SELEKTYWNE ODDZIAŁYWANIE SOLI ŻELAZA I GLINU NA MIKROORGANIZMY NITKOWATE WYWOŁUJĄCE EFEKTY PUCHNIĘCIA I PIENIENIA NA OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW W SŁUPSKU Autorzy: Andrzej Wójtowicz Wodociągi Słupsk sp. z o.o. WSTĘP Jeszcze 10 lat temu technologowie oczyszczalni ścieków zjawiska puchnięcia i pienienia osadu czynnego traktowali jako wstydliwą przypadłość niektórych oczyszczalni i rzadko dyskutowali na ten temat. W zagadnieniach stosowania koagulantów na oczyszczaniach ścieków dominowały tematy chemicznego usuwania fosforu, a czasami ogólnie pojętej koagulacji. Dzisiaj są to już w miarę dobrze poznane i zrozumiałe zjawiska. Przełom wieku przyniósł ze sobą również przełom w podejściu do zagadnień eksploatacyjnych oczyszczalni ścieków. Rozwój technologii wodno - ściekowych, dostępność do światowego know-how, coraz to większe wymogi jakościowe i większa potrzeba protekcji środowiska znacząco podwyższyła poprzeczkę eksploatacyjną. Rosnąca liczba oczyszczalni o wysokoefektywnych standardach oczyszczania ścieków przesunęła potrzeby wymiany informacji na nowe dyscypliny. Ma to również wpływ na poziom dzisiejszej dyskusji m.in. o bardzo trudnych zagadnieniach selekcji niektórych mikroorganizmów osadu czynnego, coraz powszechniej występujących na polskich oczyszczalniach, właśnie ze względu na rosnące standardy jakościowe związane z usuwaniem azotu i fosforu. Problem!!! Utrzymywanie wysokosprawnego procesu N/DN i bio-p nie sprzyja strategii eksploatacyjnej nastawionej na selekcję mikroorganizmów nitkowatych Mam nadzieję, że za 10 lat ponownie będę mógł napisać, że są to zjawiska dobrze poznane i zrozumiałe, tak jak w przypadku chemicznego strącania fosforu 10 lat temu. Na dzień dzisiejszy mam wrażenie, że statek z wiedzą na ten temat dryfuje po bardzo zamglonych wodach, jeszcze daleko od brzegu. 49
PODSTAWOWE DEFINICJE Osad czynny jest sztucznym ekosystemem, będącym pod ciągłym wpływem zmiennych czynników biotycznych i abiotycznych, w którym zachodzi silne współzawodnictwo o dominację i dostęp do pożywienia i energii. Podstawowymi cechami kwalifikującymi osad czynny na dobry i zły są: aktywność metaboliczna, zrównoważony skład mikrobiologiczny zdolność mikroorganizmów do tworzenia kłaczków. Do niedawna zjawiska puchnięcia i pienienia były traktowane tożsamo. Wypieniający osad zazwyczaj wykazuje efekty spuchnięcia, lecz nie zawsze osad spuchnięty wypienia się. Różne mogą być też przyczyny i skutki wywołane przez te zjawiska, a także różne techniki selekcji. Stąd sadzę, że zjawiska te powinno się definiować osobno. Puchnięcie osadu wywołane przez bakterie nitkowate jest zjawiskiem polegającym na rozproszeniu zwartej i zamkniętej struktury, charakterystycznej dla pozytywnych mikroorganizmów kłaczkujących, powodując uwięzienie znacznej ilości wody i gazów wewnątrz kłaczka. Efektem tego jest znaczne pogorszenie właściwości sedymentacyjnych osadu oraz utrata zdolności do agregacji (tworzenia dużych flokuł posiadających znaczącą masę). Pienienie spowodowane przez mikroorganizmy nitkowate jest skomplikowanym mechanizmem bio-fizyko-chemicznym wywołanym specyficznymi substratami zawartymi w dopływających ściekach oraz produktami metabolizmu nitek, o właściwościach środków powierzchniowo czynnych i hydrofobowych, tworzących ustabilizowany trójfazowy układ powietrze - woda - mikroorganizmy, czyli pianę lub kożuch. OKREŚLENIE PROBLEMU I JEGO SKALI Osad spuchnięty charakteryzuje się indeksem objętościowym SVI, określonym jako iloraz opadalności i stężenia. Wg instrukcji ATV za osad spuchnięty uznaje się osad z indeksem SVI > 150 cm 3 /g, wg Wannera SVI > 200 cm 3 /g. Jako, że cechą zasadniczą rozróżniającą osad spuchnięty jest zdolność osadu do opadania można dodatkowo stosować oznaczenia tzw. szybkości sedymentacji strefowej osadu ZSV. Wskaźnik ten jest cenny np. dla reaktorów sekwencyjnych, gdzie może być oznaczony bezproblemowo, ze względu na rzeczywistą skalę doświadczenia (faza dekantacji). Otrzymany wynik ZSV > 3 m/h wskazuje na osad spuchnięty. 50
Problem!!! problematyczny test na określenie opadalności, ze względu na różne opory opadania i związane gazy problematyczne określenie średniej wartości stężenia - duża rozpiętość wyników we własnej praktyce eksploatacyjnej posługuje się oprócz indeksu SVI również tzw. indeksem rozcieńczonym DSVI, w którym test opadalności wykonuje się dla rozcieńczonej próby wykazującej rozpiętość wyników pomiędzy 100 200 ml/ml DSVI lepiej opisuje problemy związane z eksploatacją osadników wtórnych w okresach spuchnięcia osadu, oraz wraz z SVI daje lepszy obraz i opisu przebiegu samego zjawiska puchnięcia SVI > 200 ml DSV 100 200 x krotność rozcieńczenia 250 200 150 100 SVI DSVI 50 0 sty-04 lut-04 mar-04 kwi-04 maj-04 cze-04 lip-04 sie-04 wrz-04 paź-04 lis-04 gru-04 sty-05 lut-05 mar-05 kwi-05 maj-05 Określenie skali zjawisk pienienia nie jest normowane. Jako takie same w sobie nie wywołuje istotnego wpływu na zjawiska technologiczne, które można by opisać precyzyjną skalą. Co prawda w pianie akumuluje się część osadu nie biorąca udziału w standardowym procesie oczyszczania lecz z uwagi na fakt, że udział piany w całym profilu poprzecznym reaktora stanowi niewielki ułamek, to błąd w określeniu np. wieku osadu jest dopuszczalny (większy błąd przy oznaczeniu stężenia). Próbę typologii piany osadu czynnego podjęli Blackall i Luabscher [za M.Ganeja - GFW 2005] lecz nie słychać o próbie wdrożenia tych metodyk na polskich oczyszczalniach. Dla rejestracji i archiwizacji zjawiska pienienia stosuje się (np. OS Słupsk, OS Wschód Gdańsk) procentowy opis pokrycia powierzchni reaktora pianą lub kożuchem. Pozwala to na lepszą ocenę skuteczności zastosowanych technik eksploatacyjnych do eliminacji tego zjawiska w bardziej rozciągniętej skali czasu (pamięć ludzka jest zawodna). 51
Problem!!! Oznaczenie to jest trudne do interkalibracji wśród wszystkich oczyszczalni, gdyż zależy od sposobu i intensywności napowietrzania, natężenia przepływu ścieków przez reaktor, zależności - czy odpływ z reaktora jest odpływem zatopionym, czy powierzchniowym. Fot. 1 Powierzchnia KOCz z 30% pokryciem pianą 52 Najbardziej racjonalnym i porównywalnym określeniem tego wskaźnika jest określenie go dla warunków wyłączonego napowietrzania na powierzchni odpowiedniej dla stref nitryfikacyjnych w warunkach pogody bezdeszczowej. Ze względu na komplikacje organizacyjne oznaczenie takie może być wykonywane jedynie w okresach występowania zjawiska. Najbardziej dokładnym i precyzyjnym określeniem skali zjawisk puchnięcia i pienienia jest mikroskopowa ocena ekologii osadu czynnego. Oparta na identyfikacji cech morfologicznych mikroorganizmów metoda obrazu mikroskopowego wymaga znacznego zaangażowania, wiedzy i czasu od personelu i jest obecnie swoistą specjalizacją. Szczególnie w odniesieniu do oznaczenia składu i liczebności bakterii nitkowatych, która wymaga stosowania technik barwienia Gramma i Nessera, testów siarkowych, a przede wszystkim olbrzymiej praktyki i doświadczeń. Jako technolog nie prowadzący zaawansowanych, własnych obserwacji mikroskopowych, do niedawna stosowałem do określenia typologii nitkowatych analizę przyczynowo-skutkową oparta na diagnostyce wg Jenkinsa. Dziś szczególnie doceniam dokładną i profesjonalną ocenę mikroskopową. Daje ona przede wszystkim możliwość: zaobserwowania i przeciwdziałania pierwszym niepokojącym sygnałom zachwiania w populacji składu mikroorganizmów osadu czynnego zidentyfikowania gatunku nitek dominujących i podporządkowanych oraz doboru odpowiedniej dla nich strategii eksploatacyjnej skorelowania zmian biocenozy z wynikami analizy fizyko-chemicznej i poszukiwanie przyczyn wystąpienia zjawiska diagnozy innych zjawisk, np. zatrucia Wskaźnikami oceny mikrobiologicznej jest klasyfikacja występujących mikroorganizmów nitkowatych wg odpowiedniego klucza (np. Eikelboom) oraz tzw. indeks nitkowatych określający w skali (od 3 do 6 stopniowej) liczebność nitek.
Typologia Organiczonetzw. otwarte Wywołujące puchnięcie Silnetzw.mostkujące Wywołujące pienienie Zdiagnozowane na OS Słupsk Microthrix parvicella + - + Organizm dominujący 021N - + - Podporządkowany 0041 - + +/- podporządkowany Nostocoida limicola + - + podporządkowany 0092 + +/- +/- podporzadkowany Nocardia - + +? Sphaerotilus Sp. - + -? Tabela 1. Właściwości wybranych mikroorganizmów występujących na OS Słupsk wywołujących efekty puchnięcia i pienienia Z około 30 zdiagnozowanych bakterii nitkowatych tylko około 10 jest odpowiedzialna za 90% zjawisk puchnięcia i pienienia [ATV 2.6.1.]. Do najczęściej występujących na oczyszczalniach z niskoobciążonym osadem, w tym również na OS w Słupsku można zaliczyć: Efekty puchnięcia wywołane mikroorganizmami nitkowatymi można ogólnie podzielić na: ograniczone: nie przekraczające zazwyczaj indeksów SVI < 180, w których nitki wrastają wewnątrz kłaczka, rozrywając go, lecz nie wystają nadmiernie na zewnątrz silne: o indeksach zazwyczaj przekraczających SVI > 180, wywołane nitkami przerastającymi kłaczki i mocno z nich wystającymi, tworząc tzw. sprężynujące mostki znacząco utrudniające grawitacyjne zagęszczanie osadu Efekty pienienia występują natomiast w konglomeracie następujących czynników: muszą być drobne pęcherzyki gazu, w strefie N jest to powietrze, w strefie DN jest to azot, w strefie AN jest to metan - tak więc we wszystkich strefach zachodzi ten warunek występują składniki hydrofobowe: - mogą one występować bezpośrednio w ściekach, jak np. FOG (tłuszcze, oleje, smary), - same mikroorganizmy posiadają hydrofobową powierzchnię komórkową, jak np. M. parvicella lub produkty ich przemian metabolicznych mogę być hydrofobowe występują substancje powierzchniowo czynne: - bezpośrednio w ściekach, jak np. detergenty 53
54 - mogą być produkowane przez same bakterie nitkowate, jak np. przez 0041 Warto zauważyć, że bakterie, które wywołują wyraźne zjawiska pienienia zazwyczaj nie powodują silnego mostkującego puchnięcia przekraczającego indeksy SVI > 200. Znajomość warunków stymulujących i ograniczających rozwój poszczególnych typów nitek umożliwia stosowanie odpowiedniej strategii eksploatacyjnej. Wanner opisał mechanizmy dwóch selekcji: kinetycznej i metabolicznej. W selekcji kinetycznej czynnikiem selekcji jest szybkość wzrostu mikroorganizmów i wykorzystanie przez nie substratu zawartego w ściekach. Bardzo oględnie charakteryzując mechanizmy tej selekcji można przyjąć, że mikroorganizmy nitkowate, takie jak MP wykazują wysokie powinowactwo (łatwość poboru) do substratu (pożywki), przez co przy niskim jego stężeniu wygrywają konkurencję z organizmami kłaczkującymi preferującymi szybki wzrost przy wysokim stężeniu substratu. Warto zaznaczyć, że np. MP preferuje substraty szybkorozkładalne, w odróżnieniu od kłaczkujących posiadających zdolność hydrolizowania substratów wolnorozkładalnych. Zasada selekcji metabolicznej bazuje na fakcie, że w systemach osadu czynnego z usuwaniem biogenów podstawowa frakcja łatworozkładalnych substratów występujących w ściekach jest wykorzystywana w warunkach beztlenowych i anoksycznych. Selekcja ta szczególnie przydatna jest przy selekcji bakterii siarkowych, w tym bardzo popularnej nitki 021N wykorzystując zasadę wysokiego gradientu substratu lub efekt selektora aerobowego. Ważne!!! Dobre zrozumienie mechanizmów selekcji metabolicznej i kinetycznej jest podstawowym elementem strategii eksploatacyjnych, nastawionych na sterowanie populacją osadu czynnego, gdyż pozwala na stosowanie metod prewencyjnych, wyprzedzających skutki inwazji nitkowatych. Nie zawsze jest możliwość stosowania metod prewencyjnych, gdyż jak już przedstawiono problem, utrzymanie priorytetowych procesów nitryfikacji, denitryfikacji i bio-p zazwyczaj uniemożliwia skuteczne stosowanie metabolicznych i kinetycznych mechanizmów sterowania populacją nitkowatych. W takich przypadkach skutecznym narzędziem mogę być tzw niekonwencjonalne metody wykorzystujące mechanizmy selekcji fizyko-chemicznej: Wykorzystanie procesów koagulacji i polimeryzacji - Sole żelaza, glinu, polielektrolity, blendy
Oczyszczalnia ścieków w Słupsku 55
Uszkodzenie organizmów nitkowatych - Chlor, H 2 O 2, ozonowanie, wapno - Dezintegracja mechaniczna termiczna - Glin Al+3 - mechanizm nie poznany do końca - Likwidacja mechaniczna Dociążenia kłaczka np. krzemianami OS SŁUPSK I JEJ NITKOWATE PROBLEMY Głównymi czynnikami przyczyniającymi się do inwazyjnego wzrostu bakterii nitkowatych są: Obecność długołańcuchowych kwasów tłuszczowych - np. jako produkty fermentacji Substratu hydrofobowe - FOG jako źródło i akumulator pożywki w pianie Obecność zredukowanych związków azotu i siarki - np. jako strumień wewnętrzny wód nadosadowych i produkty hydrolizy Niskie obciążenie osadu o relatywnie wysokim wieku - np. utrzymanie nitryfikacji w okresach zimowych Niskie stężenie tlenu może działać selektywnie z powodu wysokiego powinowactwa do tlenu - np. strefy symultanicznej N/DN, Obecność niejonowych, nierozkładalnych substancji powierzchniowo czynnych może zwiększać przyswajanie tlenu i przez to zwiększyć aktywność przemiany materii Zbyt długi czas przebywania w osadnikach wtórnych Wykres 2. Jeden z przykładów powstania problemu puchnięcia i pienienia na OS Słupsk 56
Organizmem dominującym odpowiedzialnym za zjawiska puchnięcia i pienienia w Słupsku jest M. parvicella. Występuje zazwyczaj w okresach wiosny, czasami pojawia się w okresach zimowych. Główne przyczyny występowania MP w Słupsku na podstawie kilkuletnich obserwacji i badań określa się jako: brak skutecznego zabezpieczenia przed przedostawaniem się tłuszczy i ich zhydrolizowanych form na bioreaktor substrat zawarty w wewnętrznym strumieniu wód nadosadowych - produkty hydrolizy oraz fermentacji z procesów odwodnienia Dodatkowymi okolicznościami utrudniającymi stosowanie mechanizmów selekcji metabolicznej i kinetycznej do regulacji populacji mikroorganizmów osadu czynnego jest konieczność okresowego utrzymywania wysokiego wieku osadu przy niskim obciążeniu jednostkowym osadu oraz temperatura ścieków. Fot. 2 M.Parvicella w inwazyjnej formie tworzącej kożuch na KOCz W efekcie dochodzi do inwazyjnych form występowania bakterii nitkowatych powodujących: gęstą i stabilną pianę na komorach osadu czynnego wzrost objętościowego indeksu osadu pienienie w zamkniętych komorach fermentacyjnych wzrost zawiesiny w odpływie podbijającej dodatkowo wartość azotu organicznego (dla normy N < 10 to bardzo istotne) i ChZT (wpływ na opłaty środowiskowe) pogorszenie się właściwości osadu do odwodnienia wzrost kosztów oczyszczania i przeróbki osadów względy estetyczne i zapachowe Jako środki zaradcze w eliminacji zjawisk puchnięcia i pienienia na oczyszczalni ścieków w Słupsku wykorzystywano w ostatnich kilku latach następujące środki: Sole żelaza: - PIX 113 Fe +3 - PIX 100 Fe +2 - PIX 200 Plus Al +Fe 57
Sole glinu: - PAX 25 - PAX 18 Koagulanty modyfikowane domieszka polielektrolitu kationowego tzw. blendy lub Ferkaty: - PIX z domieszką 1% i 2% polielektroliu Rozdzielone stosowanie soli Fe, Al i polielektrolitu anionowego Uzyskane doświadczenia pozwalają na sformułowanie następujących tez: Tabela 2. Skuteczność wybranych metod w eliminacji poszczególnych mikroorganizmów nitkowatych na podstawie własnych doświadczeń Środek selekcyjny M.Parvicella 021N 0041 Nostocoida 0092 Sphaerotilus Nocardia PIX 113 - + + + -?? PIX 200 Plus +/- + + +??? PAX 25 +/- + + +/- +/-? + PAX 18 + - - - - + + Fercat B (2%) +/- + + + + + + PIX + polimer anionowy +/- + + + + + + Zmniejszenie wieku osadu + + + - - + + Ważne!!! Przy doborze odpowiedniego środka do korygowania składu mikrobiologicznego osadu czynnego ważnym wydaje się nie tylko oznaczenie dominującego mikroorganizmu. Istotny jest również typ organizmów nitkowatych występujących w ilości podporządkowanej. Często bowiem zdarza się sytuacja, że zastosowany środek zadziałał selektywnie wobec organizmu dominującego stwarzając jednocześnie możliwość lepszego rozwoju dla organizmu podporządkowanego, który pozbawiony konkurencji przyjmuje formy inwazyjne. Przykładem może być występowanie M.Parvicella wraz z typem 0041, gdzie zastosowane koagulanty glinowe mogą spowodować selektywne oddziaływanie na MP, likwidując efekt pienienia, ale w rezultacie przynosząc zwiększenie indeksu objętościowego osadu czynnego poprzez rozwój typu podporządkowanego 0041 powodującego znacznie wiesze efekty puchnięcia niż MP. W takim przypadku dobra strategią selekcji wydawać by się mogło zastosowanie jednego z preparatów zawierających zarówno sole żelaza i glinu, takie jak PIX 200 Plus czy PAX 25. PIX 200 Plus w testach przeprowadzonych ubiegłego lata dał bardzo dobre efekty eliminacji zarówno zjawisk pienienia i puchnięcia lecz spowodował z kolei problemy techniczne z dozowaniem. 58
Nastąpiła krystalizacja części środka powodując zapchanie instalacji dozującej. Należy jednak zaznaczyć, że środek ten testowany był w okresie prób nad składem, o czym informował nas producent. W przypadku stosowania 2 lata temu środka PAX 25 nie ma jednoznacznych dowodów na skuteczność jednoczesnej eliminacji MP i 0041, choć wyniki były zadowalające. Wydaje się, że błędem operatora była zbyt mała dawka środka, nie zapewniająca odpowiedniej koncentracji metalu w stosunku do ilości osadu czynnego w reaktorze. Z własnych obserwacji, doświadczeń i konsultacji z innymi operatorami wydaje się, ze ten błąd najczęściej jest przeszkoda w osiągnięciu zadawalających rezultatatów i wyciągnięciu odpowiednich wniosków do dalszych strategii eksploatacyjnych z zastosowaniem środków chemicznych do eliminacji zjawisk puchniecia i pienienia. Zaobserwowano, że w zależności od fazy rozwojowej MP (wiek), jej liczebności, zawartości substratu w kożuchu lub pianie (np. mierzone ilością substancji ekstrahującej się eterem naftowym) dawki glinu skutecznie eliminujące zjawisko pienienia kształtowały się od 3 do 4 g Al./kg s.m. osadu w reaktorze. Ważne!!! Skuteczność zastosowanej kuracji chemicznej do korekty składu mikrobiologicznego nie zależy tylko od poprawności doboru środka, ale i od zastosowanej dawki. W przypadku eliminacji M.parvicella dopiero dawka powyżej 3 kg Al/kg s.m. osadu czynnego okazywała się skuteczna. Stosowanie w tym przypadku jednostki g/m 3 ścieków jest niedokładne, szczególnie gdy różnica w ilości osadu czynnego w reaktorze miedzy okresem letnim i zimowym wynosi >30%. Podobnie jest z występowaniem M.parvicella jako organizmem dominującym i Nostocoidą jako podporządkowanym. Skuteczne działanie glinu na MP umożliwia rozwój Nostocoidy, szczególnie w okresach cieplejszych. Takie zjawisko obserwujemy w Słupsku, gdzie często latem występuje Nostocoida(?). Zdobyte doświadczenia wykazują, że koagulanty żelazowe ograniczają rozwój tej nitki. Być może dlatego zarejestrowano bardzo duża skuteczność działania środków zawierających zarówno glin i żelazo w ogólnej poprawie składu mikrobiologicznego. Stosowanie koagulatów modyfikowanych polimerami, tzw. fercaty lub blendy okazywały się szczególnie skuteczne w przypadkach występowania bakterii nitkowatych powodujących silne efekty puchnięcia. Dotyczy to szczególnie nitek 021N i 0041, a prawdopodobnie także Nocardii i Sphaerotilusa. Bardzo dobre efekty uzyskano na oczyszczalni ścieków w Słupsku z rozdzielnym stosowaniem PIX-u i polielektrolitu anionowego, uzyskując praktycznie natychmiastowa poprawę indeksów osadowych. Ze względu na problemy techniczne nie stosuje obecnie tej strategii. 59
Rysunek 1. Przykład strategii eliminacji zjawisk puchnięcia przy zastosowaniu PIX 113 modyfikowanego polielektolitem (2002 r.) 15 19 22 23 27 31 350 300 250 200 150 100 50 0 3,2 kg s.m./m3 PIX 1392- tydzień 14 SVI 6 Rozpow szechnienie mikroorganizmów nitkowatych w g skali Jenkins'a 5 5/4 4 3 zniknięcie piany lekka piana Prawdopodobne występow anie: Nocardia, 021N, M i ll? ml/g 60
Wykres 3. Okresy i dawki środków chemicznych stosowanych na OS w Słupsku w okresie od sierpnia 2004 do czerwca 2005 oraz ich wpływ na stopień zapienienia oraz indeksy objętościowe SVI i DSVI. 61
Teza Z przeprowadzonych obserwacji wynika, że koagulanty modyfikowane polielektrolitami działają szczególnie skutecznie w sytuacjach, gdy występuje w postaci dominującej lub podporządkowanej bakteria wywołująca silne zjawiska puchnięcia (tzw. mostkujące), mniej skuteczne są przy eliminacji bakterii wywołujących same zjawiska pienienia. Tezę taką sformułowałem po ostatnich doświadczeniach zimowych, gdzie stosowany był Fercat B. Dobrze zadziałał selektywnie na nitki 021N i częściowo na 0041 lecz nie uzyskano zadowalającego efektu w eliminacji M.parvicella. Być może dawka była nieodpowiednia. Przegląd dotychczasowych doświadczeń z doborem odpowiedniej strategii eksploatacyjnej w eliminacji zjawisk puchnięcia i pienienia pokazuje na brak jednolitych wskazówek. Często na jednej oczyszczalni sprawdza się całkowicie co innego niż innej definiującej swój problem takimi samymi typami nitek. Z pewnością jest to efekt braku możliwości uzyskania tożsamych warunków brzegowych dla prowadzonych testów technicznych na różnych obiektach. Dlatego też rośnie rola testów laboratoryjnych poprzedzających decyzję np. o zakupie środka koaulacyjnego. KILKA UWAG ZWIĄZANYCH Z DOZOWANIEM SRODKÓW CHEMICZNYCH W SELEKCJI MIKROORGANIZMÓW NITKOWA- TYCH Częstym problemem w racjonalnym stosowaniu środków chemicznych do zwalczania zjawisk puchnięcia i pienienia są również problemy techniczne. Interakcje wywoływane przez połączenie np. koagulantów żelazowych z glinowymi są powszechnie znane. Brak zdublowanej instalacji do magazynowania środków chemicznych na oczyszczalniach powoduje przy zmianie środka konieczność opróżnienia i wyczyszczenia zbiornika magazynującego, a czasem przepłukania całej instalacji. Szczególnie kłopotliwe i kosztowne jest to przy mniejszych i średnich oczyszczalniach, gdyż powoduje konieczność spracowania całej jednej dostawy, co często nie jest konieczne. Dlatego, przy projektowaniu wysokosprawnych oczyszczalni zasadnym jest przewidywanie dwóch zbiorników do magazynowania różnych koagulantów, za pomocą jednej instalacji, którą można bezproblemowo przepłukać wodą. Stosowanie środków chemicznych w eliminacji zjawisk puchnięcia i pienienia nie może odbywać się bezkrytycznie. Jest to forma silnej antybiotykowej kuracji, która przy dobrze dobranym środku jest bardzo skuteczna i szybka. Ale jak każdy antybiotyk może osłabić cały organizm biologiczny oczyszczalni i przemeblować jej metabolizm. Technolog powinien być świadomy niektórych skutków wywołanych stosowaniem koagulatnów i polielektrolitów. 62
Niezbędna jest zatem kontrola obrazu mikroskopowego, w celu obserwacji zmian biocenozy osadu czynnego. Należy zaobserwować skutki działania środka pod kątem rozwoju innych typów mikroorganizmów nitkowatych, które mogę przybrać formy inwazyjne. Należy również być świadomym przyrostu masy osadów, która w suchej masie osadu czynnego stanowi od 30 do 50% masy zastosowanych środków. Powszechność stosowania środków chemicznych w wysokosprawnych oczyszczalniach ścieków w niedalekiej przyszłości jest bezsporna. Kryteria usuwania azotu poniżej 10 g/m3 oraz efektywna gospodarka osadowa oczyszczalni z pewnością dodatkowo będzie stymulowała rozwój technologii w kierunku zmniejszenia roli bio-p. Przyczyni się to do większej roli chemicznych metod usuwania fosforu, które będą sprzyjały również strategii eksploatacyjnej nastawionej na eliminację zjawisk puchnięcia i pienienia osadu czynnego. PODSUMOWANIE Utrzymywanie wysokosprawnego procesu N/DN oraz bio-p nie sprzyja strategii eksploatacyjnej nastawionej na selekcję mikroorganizmów nitkowatych Przy doborze efektywnej strategii eksploatacyjnej do eliminacji zjawisk puchnięcia i pienienia niezbędna jest profesjonalna ocena ekologii osadu czynnego metodą obrazu mikroskopowego Należy podjąć próbę zrozumienia mechanizmów kinetycznych i metabolicznych rozwoju mikroorganizmów, aby znaleźć skuteczną metodę eliminacji zarówno przyczyn powstawania jak i doboru efektywnie i długotrwale działających metod fizyko-chemicznych Zasadnym jest interkalibracja metod opisujących zjawiska puchnięcia i pienienia na oczyszczalniach o różnych warunkach eksploatacyjno-technicznych Dobre zrozumienie mechanizmów selekcji metabolicznej i kinetycznej jest podstawowym elementem strategii eksploatacyjnych, nastawionych na sterowanie populacją osadu czynnego. Stosowanie środków chemicznych jest elementem uzupełniającym, choć w wielu przypadkach może być to jedyny instrument w rękach technologa Skuteczność zastosowanej kuracji chemicznej do korekty składu mikrobiologicznego nie zależy tylko od poprawności doboru środka, ale i od zastosowanej dawki Warto zauważyć, że bakterie, które wywołują wyraźne zjawiska pienienia zazwyczaj nie powodują (samodzielnie) silnego puchnięcia przekraczającego indeksy SVI > 200 Najczęściej występującym organizmem nitkowatym na OS w Słupsku jest M.Parvicella. Stosowanie koagulantów glinowych w dawkach > 3kg Al/kg s.m. 63
osadu daje zadawalające efekty eliminacji zjawiska pienienia wywołanego tym mikroorganizmem. Koagulanty żelazowe skutecznie eliminują zjawiska puchnięcia wywołane nitkami 021N i 0041. Jeszcze lepszą skuteczność w eliminacji tych nitek uzyskuje się przy stosowaniu PIX-u z polielektrolitem Istotne do wyboru skutecznego środka jest oznaczenie zarówno nitki dominującej jak podporządkowanej. Często bowiem zdarza się sytuacja, że zastosowany środek zadziałał selektywnie wobec organizmu dominującego stwarzając jednocześnie możliwość lepszego rozwoju dla organizmu podporządkowanego, który pozbawiony konkurencji przyjmuje formy inwazyjne. W takich przypadkach swoje zastosowanie mogą mieć koagulaty zawierające zarówno glin jak i żelazo (PAX 25, PIX 200 PLUS, itp.) oraz blendy. Z przeprowadzonych obserwacji wynika, że koagulanty modyfikowane polielektrolitami działają szczególnie skutecznie przy zwalczaniu bakterii nitkowatych wywołujących silne zjawiska puchnięcia (tzw. mostkujące), mniej skuteczne są przy eliminacji bakterii wywołujących zjawiska pienienia tosowanie środków koagulacyjnych jest formą kuracji antybiotykowej ; działa szybko i skutecznie, ale w pewnym sensie osłabia biologiczny układ odpornościowy oczyszczalni, inhibituje bio-p i zwiększa produkcję osadów. Należy więc mieć stała kontrolę nad zmianą składu mikrobiologicznego oraz parametrów technologicznych oczyszczalni Efektywna gospodarka osadowa oraz wymogi w usuwaniu azotu będą w przyszłości osłabiały rolę biologicznej defosfatacji, stwarzając nowe rozwiązania technologiczne z większym wykorzystaniem chemicznego strącania fosforu. Sprzyjać to będzie eliminacji zjawisk puchnięcia i pienienia. LITERATURA 1. Lemmer H. - Przyczyny powstawania i zwalczanie osadu spęcznianego - grupa robocza ATV nr 2.6.1. - wyd. Seidel Przewecki [2000] 2. Mikroskopowa analiza i ocena biologiczna procesów oczyszczania ścieków - Bawarski Krajowy Urząd Gospodarki Wodnej - wyd. Gdańska Fundacja Wody [GFW 2004] 3. Praktyka chemicznego zwalczania puchnięcia i pienienia osadu czynnego w reaktorach biologicznych - mat.sem. GFW 4. Wanner J. - Kontrola puchnięcia osadu czynnego, powodowanego przez bakterie nitkowate. mat. sem. LemTech Kraków 28-29.06.2000 5. Eikelboom, Van Buijsen - Podręcznik mikroskopowego badania osadu czynnego - wyd. Seidel Przewecki [ 1999] 6. Ciborowski M. - Praktyczne metody zwalczania bakterii nitkowatych z zastosowaniem koagulantów glinowych i żelazowych - KEMIPOL 2004 64