzeniem surowca w z ię te g o do sy n te z y KSPC. Łańcuch węglowodorowy w p r e p a r a c ie Kamin R MR pochodził z p o r a f i n a c y jn y ch n a tu r a ln y c h kwasów rzepakow ych, n a to m ia st w bromku 2. Przy s tę ż e n ia c h do 20.0 mg/dm zatrzym ane w k ła c z k a c h osadu czynnego KSPC były u tle n ia n e przez m ikroorganizm y i d la te g o n ie obserwowano w y p ie n ia n ia KSPC i w ynoszenia z b io - reak to ró w zaw iesin y osadu czynnego.. Obecność KSPC w b io r e a k to rz e powodowała o b n iż e n ie szybkości b io d e g ra d a c ji łatw o u t l e n i a l n e g o s u b s t r a t u oraz zmiany w aktyw ności dehydrogenaz. KSPC były bardzo wolno u tle n ia n e przez m ikroorganizm y osadu czynnego i d la te g o ce ty 1 ot ró jme tyloamon i owym był s z tu c z n ie syntetyzow any. zmian w aktyw ności dehydrogenaz nie można było łą c z y ć z Hellmann [19] b a d a ją c b io d e g ra d a c ję ch lo rk u dw ustearynodwumetloamoni owego przy u d ziale' m iesz an ej p o p u la c ji d robnou s tr o jó w rzeczn y ch s t w i e r d z i ł, ż e w p ró b ie p o ja w ia ły się a z o ta n y, mimo że były obecne ła ń c u c h y a l i f a t y c z n e. N asunęło to p rz y p u s z c z e n ie, ż e p ro ces b io d e g r a d a c ji a l k i l u może być poprzedzany rozkładem k a tio n u i u t le n ia n ie m azo tu amoniowego do azotanów. Uważa s i ę, ż e p rz e d sta w io n e wyniki badań pozwal a j ą s ą d z ić, że b io d e g ra d a c ja tr z e c h testow anych KSPC, w k tó ry c h azot był podstaw iony dwoma łańcucham i w ieloeterow ym i i grupą benzylową bądź grupą m etylow ą, prowadzona za pomocą d ro b n o u stro jó w osadu czynnego, rów nież ro z p o c z y n a ła się od ro z k ła d u k a tio n u. Inny mechanizm d e g ra d a c y jn y ro z p o c z y n a ją c y sz y b k o śc ią usuw ania lub d o s ta rc z a n ia s u b s tr a tu. 4. Badane KSPC n a le ż y z a lic z y ć do s u b s ta n c ji trudno ro z k ła - daln y ch, gdyż przy obecności w ś c ie k a c h surowych w s tę ż e n iu 20.0 mg/dm o b n iż a ły szybkość procesu b io d e g r a d a c ji. 5. S tw ierdzono, że mechanizm b io d e g ra d a c ji był powiązany z budową c z ą s te c z k i KSPC i p o p u la c ją mikroorganizmów, k tó ra w y k s z t a ł c i ł a się w poszczególnych b io re a k to ra c h. 6. Dla tych KSPC, w k tó ry ch w ystępowały grupa benzenowa i 5 lub 11 s p o 1imeryzowanych grup tle n k u e ty le n u, azot amoniowy o raz ła ń c u c h węglowodorowy z 18 do 22 węglam i, pro ces b io - o k sy d a c ji rozpoczynał się rozkładem k a tio n u, po czym zachod z i ł o u t l e n i a n i e azotu amoniowego, grupy benzylow ej i się od u t l e n i a n i a a l k i l u obserwowano wówczas, gdy w c z ą s t e ła ń c u c h a w ie lo e te ro w e g o. Nie doch o d ziło jednakże do oksyda- czce występował azot podstaw iony łańcuchem węglowodorowym i trzem a grupami metylowymi

74 ła ń c u c h a w ie lo e te r o w e g o. Nie d o c h o d z iło jednakże do o k sy d a c j i ła ń c u c h a węglowodorowego. 7. B io d e g ra d a c ja KSPC, w k tó r e j w ystępow ały przy a zo cie amo niowym ła ń c u c h węglowodorowy z 18 do 22 węglam i, grupa m etylowa i dwa ła ń c u c h y w ie lo e te ro w e b io o k sy d a c ja ro zp o czy n ała LITERATURA się też rozkładem k a tio n u,p o czym z a c h o d z iło u t l e n i a n i e a z o tu amoniowego, ła ń c u c h a w ie lo e te ro w e g o i ła ń c u c h a węglowodorowego. 6. P roces b io d e g r a d a c ji KSPC, w k t ó r e j przy a zo cie amoniowym w ystępow ały trz y grupy metylowe i ła ń c u c h węglowodorowy z 16 lub 18 do 22 w ęglam i, rozpoczynał się od u t l e n i a n i a ła ń c u c h a węglowodorowego. P roces b io d e g r a d a c ji łą c z y ł się z powstawaniem m etyloam iny lub a lk lo a m in y w z a le ż n o ś c i od i l o ś c i w ęgli [1] A n a sta siu S., J e le s c u E.: Ś ro d k i powierzchniowo czynne. WNTrWarszawa 197. [2] Anonim.-Symposium " C a tio n ic S u r f a c ta n ts and Environm ent" Summary. T enside - D e te rg e n ts 19_, 18, [] A dair F.W.,G e ftic S.G.,G e ls e r J.: R e sista n c e of P s e u d o m o n a s to quaternaryammonium compounds. 1. Cross in b enzalkonium c h lo rid e s o lu tio n. Appl. M ic r o b io l.18., 299, re f. w ła ń c u c h u węglowodorowym. S taw skaja S.S.,U dod W.M., Taranowa L.A.,K riw ie c I.A. : M ikrobio- 7. Stw ierdzono, że w tych KSPC,w k tó ry c h w m ie jsc e grup metylow ych wprowadzono grupy hydrof iłowe ( spo 1 iineryzowane g r u py tle n k u e ty le n u ) lub b a r d z ie j reaktyw ną grupę benzenową, pro ces b io d e g r a d a c ji rozpoczynał się od ro zk ład u k a tio n u. ł o g i c z i e s k a j a o c z is tk a wody ot p o w ierh n o st n o a k t iwnych w ies zez i e s tw.naukowa Dumka,Kijew [4] A lp ert L.i inni : S p e k tro sk o p ia w podczerwieni.pw N,W arszawa [5] A rkadijew a Z.A., Trifonow a T.W.,Agapowa N.S., Kozłowa E. I. : I z u c z ie n ije mikroorganizmow aktiw nogo ił a, uczastw ujuszczych w r a z ło ż e n ii c z ie tw ie rtn ic z n o g o ammoniewogo s o j e d i n i e n i j a im id a z o lin a.n a u c z.d o k ł.w y s sz.s z k.b io ł.n a u k i.7.1 1, r e f. S taw skaja S.S.,U dod W.M., Taranowa Ł.A.,K riw ie c I.A. : M i krob io- ł o g i c z i e s k a j a o c z is tk a wody ot pow ierhnostnoaktiw nych w iesz- c z ie s tw. Naukowa Dumka,Kijew [6] Baleux B.,C aum ette P. :B io d e g r a d a tion de quelques agent de su rfa c e cat i o n iq u e s.water R e search.11, 8, [7] Bożko L., Rzechowska E.: B io d e g ra d a c ja s u b s ta n c ji powierzchniowo czynnych głów nie niejonow ych. Postępy M ik ro b io lo g ii 1., z. 2, 189, [8] Bożko.L. Rzechowska E..-Metody o k r e ś la n ia b io d e g ra d a c ji 17

75 s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych. P o stęp y M ik ro b io lo g ii 1. z. 2, 212, [9] C h a ll i s B.C. : N - n i t rosoam ine c o n ta m in a n ts in s u r f a c t a n t s I I I S u rf. Cong. S e c tio n F, 18, London [10] C lancy S.F., Tanner D.A. : D e te r m in a tion of s u r f a c t a n t b io d e g ra d a b i 1 i t y. 201st Amarican Chemical S o c ie ty N atio n al M eeting, 11. A tla n ta, G eorgia A p ril 14-19, [11] Cook K.A.:D io d e g ra d a tion of the n o n - io n ic s u r f a c t a n t Dobanol 45-7 by a c t i v a t e d slu d g e.w a te r R esearch. _1_, 259, [12] D o jlid o J.:M eto d y pom iaru b i o d e g r a d a c j i. Nowa T echnika w I n ż y n i e r i i S a n ita r n e j s.w odociągi i K a n a liz a c ja z. 15, 9, [1] Fenger B.H.,M andrup M.,Rohde G., Sorensen J.,C.: D e g r a d a - tio n of c a t i o n i c s u r f a c t a n t in a c t i v a t e d slu d g e p i l o t p l a n t s. W ater R e search. 7, 1195, 197. [14] G rab iń sk a S ota E., Zdybiewska M.:Ocena metod stosow anych p rzy b io d e g r a d a c ji na p odstaw ie w ybranych kationow ych SPC. Gaz, Woda i T echnika S a n ita rn a.58, 60, [15] G ra b iń sk a -S o ta E.:Budowa kationow ych s u b s t a n c j i powierzchniow o czynnych jako czynnik d e c y d u ją c y o m ożliw ości ich ro z k ła d u na drodze b i o l o g i c z n e j. M a t e r i a ł y O g ó ln o p o lsk ieg o Sympozjum " B io te c h n o lo g ia Ś ro d o w isk o w a", 8, Rudy R a c ib o rs k ie [16] G unther H. : S p ek tro sk o p ia m agnetycznego rezonansu j ą drowego. PWN, Warszawa 198. [17] Haman W.: P ro p o zy cje opracow ania metod testow ego b adan ia b io d e g r a d a c ji s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych n i e 'd a ją c y c h typowych r e a k c ji a n a lity c z n y c h. M a te ria ły na VI Konfe re n c ję Naukową :Chemia i T e c h n o lo g ia Środków P o w ie rz c h n io wo Czynnych,Wydawnictwo P o l.w r o c., S e r ia K o n fe re n c je nr 11,46, W rocław [18] Hellmann H. : E in s a tz der IR -S p e k tro sk o p ie beim Abbau o r g a n is c h e r S o f f e.i Mi11ei lu n g :A n io n isc h e und n i c h t i o n i s c h e 18 T en sid e. Z. Wasser Abwasser Forsch. JL5, N r.l, 15, [19] Hellmann H.:E in z a tz der IR S p ek tro sk o p ie beim Abbau o rg a n is c h e r S t o f f e. III M i t t e i l u n g :K a t i o n t e n s id e. Z. Wasser Abwasser F orsch. _1_6, 174, 198. [20] Hellmann H.:T ech n ik d er IR S p ek tro sk o p ie beim Nachweis, I d e n t i f i z i e r u n g und q u a n t i t a t i v e r Bestimmung o rg a n is c h e r S to ffg em ise h e im w ä s srig e n Mi 1i e u.seminar Neure E ntw icklugen und E rfahrungen auf dem G ebiet Der P h o to m etrie und S p e k tro sk o p ie (UV und IR) in der Adwendung auf W asser,abwas s e r und Schlämme. 245, Aachen [21] Hellmann H.:A ufgabe und E in z a tz der IR -S p o k tro sk o p ie im Rahmen der T e n s id a n a lity k in Abwasser und in Gewässern. Vom W asser 66. U l, [22] Hermanowicz W.,D ożańska W.,D o jlid o J.,K o z io ro w sk i B.: F izyczno chemiczne b ad an ia wody i ścieków.a rkady, Warszawa [2] 1 1 ić P.:V e r h a lte n e in e r schwer abbaubaren M odeellsubsta n z bei der b io lo g is c h e n Reinigung.GW F-W asser/abwasser ,1978. [24] Ja n o sz-r ajez y k M.,Owsiak M.: Wpływ Emulkopu na proces o c z y s z c z a n ia metodą osadu czy n n eg o.mat e r i a ł y na VI K onferencję Naukową:Chemia i T ech n o lo g ia Środków Powierzchniowo Czynnych,Wydawnictwo P o l.w ro c., S e r ia K o n fere n cje nr 11,49, Wrocław [25] Jan o sz-r ajcz y k M,:0cena p ro cesu a d a p ta c ji d r o b n o u s tro jów do wybranych kationow ych związków powierzchniowo czynnych.m a te ria ły Zjazdu Naukowego PTCh i SITPCh, ze sz y t D,66 L ublin [26] Ja n o sz-r ajcz y k M.,Halka J.:O c e n a procesu b io d e g ra d a c ji p rep arató w z a w ie ra ją c y c h kationowo aktywne s u b s ta n c je powierzchniowe. Mater iał y na VII K onferencję Naukową: Chemia i Tech n o lo g ia Środków Powierzchniow o Czynnych, Wydawnictwo P o l. W r o c.,s e ria K o n fere n cje nr 1,40, Wrocław

76 [27] Ja n o sz-r ajcz y k M.: Usuwanie trudno r o z k l a d a 1nych su b s tr a tó w na p r z y k ła d z ie kationow o aktywnych SPC. M a te ria ły na K o nferencję Naukową : W ysokoefektywne Metody O czy szczan ia Ścieków i Odnowa W ody.zeszyty Naukowe P ol. K rak., M onografia 4, Część 11,161, Kraków [28] Ja n o sz-r ajcz y k M., J u rk ie w ic z S t., S z e j a W.:Próby o k re ś l e n i a s u b s ta n c ji ham ujących u t l e n i a n i e wybranych k a tio n o wych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych w p ro c e s ie ich b i o d e g r a d a c ji.mater iał y XXII Zjazdu P o lsk ie g o Towarzystwa B io chem icznego 29, Katowice [29] Ja n o sz -R a jc z y k M.:B io d e g ra d a c ja kationow ych s u b s ta n c ji g r a d a tio n de quelques agent de su r f a c e c a tio n iq u e s. Water R esearch._ll, 8, [6] Je rz y k ie w ic z W.,K rasnodębski Z.,B e k ie rz G.:W łasności użytkowe krajowych kationow ych środków powierzchniowo czynnych. Mat er iał y na IV K onferencję Naukową:Chemia i T echnolog ia Środków Powierzchniowo Czynnych, Wydawnictwo P o l.w roc., S e r ia K o n fere n cje nr 9, 47, Wrocław [7] Je rz y k ie w ic z W..K rasnodębski Z.,B e k ie rz G.:Aminy t ł u szczowe i ich pochodne. Przemysł Chemiczny, 5J7, 289, [8] K ędzia W.,M uszyński Z.,M irska I., Nowak B.: W łaściw ości pow ierzchniow o c zy n n y ch.m ateriał y na IX K onferencję Naukową: b io lo g ic z n e amin tłuszczow ych i ich pochodnych c z w a rto rz ę d o Chemia i T ech n o lo g ia Środków Pow ierzchniow o Czynnych, Wydawnictwo Po 1.W roc., Ser i a K o n fe re n c je nr 17,4, Wrocław [0] J a n o sz -R a j czyk M.: W ykorzystanie te c h n ik i widmowej IR i i H NMR do badań b io d e g r a d a c ji tru d n o r o z k ła d a 1nych s u b s t r a tów na p rz y k ła d z ie KSPC. Archiwum Ochrony Środow iska , [1] Ja n o sz-r ajcz y k M. :M ożliw ości a d a p ta c y je d r o b n o u s tr o jów do wybranych KSPC. Z. Nauk. P o l.ś l. s. I n ż y n ie r ia Ś r o wych s o li amoniowych. Wydawnictwo Akad. Med., Poznań [9] Łebkowska M.: Stan i perspektyw y rozwoju metod badań to k sy c z n o śc i i b io d e g r a d a c ji. B io te c h n o lo g ia 1,9,1992. [40] Ł ukinych N. A.:O c z is tk a sto c zn y ch wod, s o d ie rż a s z c z ic h s i n t i e t i c z i e s k i j e p o w ierh n o stn o ak tiw n y je w ieszczi es tw a. S t r o i - z d a t, Moskwa [41] Miksch K.:P rim ie n ie n ie o p ri e d i e 1 e n ia diegidrogenazow oj a k tiw n o s ti aktiw nogo i ł a w is s lie d o w a n ija c h po b io d e g ra d a c ji dow iska (w d ruku). PAW.Trudy VII Mieżdunarodnogo K ongressa po Pow ierhnostnoak- [2] Ja n o sz-r ajcz y k M.:O czyszczanie śc iek ó w z a w ie ra ją c y c h niejonow e i kationow e zw iązk i pow ierzchniow o czynne. Z.Nauk. P o l.ś l. s. I n ż y n i e r i a Ś rodow iska (w dru k u ). [] Ja n o sz-r ajcz y k M. : E vau1a t ion of the b io d é g ra d a tio n of s p a r i g l y decom posable s u b s t r a t e s u sin g IR and H HMR s p e c t r a l te c h n iq u e s. Vom W asser 77.) 21, [4] Ja n o sz-r ajcz y k M.: B io d é g ra d a tio n of A l k i ld ip o ly e th o x y - benzylammonium C h lo rid e. T e n s id e - D e te r g a n ts , [5] J a n o ta - B a s s a lik L.,O lc z y k C.,Kaczorowska M. :D eg rad atio n of same c a t i o n i c d e te r g e n t s by Pseudomonas pictorxm..a c ta M ic ro b.p olon.jj r e f. B aleux B., Caumette P.: B iode- tiwnym W ieszczestwam. T.2, 82, Moskwa [42] Miksch K.:Wpływ wybranych s u b s t a n c j i powierzniowo czynnych (SPC) na kinetykę procesu osadu czynnego. M a te ria ły na VI K onferencję Naukową : Chemia i T ech n o lo g ia Środków P o w ierzchniowo Czynnych, Wydawnictwo P o l.w ro c., S e r ia K o n fere n cje nr 11, 49, Wrocław [4] Miksch K.:Aktywność f i z j o l o g i c z n a d ro b n o u stro jó w w p r o c e s ie osadu czynnego. Z.N auk.pol. Ś 1.s. I n ż y n ie r ia S a n i t a r na z. 24 G liw ice 198. [44] Moskal J., P aw iaczy k -S zp i1 owa M.:B adania porównawcze nad a ktyw nością m e tab o liczn ą b a k t e r i i opornych i w rażliw ych oraz ich w y k o rzy stan ie do b io d e g ra d a c ji związków pow ierzchniow o 140 czynnych typu pluroników i t e tr o n ik ó w.m a te ri a ł y na VI K onfe- 141

77 r e n c ję Naukową :Chemia i T ec h n o lo g ia Środków Powierzchniow o Czynnych, Wydawnictwo P o l.w ro c., S e r ia K o n fere n cje nr 11, 44, W rocław [45] N eu fart P.i i n n i:b io lo g is c h e E lim in iru n g von K a tio n te n s id e n sowie deren o k o lo g is «h e s V e rh a lte n.trudy VII l e n ia n ia anionowych i niejonow ych sy n te ty c z n y c h s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych metodą osadu czynnego w warunkach sta ty c z n y c h. [5] PN-72/ C Arkusz 10:Woda i ś c ie k i.b a d a n i a zawart o ś c i s u b s ta n c ji powierzchniowo czynnych oraz ich biochem i M ieżdunarodnogo K ongressa po Pow ierhnostnoaktiw nym W iesz- cznego u tle n ia n ia.o z n a c z a n ie b io d e g r a d a c ji anionowych cziestw am. T.2, 116, Moskwa [46] P aw iaczyk-s zpiiow a M.,D z ie n d z ie 1 E.:D e g ra d a c ja b i o l o g ic z n a s u rfa k ta n tó w typu te tro n ik ó w w warunkach s t a c j o n a r n y c h.m a te ria ł y na VI K o n fere n cję Naukową:Chemia i T ech n o lo g ia Środków Pow ierzchniow o Czynnych, Wydawnictwo P o l.w ro c., S e ria K o n fere n cje nr 11, 45, Wrocław [47] Pernak J., G rab iń sk a E., Zdybiewska M.:Zdolność do b i o d e g r a d a c ji chlorków a lk i lotiom etyloam oniow ych.przem ysł Chemiczny 6J., 0, [48] P i t t e r P.i inni : B io lo g is c h e A bbaubarkeit k a tio n - a k t i v e r T e n sid e. Trudy VII M ieżdunarodnogo K ongressa po Pow ierhnostnoaktiw nym W ieszczestw am.t. 2, 82, Moskwa [49] P i t t e r P.: V l i v s u lfo s k u p in y na b io lo g ic k o u r a z l o z i t e l - / > n o st aro m atick y ch lä te k ve v o d ä c h.chemicky prumysl 4 /5 9, 6, 19, [50] P i t t e r P.: C o r r e l a t i o n of m ic ro b ia l d e g ra d a tio n r a t e s w ith the chem ical s t r u c t u r e. A cta hyd ro ch im. h y d ro b io , s u b s ta n c ji powierzchniowo czynnych t e s t w stępny. [54] P rzew łocki J. : O znaczanie aktyw ności osadu czynnego.gaz Woda i T e c h. San i t. 44-1, [55] Różycka-Roszak B.a t a l l : M i c e l l e h y d ra tio n by H NMR.C ollo id & Polymer Science , [56] Sheers E.H.,W ehner D.C., Sauer G. F. :B io d e g ra d a tion of a su lf o n a te d amide s u r f a c t a n t. Jo u rn al WPCF.9, [57] S taw skaja S.S.,U dod W.M., Taranowa L.A.,K riw ie c I.A.: M ik ro b io ło g i c z i e s k a ja o c z is k tk a wody ot p o w ierh n o stn o ak tiw - nych w ie s z c z ie s tw.naukowa Dumka, K ijew [58] S u lliv a n D.E. : B io d e g ra d a tio n of a c a t i o n i c s u r f a c ta n t in a c t i v a t e d slu dge.w ater Res._L7, 1145,198. [59] Sw isher R.D.: S u rfact ant b i o d e g r a d a t i o n.marce 1 Dekker, New York [60] S z afra n M.,D ega-s zafran Z.:O k re ś la n ie s tr u k t u r y zw iązków o rg an iczn y ch metodami spektroskopow ym i.pwn,warszawa [61] Taranowa L.: M ikrobnaja d e s t r u k c j a katio n n y ch PAW. D o s ti ż e n i ja m ik ro b io lo g ii w p r a k t i k ie : Tiez dokłada VII S iezda W siesojuznoj Mi k rb io ło g i i. Ałma Ata, Ijuń r e f. [51] PN-72/ C Arkusz 09 :Woda i ś c ie k i.b a d a n i a zaw art o ś c i s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych oraz ich b io ch em i S taw skaja S.S.,U dod W.M., Taranowa Ł. A.»Kriwiec I.A.:M ikrobio- cznego u t le n ia n ia.o z n a c z a n ie e fek ty w n o śc i biochem icznego u t l e n i a n i a anionowych i niejonow ych sy n te ty c z n y c h s u b s ta n c ji pow ierzchniow o czynnych metodą osadu czynnego w warunkach k in e ty c z n y c h. [52] PN-72/ C Arkusz 10:Woda i ś c i e k i.b a d a n i a zaw arto ś c i s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych oraz ich b io ch em i cznego u t 1 en i an i a.o znaczanie efektyw ności biochem icznego u t 142 ł o g i c z i e s k a j a o c z is tk a wody ot pow ierhnostnoaktiw nych w ie s z c z ie s tw. Naukowa Dumka, K ijew [62] Wagner I.R.: Methoden zur Prüfung der biochem ischen A bbaubarkeit chem ischer Substanzen. VCH, Weinhaim [6] W aters J.,K u p fe r W.:The d e te r m in a tio n of c a t i o n i c s u r- fa c ta n s in the presence of a n io n ic s u r f a c t a n t in b io d é g ra d a tio n t e s t liq u o rs. A n a litic a Chimica Acta 85., 241,1976. r e f. 14

78 Sw isher R.D S u r f a c t ant b i o d e g r a d a t i o n.marce 1 D ekker, New York Chemia i T ech n o lo g ia Środków Powierzchniowo Czynnych, Wydawnictw o P o l.w ro c., S e ria K o n fere n cje nr 11, 50, Wrocław [72] Zdybiewska M., Ja n o sz-r ajcz y k M.: Ocena b io d e g ra d a c ji [64] P ra c a zbiorow a :T enzidy. A lfa, B r a t i s l a v a s u b s ta n c ji [65] P ra c a z b io ro w a : Spektroskopow e metody b a d a n ia s t r u k t u r y związków o rg a n ic z n y c h. Skrypt P o l. Ś I. n r 1415, G liw ice [66] Zdybiewska M., Sznyrowski L.,K u sz n ik W.:Wpływ wybranych d e te rg e n tó w na fe rm e n ta c ję o sa d ó w.m a te ria ły XIV K o n fe re n c ji N aukow o-technicznej, 27, K atowice pow ierzchniow o czynnnych na podstaw ie pomiaru aktyw ności oddechowej osadu czy n n eg o.mat e r i a ł y na VI K onferencję Naukową:Chemia i T ech n o lo g ia Środków Powierzchniowo Czynnych, Wydawnictwo Po 1.W roc., S e ria K onferencje nr 11,51, Wrocław [7] Zdybiewska M., Ja n o sz-r ajcz y k M.:B io d eg ra d acja kationowo [67] Zdybiewska M., Ja n o sz -R a jc z y k M.,M adaler Z.,M iksch K.: aktywnych związków pow ierzchniow ych. M a te ria ły ńa sympozjum: W sp ó łzależn o ść m iędzy budową B io d e g ra d a c ja i toksyczność s u b s ta n c ji z a n ie c z y sz c z a ją c y c h związków pow ierzchniow o czynnych a ich p o d a tn o ś c ią na b io d e g ra d a c je na p r z y k ła d z ie 12 p re p a ra tó w n ie jonow ych.m a te ria ły na III K o n fere n cję Naukową: Chemia i T e c h n o lo g ia Środków Pow ierzchniow o Czynnych, Wydawnictw o P o l.w ro c., S e ria K o n fere n cje nr 5, 21, Wrocław [68] Zdybiewska M.,Kwiatkowska K.,Nanke B.:P ró b y u s t a l e n i a p o d a tn o ś c i na b io d e g ra d a c ję i toksyczność wybranych k a tio n o - wody pow ierzchniow e, 14, R adziejow ice [74] Zdybiewska M.,G rab iń sk a E.,T arniow y J. : Badania nad b io d e g ra d a c ją i to k sy c z n o śc ią wybranych związków po w ierzchniowo czy n n y ch.mat e r i a ł y na sympozjum : B io d e g ra d a c ja i t o ksyczność s u b s ta n c ji z a n ie c z y sz c z a ją c y c h wody p o w ie rz c h n io we, 1, R adziejow ice wo aktywnych s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czy n n y ch.mat e r i a ł y na [75] Zdybiewska M., Ja n o sz-r ajcz y k M.:Moż1iwości o c z y s z c z a n ia ściek ó w z a w ie ra ją c y c h niejonow e zw iązki powierzchniowo IV K o n fere n cję Naukową:Chemia i T ech n o lo g ia Środków P o w ierzchniowo Czynnych, Wydawnictwo P o l. W roc., S e ria K o n fere n cje nr 9, 55, W rocław c z y n n e.m a te ria ły na K onferencję Naukową :Wysokoefektywne Metody O czyszczania Ścieków i Odnowa W ody.zeszyty Naukowe Pol. [69] Zdybiewska M., Ja n o sz-r ajcz y k M.:Wpływ wybranych k a t i o - Krak. M onografia 4, Część I I, 21, Kraków nowo czynnych związków pow ierzchniow o czynnych na m ieszane [76] Zdybiewska M. : Porównanie metod stosowanych do o zn a c z a p o p u la c je d ro b n o u stro jó w osadu czynnego i o b ro stó w b i o l o g i c z - cznych. M a te ria ły na IV K o n fere n cję Naukową: Chemia i Tec h n o lo g ia Środków Pow ierzchniow o Czynnych, Wydawnictwo Pol. W roc., S e r ia K o n fere n cje n r 9, 58, Wrocław [70] Zdybiewska M.:Wpływ s u b s t a n c j i pow ierzchniow o czynnych na z a n ie c z y s z c z e n ie śro d o w isk a i sposoby za p o b ie g a n i a. F izyko- n ia to k sy c zn o ści i p o d atn o ści na b io d eg rad ację s u b s ta n c ji powierzchniowo czy n n y ch.mat er ia ły na VII K onferencję Naukową: Chemia i T ech n o lo g ia Środków Powierzchniowo Czynnych,Wydawnictwo P o l.w ro c., S e ria K o nferencje nr 1,4 0,Wrocław 198. [77] Zdybiewska M.: Chemizm b io d e g ra d a c ji anionowych subs t a n c j i powierzchniowo czynnychi produkty m etabolizm u. chem iczne metody o c z y s z c z a n ia wody i ścieków,w ydawnictwo P ol. Z.N auk.pol. Ś 1. s. I n ż y n ie r ia S a n ita rn a z. 25,77, G liw ice W r o c.,s e r ia S tu d ia i M a tę ria ły, z e s z y t 20, 17, W rocław [71] Zdybiewska M., Ja n o sz -R a jc z y k M.:W spólne o c z y sz c z a n ie śc ie k ó w z a w ie ra ją c y c h kationow e i niejonow e s u b s ta n c je pow ierzchniow o c z y n n e.m a te ria ły na VI K o n fere n cję Naukową: 144 [78] Zdybiewska M.,R zeczycka M.,Tarniowy J. :Efektywność u su w ania głównych grup s u b s t a n c j i powierzchniowo czynnych (SPC) z wody i śc ie k ó w.m a te ria ły na K onferencję Naukową:W ysokoefek 145

79 tywne Metody O czy szczan ia Ś cieków i Odnowa Wody. Z eszyty Naukowe P o l.k ra k., M onografia 4, Część I I, 151, Kraków [79] Z g irs k i A.,Gondko R.: O b l i c z e n ia b io c h e m ic z n e.pwn, Warszawa BIODEGRADACJA KATIONOWYCH SUBSTANCJI POWIERZCHNIOWO CZYNNYCH [80] Żabowski J. Z eszy ty Naukowe IGK 2_Z, 1, ref.^ Bożko L., Rzechowska E.: B io d e g ra d a c ja s u b s t a n c j i p o w ierzchniowo czynnych głów nie n iejonow ych. P o stęp y M ik ro b io lo g ii 1. z.2, 189, S t r e s z c z e n i e Badania prowadzono w celu określenia wpływu testowanych KSPC na biodegradację łatwo utlenialnego substratu, wpływu struktury KSPC na biodegradację, przedstawienia możliwego do przyjęcia mechanizmu degradacyjnego badanych substancji. Biodegradację prowadzono w instalacjach modelowych do ciągłej hodowli drobnoustrojów osadu czynnego w czterech etapach. Kolejno przewidywano zasilanie drobnoustrojów łatwo utlenialnym substratem, adaptację mikroorganizmów do testo- wanych substancji, dozowanie KSPC w stężeniu 20.0 mg/dm i prowadzenie zasadniczych pomiarów biochemicznych i analiz spektroskopowych. Ostatni etap przewidywał zasilanie drobnoustrojów badanymi preparatami w warunkach gdy stanowiły podstawowe źródło węgla i azotu oraz ponowne wykonywanie spektroskopowych analiz. Stwierdzono, że testowane KSPC należały do trudno rozkładalnych subsancji i spowalniały proces biodegradacji substratu łatwo utlenialnego a mechanizm biodegradacji związany był z rodzajem podstawników występujących przy czwartorzędowym a z o c ie. Dow iedziono, ż e d la tych KSPC, w k tó ry c h przy a z o c ie amoniowym występował ła ń c u c h węglowodorowy i s p o 1imeryzowane grupy tle n k u e ty le n u lub ła ń c u c h w ielo etero w y i grupa benzenowa b io d e g ra d a c ja rozpoczynała się od ro z k ła d u k a tio n u. D ochodziło do u t l e n i a n i a azo tu amoniowego, podstaw nika ben- 147

80 zenowego i łańcucha wieloeterowego, nie zachodziła oksydacja łańcuchów węglowodorowych wówczas, gdy w cząsteczce występowała grupa benzenowa. Wykazano, że dla tych KSPC, które przy azocie amoniowym posiadały trzy grupy metylowe i łańcuch węglowodorowy biodegradacja rozpoczynała się od oksydacji łańcucha węglowodorowego. BIODEGRADATION OF CATIONIC SURFACE-ACTIVE AGENTS S u m m a r y Investigations were conducted to determine the effect of tested CSAAs on the biodégradation of a readily oxidizable substrate, the influence CSAA on biodégradation, a presentation of acceptable degradation mechanism in substances under examination. Biodégradation was carried out in model installations used for continuous bacterial culture of activated sludge in four stages. In succession it was provided for feeding the microorganisms with readily oxidizable substrate, adaptation of microbes for the tested substances, CSAA batching in a concentration of 20.0 mg/dm and conducting basic biochemical and spectroscopic analyses. The last stage anticipated the supply of microorganisms with tested preparations under condition when they provided the single carbon and nitrogen source, and making again the spectroscopic analyses. It has been found that the tested SCAAs belonged to sparingly decomposable substances and slowed down the biodégradation process of readily oxidizable substrate, and the biodégradation mechanism was connected with the type of substitutents at quaternary nitrogen atom. IT has been proved that for those CSAAs in which hydrocarbon chain and polymerized groups of ethylene oxide 149

81 or multi ether chain and a benzene group occurred at ammonia nitrogen, the biodégradation started with decomposition of cation. The oxidation of ammonia nitrogen, benzene substituent and multi ether chain was carried into effect, however, oxidation of hydrocarbon chains did not occur, when the benzene group occurred at ammonia nitrogen. It has been shown that biodégradation started with hydrocarbon chain oxidation in those CSAAs which had three methyl groups and hydrocarbon chain at the ammonia nitrogen. БИОДЕГРАДАЦИЯ КАТИОННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ Резюме П р о вед ен ы и с с л е д о в а н и я с целью о п р е д е л е н и я в л и я н и я исны туем ы х КЛАВ н а б и о д е гр а д а ц и ю л е г к о о к и с л я ю щ е г о с я с у б с т р а т а, в л и я н и е с т у к т у р ы КЛАВ н а б и о д е г р а д а цию, п р е д с т а в л е н и е п р и ем л е м о го м е х а н и зм а д е г р а д а ц и и испы туем ы х в е щ е с т в. Б и о д е гр а д а ц и ю п р о в о д и л и в м одельн ы х у с т а н о в к а х д л я н е п р е р ы в н о г о вы ращ и ван и я м и к р о б о в а к т ы в н о г о и л а в ч е т ы р е э т а п а. П о с л е д о в а т е л ь н о п р е д у с м а т р и в а л и п и т а н и е м и к р о б о в легкооки сляю щ и м ся с у б с т р а т о м, ад а п т ац и ю м и к р о б о в к испы туемым в е щ е с т в а м, д о з и р о в к у КЛАВ к о н ц е н т р а ц и е й 2 0,0 м г /д м и п р о в е д е н и е о сн о вн ы х б и о х и м и ч е с к и х и зм е р е н и й и с п е к т р о с к о п н ы х а н а л и з о в. П о сл ед н и й э т а п п р е д у с м а т р и в а л п и т а н и е м и к р о б о в испытуемыми п р е п а р а т а м и в у с л о в и я х, к о г д а они я в л я л и с ь е д и н ствен н ы м и сто ч н и к о м у г л е р о д а и а з о т а, и п о в т о р н о е п р о в е д е н и е с п е к т р о а л ь н ы х а н а л и з о в. В ы я вл ен о, ч т о испы туем ы е КЛАВ п р и н а д л е ж а т к т р у д н о р а з л а г а е м ы м в ещ е с т в а м и за м е д л я ю т п р о ц е с с б и о д е г р а д а ц и и л е г к о о к и с л я ю щ е г о с я с у б с т р а т а, а м ех ан и зм б и о д е г р а д а ц и и с в я з а н с видом з а м е с т и т е л е й п ри ч е т в е р т и ч н о м а з о т е. Д о к а з а н о, ч т о д л я т е х КЛАВ, в к о то р ы х с ам мониевы м а з о т о м бы ла с о е д и н е н а у г л е в о д о р о д н а я ц е п ь и п о л и м ер и зо в ан н ы е гр у п п ы о к и с и э т и л е н а и ли м н о го зж и р н ая ц е п ь и б е н з о л ь н а я г р у п п а, б и о д е г р а д а ц и я н а ч и н а л а с ь с р а зл о ж е н и я к а т и о н а. О к и с л я л с я ам м ониевы й а з о т, б ен зо л ь н ы й з а м е с т и т е л ь и м н о г о е а и р н а я ц е п ь, н е п р о и с х о д и л а о к с и д а ц и я у гл ев о д о р о д н ы х ц е п е й. Д о к а з а н о, ч т о д л я т е х КЛАВ, в к о т о р ы х п ри ам м ониевом а з о т е имею тця т р и м ети л ь н ы е гр у п п ы и у г л е в о д о р о д н а я ц е п ь, б и о д е г р а д а ц и я н а ч и н а л а с ь о к с и д а ц и е й у г л е в о д о р о д н о й ц еп и.

82 BIBLIOTEKA GŁÓWNA Politechniki Śląskiej