Prekursory wczesnej identyfikacji kondycji osadu czynnego jako działania proekologiczne w oczyszczalni ścieków JSW KOKS S.A.

Prekursory wczesnej identyfikacji kondycji osadu czynnego jako działania proekologiczne w oczyszczalni ścieków JSW KOKS S.A. Wpatrz się głęboko, głęboko w przyrodę, a wtedy wszystko lepiej zrozumiesz (Albert Einstein) M. Kołton, E. Powązka, M. Szmidt KOKSOWNICTWO 2018

Schemat Blokowy Oczyszczalni Ścieków JSW KOKS S.A. Oddział Przyjaźń w Dąbrowie Górniczej Węzeł mechaniczno-chemiczny koagulacja strącanie chemiczne sedymentacja flotacja ścieki koksownicze Węzeł biologiczny amonifikacja nitryfikacja denitryfikacja biodegradacja Węzeł doczyszczania koagulacja sedymentacja stabilizacja ścieków piaskownik reaktor amonifikacji osadnik wtórny osadnik wstępny osadnik wtórny reaktor wielofunkcyjny flotacja ciśnieniowa reaktor beztlenowy ścieki oczyszczone do potoku Bobrek zbiornik wyrównawczy reaktor tlenowy ścieki sanitarne JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 2 z 22

Oczyszczanie ścieków koksowniczych metodą osadu czynnego Oczyszczanie ścieków metoda osadu czynnego: ETAP I - mikrobiologiczny rozkład zanieczyszczeń ETAP II - separacja biomasy osadu czynnego Osad czynny to złożony ekosystem w którym zachodzą procesy fizyczne i reakcje biochemiczne. Podstawową jednostką strukturalno-fizjologiczną jest kłaczek. Jego powstawanie zachodzi podczas napowietrzania. Kłaczki osadu absorbują zanieczyszczenia (substancje rozpuszczone, cząstki koloidalne oraz zawiesiny) na swojej powierzchni. Duże cząstki ulegają hydrolizie, dzięki enzymom wydzielanym na zewnątrz komórek bakteryjnych. Skład kłaczków: żywe drobnoustroje, głównie bakterie martwe komórki nierozłożone duże cząstki organiczne cząstki nieorganiczne np. piasek; ich ilość może wynosić od 10-50% ogólnej masy kłaczka Bakterie stanowią od 5-20 % substancji organicznej kłaczka, pozostała część 80-95 % to martwe substancje. Cechy morfologiczne: kształt zaokrąglony, nieregularny struktura zbita, luźna wielkość b. dobre 150-300 µm drobne 100 µm duże > 500 µm trwałość stabilne (mocne), słabe Obraz mikroskopowy pojedynczego kłaczka z bioreaktora (pow. 400x) Skład i morfologia kłaczków jak też barwa i zapach osadu są wskaźnikami charakteryzującymi warunki pracy osadu czynnego. JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 3 z 22

Oczyszczanie ścieków koksowniczych - przemiany materii w bioreaktorach Bakterie odżywiają się substancjami zawartymi w ściekach. Wielka różnorodność bakterii o zróżnicowanych właściwościach przemiany materii powoduje, że organizmy uzyskują niezbędne substancje i energię, konieczne dla ich dalszego rozwoju. Produktem końcowym jest nowa powstała biomasa, dwutlenek węgla, azot w formie gazowej związki mineralne oraz energia. Przemiana materii bakterii nitryfikacyjnych Zanieczyszczenia (źródło węgla i energii) są przetwarzane na: wewnętrzną energie magazynowaną w komórce bakterii, Tlen OWN lub OWO Amoniak, azotyny komórka bakteryjna Azotany, energia Biomasa produkty końcowe rozkładu odprowadzane w odpływie. nową biomasę. Przemiana materii bakterii heterotroficznych Przemiana materii bakterii denitryfikacyjnych Tlen Substancje organiczne komórka bakteryjna CO 2, energia Biomasa Azotany, azotyny komórka N 2, CO 2 Substancje organiczne bakteryjna Biomasa JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 4 z 22

Ocena kondycji osadu czynnego - fizyczno-chemiczna i organoleptyczna Właściwości osadu czynnego istotne wskaźniki fizyczno-chemiczne: Sedymentacja pozwala na oddzielnie biomasy osadu od ścieków oczyszczonych Indeks objętości osadu określa specyfikę warunków panujących w osadnikach Indeks gęstości osadu określa wpływ reagentów chemicznych na sedymentację 50< I o < 100 osad dobrze sedymentujący 100 < I o < 150 osad lekki I o > 150 osad spuchnięty Wskaźniki organoleptyczne: Kolor Rodzaj osadu Zapach jasnobrązowy / brązowy osad dobrze pracujący ziemisty - pożądany szary osad przeciążony stęchły - niepożądany czarny osad zagniły gnilny - niepożądany Prawidłowo pracujący osad czynny pachnie świeżo i ziemiście. Osad niedotleniony ma zdecydowanie nieprzyjemny zapach, charakterystyczny dla procesów gnilnych. JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 5 z 22

Obserwacja mikroskopowa osadu czynnego Regularne obserwacje mikroskopowe służą do identyfikacji m.in. prekursorów kondycji osadu czynnego. Pobieranie próbek z bioreaktora i przygotowanie preparatu jest kluczowym elementem dla prawidłowej identyfikacji organizmów mikrofauny. Bakterie mogą być jedynie obserwowane za pomocą mikroskopu z wykorzystaniem następujących technik: JASNE POLE CIEMNE POLE KONTRAST FAZOWY INTERFERENCYJNA Aby uzyskać reprezentatywny wynik badania dokonujemy trzykrotnego oznaczenia jednej próbki. JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 6 z 22

Identyfikacja prekursorów w osadzie czynnym Mikroorganizmy, które spotykamy w osadzie czynnym: ameby domkowe, nagie, orzęski osiadłe, telotrochy, orzęski osiadłe kolonijne, orzęski pełzające, bezkręgowce (nicienie, wrotki, brzuchorzęski, skąposzczety, niesporczaki), wiciowce duże, drobne, bakterie swobodnie pływające, nitkowate. Analiza mikroskopowa pozwala na jednoznaczne określenie składu ilościowego i jakościowego organizmów osadu czynnego. Nadmierna dominacja poszczególnych grup może wskazywać na pewne nieprawidłowości w osadzie czynnym. Różnorodność gatunkowa jest pożądanym zjawiskiem. SKALA WIELKOŚCI ORGANIZMÓW W OSADZIE CZYNNYM 50 µm 1 2 µm bakterie pałeczkowate, orzęski 20 300 µm, ameby 50 400 µm, wrotki 230 1 600 µm, do 5 000 µm nicienie 1 µm jedna milionowa metra 10-6 m 1000 µm = 1 mm około 0,1 mm = 100 µm ludzki włos Vorticella convalaria, 400x JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 7 z 22

Dominacja Dominacja grup mikroorganizmów w komorze osadu czynnego w zależności od wieku osadu i jego obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń Dobra sedymentacja wrotki wrotki nicienie orzęski osiadłe wolno pływające orzęski Wolno pływające orzęski orzęski osiadłe wrotki nicienie robaki orzęski pełzające orzęski pełzające orzęski osiadłe wrotki wrotki wiciowce orzęski osiadłe ameby orzęski pełzające wiciowce wiciowce wiciowce wiciowce ameby ameby ameby orzęski pełzające wiciowce ameby niski wysokie Wiek osadu Obciążenie osadu wysoki niskie JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 8 z 22

Prekursory pozytywne Orzęski osiadłe Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki tlenowe oraz dłuższy wiek osadu): Vorticella convalaria 400x / 60-80 µm Vorticella infusionum 400x / 30-60 µm Vorticella convalaria 400x / 60-80 µm kontrast fazowy JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 9 z 22

Prekursory pozytywne Orzęski osiadłe - kolonijne Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki tlenowe oraz dłuższy wiek osadu): Carchesium polypinum 400x / 80-140 µm Opercularia minima 400x / 50 µm Zoothanium sp. 400x / 40-90 µm kontrast fazowy JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 10 z 22

Prekursory pozytywne Orzęski pełzające Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki tlenowe oraz dłuższy wiek osadu): Euplotes affinis 400x / 40-70 µm Aspidisca lynceus 400x / 35-50 µm Aspidisca lynceus 400x / 35-50 µm JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 11 z 22

Prekursory pozytywne Bezkręgowce (Nicienie) Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki tlenowe oraz dłuższy wiek osadu): 100x / 500-3000 µm 400x / 500-3000 µm 400x / 500-3000 µm kontrast fazowy JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 12 z 22

Prekursory pozytywne Bezkręgowce (Wrotki) Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki tlenowe oraz dłuższy wiek osadu): Philodina roseola 100x / 100-500 µm Philodina roseola 400x / 100-500 µm Philodina roseola 600x / 100-500 µm JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 13 z 22

Prekursory pozytywne Duże wiciowce i Ameby domkowe Prekursory, których obecność w osadzie czynnym wskazuje na prawidłową pracę osadu czynnego (niskie obciążenie osadu, dobre warunki tlenowe oraz dłuższy wiek osadu): Duże wiciowce Ameby domkowe Euglena sp. 1000x / 10-40 µm Arcella sp. 600x / 50 µm Entosiphon sp. 1000x / 10-40 µm Trinema sp. 600x / 50 µm JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 14 z 22

Prekursory negatywne Ameby nagie Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych, wysokie obciążenie osadu): Mayorella sp. 400x / 50 µm Saccamoeba sp. 600x / 50 µm Mayorella sp. 400x / 50 µm JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 15 z 22

Prekursory negatywne Drobne Wiciowce Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych, wysokie obciążenie osadu): Diplomonadida 1000x / 5-20 µm Notosolenus sp. 1000x / 5-20 µm Petalomonas sp. 400x / 5-20 µm kontrast fazowy JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 16 z 22

Prekursory negatywne Telotrochy Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych, wysokie obciążenie osadu): 400x / 40-70 µm 400x / 40-70 µm kontrast fazowy 600x / 40-70 µm JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 17 z 22

Prekursory negatywne Bakterie swobodnie pływające i nitkowate Prekursory wskazują na występowanie zakłóceń w procesie oczyszczania ścieków (niedobory tlenu, dopływ substancji toksycznych, spuchnięcie osadu, wysokie obciążenie osadu): Bakterie swobodnie pływające nadmierna ilość / dominacja Bakterie nitkowate nadmierna ilość / dominacja 400x kontrast fazowy 100x kontrast fazowy 400x kontrast fazowy 400x kontrast fazowy JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 18 z 22

Planowanie działania doskonalące w zakresie technik wybarwiania bakterii Każdy osad czynny zawiera bakterie nitkowate, natomiast rozwój danej populacji odpowiedzialnej za puchnięcie osadu czy tworzenie piany oraz kożucha związany jest z obciążeniem osadu, warunkami eksploatacji oraz jakością ścieków surowych. Ponieważ mamy do czynienia z różnymi gatunkami, typami bakterii nitkowatych przed podjęciem decyzji o wyborze środka eliminującego problem puchnięcia i pienienia, istotna jest identyfikacja bakterii niewłaściwej sedymentacji osadu czynnego. Aby określić skład, typ oraz liczebność bakterii nitkowatych, wymagane jest zastosowanie technik barwienia GRAMA i NEISSERA. Metoda Grama Rozróżnia bakterie pod względem budowy ściany komórkowej Barwienie Gram + ciemnogranatowy Barwienie Gram jasnoczerwony IDENTYFIKACJA BAKTERII NITKOWATYCH Metoda Neissera Rozróżnia bakterie na podstawie obecności materiałów zapasowych w komórkach bakterii (polifosforanów) Barwienie Neisser + szaroniebieski Barwienie Neisser jasnożółto lub jasnobrązowo JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 19 z 22

Pozytywna rola obserwacji mikroskopowych ANALIZA MAKRO I MIKROSKOPOWA OSADU CZYNNEGO SKŁAD BICENEZY, IDENTYFIKACJA PREKURSORÓW KONDYCJI OSADU CZYNNEGO OCENA INDYWIDUALNYCH WARUNKÓW ŚRODOWISKOWYCH W BIOREAKTORACH IDENTYFIKACJA ZABURZEŃ EKSPLOATACYJNYCH, ŻRÓDEŁ ICH POWSTAWANIA INDYWIDUALNY DOBÓR WŁAŚCIWYCH ŚRODKÓW ZARADCZYCH ZWIĄZANYCH Z NIEPOŻĄDANYMI ZJAWISKAMI W ETAPACH OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW DOBÓR ODPOWIEDNICH ŚRODKÓW WSPOMAGAJĄCYCH PROCES OCZYSZCZANIA MAJĄCYCH WPŁYW NA STRUKTURĘ OSADU CZYNNEGO RACJONALNE ZUŻYCIE ŚRODKÓW CHEMICZNYCH, ZAPEWNIENIE WŁAŚCIWYCH WARUNKÓW TLENOWYCH W BIOREAKTORACH EFEKTYWNOŚĆ OCZYSZCZANIA, JAKOŚĆ ODPROWADZANEGO ŚCIEKU DO POTOKU BOBREK JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 20 z 22

Biotechnologia środowiska - element odpowiedzialności ekologicznej Przedsięwzięcia proekologiczne są to wszystkie działania podejmowane w celu poprawy warunków życia ludności poprzez poprawę kondycji środowiska naturalnego definicja. Odpowiedzialność ekologiczna dotyczy wszystkich przedsiębiorstw. Jest ona co raz to częściej czynnikiem wpływającym na rozwój i wizerunek nowoczesnej i proekologicznej firmy. Podłożem tych działań są zwiększająca się świadomość i coraz to większe naciski społeczne na poprawę jakości środowiska oraz zaostrzanie przepisów dotyczących ochrony środowiska. Analiza mikroskopowa jest narzędziem, instrumentem controlingu ekologicznego mającego na celu wspomaganie ochrony środowiska w przedsiębiorstwie i efektywne eliminowanie wystąpienia zagrożeń mających skutek ekologiczno-ekonomiczny. Rozwój biotechnologii środowiska i nowoczesnych technik w technologii wykorzystujących drobnoustroje przemysłowe, sprawiają że procesy przemysłowe są bardziej przyjazne środowisku i mniej kosztowne, poprzez zużycie energii, oszczędność surowców, redukcje odpadów procesowych do minimum, a środowisko naturalne staje się coraz to lepsze. Dbajmy o środowisko, w którym żyjemy na co dzień aby żyło nam się lepiej JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 21 z 23

JSW KOKS S.A. 41-800 Zabrze ul. Pawliczka 1 www.jswkoks.pl Dziękuję za uwagę JSW KOKS S.A. www.jswkoks.pl 22 z 22