Synteza i degradacja poli- -hydroksymaœlanu w osadzie czynnym w warunkach tlenowych przy wysokiej koncentracji azotu amonowego w œciekach

Podobne dokumenty
Usuwanie zwi¹zków azotowych w warunkach sta³ego napowietrzania

Tomasz Pokój, Ewa Klimiuk, Ma³gorzata Kuczajowska-Zadro na

Biologiczne oczyszczanie ścieków

Granulacja osadu czynnego w reaktorze SBR

BADANIA TECHNOLOGICZNE OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z PRZEMYSŁU CUKIERNICZEGO METODĄ OSADU CZYNNEGO

BADANIA PODATNOŚCI ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU CUKIERNICZEGO NA OCZYSZCZANIE METODĄ OSADU CZYNNEGO

3.2 Warunki meteorologiczne

Wpływ azotynów i zewnętrznych źródeł węgla na efektywność usuwania azotu w procesie nitryfikacji denitryfikacji w reaktorze SBR

Badania skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków

Wp³yw temperatury wype³nienia reaktora jako czynnika stymuluj¹cego szybkoœæ przemian azotu w reaktorze z b³on¹ biologiczn¹

Wykorzystanie bakterii Alcaligenes faecalis w oczyszczaniu ścieków metodą osadu czynnego

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

dr inż. Katarzyna Bernat Załącznik 1 AUTOREFERAT dotyczący osiągnięć w pracy naukowo badawczej, organizacyjnej i dydaktycznej

Budowa i eksploatacja oczyszczalni ściek. cieków w Cukrowni Cerekiew. Cerekiew S.A.

Na rys. nr 1 przedstawiono schemat technologiczny produkcji cukru w Wielkopolskim Cukrze S.A.

ŚCIEKI PO HYDROLIZIE JAKO DODATKOWE ŹRÓDŁO WĘGLA DLA BAKTERII DENITRYFIKACYJNYCH W OCZYSZCZALNIACH ŚCIEKÓW CUKROWNICZYCH

DZIA 4. POWIETRZE I INNE GAZY

Proces defosfatacji denitryfikacyjnej jako alternatywna metoda usuwania ze œcieków zwi¹zków biogennych

Inżynieria Środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) dr hab. Lidia Dąbek, prof.

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

WSPÓŁOCZYSZCZANIE ODCIEKÓW ZE ŚCIEKAMI MLECZARSKIMI W SEKWENCYJNYM BIOREAKTORZE MEMBRANOWYM

Inżynieria Środowiska II stopnia (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) dr hab. Lidia Dąbek, prof. PŚk.

ROZPORZÑDZENIE MINISTRA ÂRODOWISKA 1) z dnia 19 listopada 2008 r.

Modernizacja i rozbudowa systemu kanalizacyjnego miasta Jaworzna faza I

Powszechność nauczania języków obcych w roku szkolnym

Zastosowanie gliceryny surowej jako źródła węgla podczas usuwania związków azotu z odcieków składowiskowych metodą osadu czynnego

(43) Zgłoszenie ogłoszono: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA

BIOCHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE TLENU

Sytuacja na rynkach zbytu wêgla oraz polityka cenowo-kosztowa szans¹ na poprawê efektywnoœci w polskim górnictwie

(Tekst ujednolicony zawierający zmiany wynikające z uchwały Rady Nadzorczej nr 58/2011 z dnia r.)

2.Prawo zachowania masy

Wspomaganie biologicznego oczyszczania ścieków polem magnetycznym

Istniejące i projektowane oczyszczalnie ścieków z IMOS w świetle możliwych zmian w przepisach dotyczących ochrony środowiska

Krótka informacja o instytucjonalnej obs³udze rynku pracy

Procesy usuwania związków azotu i fosforu w sekwencyjnym reaktorze porcjowym z błoną biologiczną (SBBR)

PRZYDOMOWA OCZYSZCZALNIA ŒCIEKÓW PURESTATION EP-6

OCENA MOŻLIWOŚCI OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU PRZEMYSŁU CUKIERNICZEGO

Postępy Nauki i Technologii Przemysłu Rolno-Spożywczego 2014 t. 69 nr 2-4

Praktyczne aspekty dawkowania alternatywnych. od badań laboratoryjnych do zastosowań w skali technicznej

Spis treœci CZÊŒÆ I WYTAPIANIE STALI NA ODLEWY W PIECU UKOWYM Wstêp... 11

Bohdan Bączak. Zastępca Prezydenta Miasta Zgierza. W związku z Pana interpelacją z dnia r. złożoną w dniu r.

Jolanta Moszczyńska Ocena skuteczności usuwania bakterii nitkowatych...

OCENA PRZEMIAN ZWIĄZKÓW WĘGLA, AZOTU I FOSFORU PODCZAS OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW KOMUNALNYCH

Kratownice Wieża Eiffel a

Stechiometria równań reakcji chemicznych, objętość gazów w warunkach odmiennych od warunków normalnych (0 o C 273K, 273hPa)

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

OZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU W PRÓBCE WINA METODĄ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ Z ATOMIZACJA W PŁOMIENIU

Dr inż. Jakub Drewnowski Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Obowiązek wystawienia faktury zaliczkowej wynika z przepisów o VAT i z faktu udokumentowania tego podatku.

WPŁYW RODZAJU ZEWNĘTRZNEGO ŹRÓDŁA WĘGLA ORGANICZNEGO NA SZYBKOŚĆ DENITRYFIKACJI

1 FILTR. Jak usun¹æ 5 zanieczyszczeñ za pomoc¹ jednego z³o a? PROBLEMÓW Z WOD ROZWI ZUJE. NOWATORSKIE uzdatnianie wody 5 w 1

OCZYSZCZANIE ODCIEKÓW ZE SKŁADOWISK ODPADÓW KOMUNALNYCH Z WYKORZYSTANIEM METODY OSADU CZYNNEGO ORAZ ADSORPCJI NA WĘGLU AKTYWNYM

ZMIANA SPECYFIKACJI ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA I OGŁOSZENIA O ZAMÓWIENIU

PROCES DEFOSFATACJI DENITRYFIKACYJNEJ

WPŁYW STRATEGII NAPOWIETRZANIA W CYKLU PRACY SBR NA EFEKTYWNOŚĆ NITRITACJI-DENITRITACJI PODCZAS OCZYSZCZANIA ODCIEKÓW SKŁADOWISKOWYCH

UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE WYDZIAŁ NAUK O ŚRODOWISKU

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Charakterystyka ścieków mleczarskich oraz procesy i urządzenia stosowane do ich oczyszczania. dr inż. Katarzyna Umiejewska

PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH DLA MECHANIKÓW

WPŁYW ZREDUKOWANYCH ZWIĄZKÓW SIARKI NA NITRYFIKACJĘ I DENITRYFIKACJĘ W PROCESIE OSADU CZYNNEGO

Recenzja dorobku naukowego, dydaktycznego, organizacyjnego i pracy habilitacyjnej dr inż. Katarzyny Bernat

DZIA 3. CZENIE SIÊ ATOMÓW

OCZYSZCZALNIE ŒCIEKÓW

WSPOMAGANIE DENITRYFIKACJI W CZTEROSTOPNIOWYM BIOLOGICZNYM ZŁOŻU OBROTOWYM

NOWOŚĆ. Cennik ROTH MicroStar. Zycie pełne energii. Oczyszczalnia MicroStar. Ważny od 1 marca

4. OCENA JAKOŒCI POWIETRZA W AGLOMERACJI GDAÑSKIEJ

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

BLOK PRZYGOTOWANIA SPRÊ ONEGO POWIETRZA G3/8-G1/2 SERIA NOVA trójelementowy filtr, zawór redukcyjny, smarownica

BIOREAKTOR LABORATORYJNY TYPU SBR DO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI OSADU CZYNNEGO I PROCESÓW OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW

ZMIANY AKTYWNOŚCI DEHYDROGENAZ OSADU CZYNNEGO W REAKTORZE OKRESOWYM ZE STAŁYM NAPOWIETRZANIEM

SYMULACJA STOCHASTYCZNA W ZASTOSOWANIU DO IDENTYFIKACJI FUNKCJI GÊSTOŒCI PRAWDOPODOBIEÑSTWA WYDOBYCIA

INFORMACJA. o stanie i strukturze bezrobocia. rejestrowanego

PL B BUP 19/04. Sosna Edward,Bielsko-Biała,PL WUP 03/10 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Miejskie Przedsiębiorstwo Gospodarki Komunalnej EMPEGEK Sp. z o.o. w Sierpcu zgodnie z Art. 24 ust. 8 i 9 Ustawy z dnia r.

Kinetyka usuwania związków organicznych oraz azotu i fosforu w reaktorze typu SBR w skali technicznej w warunkach zimowych

Spis treści. I. Wstęp II. Chemiczna analiza wody i ścieków... 12

ZASOBY MIESZKANIOWE W WOJEWÓDZTWIE MAZOWIECKIM W 2013 R.

PRZEDSIĘBIORSTWO ENERGETYKI CIEPLNEJ I GOSPODARKI WODNO-ŚCIEKOWEJ Sp. z o.o.

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W PILE INSTYTUT POLITECHNICZNY. Zakład Budowy i Eksploatacji Maszyn PRACOWNIA TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ INSTRUKCJA

Osad nadmierny Jak się go pozbyć?

Zapytanie ofertowe dotyczące wyboru wykonawcy (biegłego rewidenta) usługi polegającej na przeprowadzeniu kompleksowego badania sprawozdań finansowych

Podatek przemysłowy (lokalny podatek od działalności usługowowytwórczej) :02:07

Prezentacja dotycząca sytuacji kobiet w regionie Kalabria (Włochy)

Czy mamy deficyt węgla rozkładalnego? Powody złego usuwania azotanów:

REDUKCJA FOSFORU OGÓLNEGO W ŚCIEKACH Z MAŁYCH PRZYDOMOWYCH OCZYSZCZALNI

REGULAMIN WYMIANY STOLARKI OKIENNEJ ZASOBÓW MIESZKANIOWYCH SPÓŁDZIELNI MIESZKANIOWEJ W WĄBRZEŹŃIE.

Produkcja polihydroksykwasów z osadu czynnego

III. GOSPODARSTWA DOMOWE, RODZINY I GOSPODARSTWA ZBIOROWE

Aleksandra Lewkiewicz-Ma³ysa*, Jan Macuda* OCENA JAKOŒCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH DOP YWAJ CYCH DO ZBIORNIKA SOLINA**

TABELA ZGODNOŚCI. W aktualnym stanie prawnym pracodawca, który przez okres 36 miesięcy zatrudni osoby. l. Pornoc na rekompensatę dodatkowych

Badanie procesu nitryfikacji i denitryfikacji

Biologiczne usuwanie azotu kierunek biotechnologia od 2014/2015

WPŁYW ŹRÓDŁA WĘGLA NIEORGANICZNEGO NA EFEKTYWNOŚĆ USUWANIA AZOTU AZOTANOWEGO (V) W PROCESIE HYDROGENOTROFICZNEJ DENITRYFIKACJI

Wyniki finansowe funduszy inwestycyjnych i towarzystw funduszy inwestycyjnych w 2011 roku 1

WPŁYW STAŁEGO POLA MAGNETYCZNEGO NA PROCES USUWANIA ZWIĄZKÓW BIOGENNYCH ZE ŚCIEKÓW MLECZARSKICH W REAKTORZE TYPU SBR

Usuwanie związków azotu ze ścieków w procesach denitryfikacji i skróconej denitryfikacji z wykorzystaniem melasy jako źródła węgla organicznego

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY. z dnia 25 stycznia 2002 r. (Dz. U. z dnia 8 lutego 2002 r.)

Katarzyna Ignatowicz, Łukasz Nowicki, Monika Puchlik Katedra Technologii

Dr inŝ. Krzysztof Wilmański Aqua Konsulting Kraków

Czynniki wpływające na emisję podtlenku azotu

Transkrypt:

PRACE EKSPERYMENTALNE Synteza i degradacja poli- -hydroksymaœlanu w osadzie czynnym w warunkach tlenowych przy wysokiej koncentracji azotu amonowego w œciekach Adriana Dobrzyñska, Irena Wojnowska-Bary³a, Katarzyna Bernat Katedra Biotechnologii w Ochronie Œrodowiska, Uniwersytet Warmiñsko-Mazurski, Olsztyn Poly- -hydroxybutyrate (PHB) storage and degradation in activated sludge under aerobic conditions and at high ammonium concentration in wastewater Summary Adres do korespondencji Adriana Dobrzyñska, Katedra Biotechnologii w Ochronie Œrodowiska, Uniwersytet Warmiñsko-Mazurski, 10-719 Olsztyn-Kortowo. 1 (68) 183 193 2005 Numerous studies confirm poly- -hydroxybutyrate (PHB) synthesis by activated sludge under anoxic/aerobic conditions at high COD/N ratio in wastewater. In the presented experiment poly- -hydroxybutyrate (PHB) storage and degradation were observed in activated sludge at low COD/N ratio 3 in wastes. The researches were carried out in a single-stage system with activated sludge under constant oxygen supplied conditions. Readily biodegradable fraction increased in municipal wastewater through the addition of 0,2 g/dm 3 acetate. Moreover, ammonium nitrogen was added to the wastes on the level of 50 mgnh 4 +/dm 3. During the reaction time, organic carbon compounds oxidation by activated sludge and intracellular poly- -hydroxybutyrate (PHB) accumulation were observed. Under aerobic conditions and at low COD/N ratio 3 in wastewater, activated sludge used accumulated polymer as endogenous carbon source for denitrification. The obtained results show that poly- -hydroxybutyrate (PHB) synthesis is possible under fully aerobic conditions and at low COD/N ratio. Key words: poly- -hydroxybutyrate, storage, endogenous denitrification.

Adriana Dobrzyñska, Irena Wojnowska-Bary³a, Katarzyna Bernat 1. Wstêp Poli- -hydroksymaœlan (PHB) nale y do grupy polimerów syntetyzowanych przez liczne szczepy bakterii. W badaniach Beacham i wsp. (1) wykazano e spoœród 156 wyizolowanych z osadu czynnego szczepów Acinetobacter zdolnoœæ akumulacji PHB wykazywa³o 80 szczepów. Daves i wsp. (2) podaj¹, e oprócz Acinetobacter PHB kumuluje ponad 20 innych gatunków mikroorganizmów. S¹ to m.in. szczepy Aerobacter aerogenes (3), Pseudomonas citronellolis, Pseudomonas visicularis i Escherichia (5), Alcaligenes eutrophus (6), Azotobacter vinelandii (7). Wed³ug Carucii i wsp. (8) w systemach z osadem czynnym magazynowanie substancji zapasowych nastêpuje w fazie wzrostu stacjonarnego mikroorganizmów. Ansejo i wsp. (9) podaj¹, e czynnikiem niezbêdnym do syntezy kwasu poli- -hydroksymas³owego jest nadmiar zwi¹zków organicznych w pod³o u. Jednoczeœnie ogranicza siê dostêpnoœæ zwi¹zków azotu, siarki czy fosforu lub tlenu w hodowlach tlenowych. Sk³ad po ywki, a g³ównie rodzaj wêgla i azotu maj¹ wp³yw na proces syntezy PHB. Carta i wsp. (10) zauwa yli, e podczas wzrostu bakterii przy dodatku pirogronianu lub kwasu hydroksymas³owego wzrasta³a iloœæ syntetyzowanego PHB, a dodatek octanu zwiêksza³ szybkoœæ syntezy. Wi¹ e siê to z faktem, e zwi¹zki organiczne w postaci octanu s¹ bezpoœrednio przekszta³cane w acetylo-coa, a nastêpnie poprzez cykle EMP, HM, ED syntetyzowany jest poli- -hydroksymaœlan. W badaniach prowadzonych przez Majone i wsp. (11) potwierdzono, e magazynowanie PHB jest istotnym mechanizmem usuwania zwi¹zków organicznych w postaci octanu i etanolu. Acermann i wsp. (12) zastosowali jednoczeœnie octan i glukozê jako Ÿród³a wêgla do syntezy polimeru. Uzyskali 80% magazynowanie polimeru w komórkach mikroorganizmów. Yamane i wsp. (13) obserwowali spowolnienie wzrostu bakterii z rodzaju Alcaligenes w wyniku ograniczenia iloœci tlenu lub azotu w pod³o u przy równoczesnym nadmiarze Ÿród³a wêgla. Takie warunki wzrostu spowodowa³y zwiêkszenie iloœci syntetyzowanego polimeru do 80% suchej masy. W warunkach limitowanego stê enia tlenu synteza PHB jest czêsto sprzê ona z rozk³adem polifosforanów komórkowych (14). Problematyka przemian PHB w procesach biologicznego usuwania zwi¹zków fosforu ze œcieków jest szeroko opisana w literaturze. Nie do koñca natomiast poznany jest natomiast mechanizm wykorzystania tego polimeru w usuwaniu zwi¹zków azotowych. Majone i wsp. (15) wykazali, e po wyczerpaniu w pod³o u zwi¹zków organicznych donorem elektronów w procesie denitryfikacji staje siê endogenne Ÿród³o wêgla w postaci PHB. W celu zainicjowania procesu syntezy polimeru Majone i wsp. (15) stosowali warunki stresu tlenowego. Autorzy stwierdzili, e w niezrównowa onych warunkach wzrostu magazynowanie by³o dominuj¹c¹ form¹ usuwania zwi¹zków organicznych ze œcieków. Niewiele jest danych o syntezie PHB przez osad czynny przy niskim stosunku ChZT/N w œciekach oraz o wykorzystaniu polimeru w usuwaniu zwi¹zków azotowych. W osadzie czynnym niskoobci¹ onym obserwuje siê efektywn¹ nitryfikacjê, natomiast denitryfikacja hamowana jest brakiem donorów elektronów. Z danych li- 184 PRACE EKSPERYMENTALNE

Synteza i degradacja poli- -hydroksymaœlanu w osadzie czynnym w warunkach tlenowych teraturowych wynika, e istnieje mo liwoœæ syntezy polimeru przy stosunku ChZT/N wy szym ni 4 (16). Sun i wsp. (17) badali korelacjê pomiêdzy zmagazynowanym wewn¹trzkomórkowo polimerem a stosunkiem ChZT/N w pod³o u. Stwierdzili, e iloœæ wytwarzanego PHB roœnie wraz ze wzrostem stosunku ChZT/N. Durner i wsp. (18) badali akumulacjê polimeru przy zmiennej proporcji ChZT/N w dop³ywie do reaktora. Hodowlê prowadzili na po ywce zawieraj¹cej NH 4 + jako Ÿród³o azotu i octan jako Ÿród³o wêgla organicznego. W badaniach wykazano, e synteza PHA zachodzi³a przy stosunku ChZT/N wy szym od 8,3. Akumulacja polimeru zachodzi³a liniowo, osi¹gaj¹c maksymaln¹ zawartoœæ w komórce (42%) przy stosunku ChZT/N 17,4. W prezentowanej pracy podjêto badania nad mo liwoœci¹ syntezy PHB przez osad czynny przy stosunku ChZT/N wynosz¹cym 3. Okreœlono wp³yw magazynowania polimeru na efektywnoœæ redukcji utlenionych form azotu w warunkach doprowadzania sta³ej iloœci powietrza do reaktora. 2. Medodyka badañ Badania technologiczne prowadzono w skali laboratoryjnej w jednostopniowym uk³adzie osadu czynnego w warunkach sta³ego doprowadzania powietrza. Do badañ wykorzystano reaktor okresowy typu BIOFLO 3000 o pojemnoœci 5 dm 3. Stê enie osadu czynnego utrzymywano na poziomie 3000 mg s.m./dm 3. Stosowano sta³y 50% stopieñ wymiany objêtoœciowej reaktora. Cykl pracy reaktora porcjowego przedstawiono na rysunku 1. Czas reakcji wynosi³ 23 h. Œcieki komunalne wzbogacono we frakcjê ³atwo rozk³adalnych zwi¹zków organicznych poprzez dodanie 0,2 g/dm 3 octanu sodu. W celu uzyskania niskiego stosunku ChZT/N w œciekach doprowadzanych do reaktora dodano 50 mg N-NH 4 /dm 3. Wartoœci wskaÿników zanieczyszczeñ w œciekach przedstawiono w tabeli 1. Rys. 1. Schemat pracy reaktora SBR. BIOTECHNOLOGIA 1 (68) 183-193 2005 185

Adriana Dobrzyñska, Irena Wojnowska-Bary³a, Katarzyna Bernat Tabela 1 Charakterystyka œcieków doprowadzanych do reaktora WskaŸnik zanieczyszczeñ Stê enie w œciekach zwi¹zki organiczne 450 mgchzt/dm 3 azot Kjeldahla 120 mgn Kjeldahla /dm 3 azot amonowy 110 mgn-nh 4 /dm 3 Obci¹ enie osadu ³adunkiem zwi¹zków organicznych w doœwiadczeniu wynosi³o 0,07 gchzt/g s.m. d, natomiast ³adunkiem zwi¹zków azotowych 0,04 gn/g s.m. d. Po okresie adaptacji osadu czynnego do warunków doœwiadczenia, kontrolowano zmiany wskaÿników zanieczyszczeñ w œciekach doprowadzanych i odprowadzanych z reaktora. Wykonywano analizy: zwi¹zków organicznych (ChZT), azotu amonowego, azotu azotanowego, azotu azotynowego, azotu Kjeldahla, zawiesin ogólnych i organicznych osadu czynnego. Badania wykonywano zgodnie z metodyk¹ podan¹ przez Hermanowicza i wsp. (19). Zawartoœæ PHB w osadzie czynnym oznaczano metod¹ spektrofotometryczn¹ wed³ug Law i wsp. (20). Pomiar sprawnoœci utleniania zwi¹zków organicznych wykonano w aparacie OXI TOP. Analizowano kinetykê przemian zwi¹zków organicznych ChZT oraz PHB. 3. Metody obliczeniowe Iloœæ azotu utlenionego obliczono nastêpuj¹co: N NO xt =N Kjeldahladop N syn N Kjeldahlaodp N-NO xt ca³kowita iloœæ azotu utlenionego przez osad czynny mg N-NO x /dm 3 N Kjeldahladop iloœæ azotu Kjeldahla w œciekach dop³ywaj¹cych mg N K /dm 3 N syn iloœæ azotu zu ytego na proces syntezy w czasie reakcji mg N K /dm 3 N Kjeldahlaodp iloœæ azotu Kjeldahla w œciekach odp³ywaj¹cych mg N K /dm 3 Iloœæ azotu utlenionego, który uleg³ usuniêciu w wyniku denitryfikacji obliczono z nastêpuj¹cego wzoru: N NO xzred =(N NO xt +NO 2poz +NO 3poz ) NO 3odp NO 2odp N-NO xzred iloœæ azotu utlenionego, która uleg³a redukcji w procesie denitryfikacji mg N-NO xzred /dm 3 NO 2poz iloœæ azotu azotynowego pozosta³a w reaktorze w czasie t=0h mg N-NO 2 /dm 3 NO 3poz iloœæ azotu azotanowego pozosta³a w reaktorze w czasie t=0h mg N-NO 3 /dm 3 NO 2odp iloœæ azotu azotynowego powsta³a w reaktorze w czasie t=24h mg N-NO 2 /dm 3 NO 3odp iloœæ azotu azotanowego powsta³a w reaktorze w czasie t=24h mg N-NO 3 /dm 3 186 PRACE EKSPERYMENTALNE

Synteza i degradacja poli- -hydroksymaœlanu w osadzie czynnym w warunkach tlenowych Sprawnoœæ nitryfikacji (%) osadu czynnego obliczono wg nastêpuj¹cej formu³y: %nitryfikacji = N N-NO xt Kjeldahladop 100 Sprawnoœæ denitryfikacji (%) osadu czynnego obliczono wg nastêpuj¹cej formu³y: %denitryfikacji = N-NO xzred N - NO NO NO xt 2poz 3poz 100 Sprawnoœæ usuwania azotu ze œcieków (%N us ) przez osad czynny obliczono wg formu³y: N-NO xzred +Nsyn %N us = N + NO + NO ogdop 2poz 3poz Sprawnoœæ usuwania zwi¹zków organicznych (%C us ) obliczono wg formu³y: %C us C C C dop, ChZT poz, ChZT odp, ChZT C dop, ChZT C poz, ChZT C dop,chzt stê enie zwi¹zków organicznych w œciekach doprowadzanych do reaktora mg ChZT/dm 3 C poz,chzt stê enie zwi¹zków organicznych pozosta³ych w reaktorze w czasie t = 0h mg ChZT/dm 3 C odp,chzt stê enie zwi¹zków organicznych w odp³ywie z reaktora mg ChZT/dm 3 Szybkoœæ syntezy i degrdacji PHB w osadzie czynnym oszacowano na podstawie zmian iloœci polimeru w fazie reakcji. Procentow¹ zawartoœæ PHB w biomasie osadu czynnego obliczono nastêpuj¹co: %PHB= PHB 100 %s.m. s. m. Udzia³ poszczególnych frakcji zwi¹zków wêglowych w œciekach obliczono zgodnie z Barnard i wsp. (21). 4. Omówienie i dyskusja wyników badañ Do reaktora doprowadzano œcieki komunalne, o zwiêkszonej do 30% frakcji zwi¹zków organicznych bardzo ³atwo rozk³adalnych. W œciekach dominowa³a frakcja rozpuszczalna zwi¹zków organicznych, natomiast frakcja zawiesin stanowi³a oko³o 19% zwi¹zków organicznych ChZT (tab. 2). W wyniku wprowadzenia do œcie- BIOTECHNOLOGIA 1 (68) 183-193 2005 187

Adriana Dobrzyñska, Irena Wojnowska-Bary³a, Katarzyna Bernat ków komunalnych azotu amonowego w iloœci 50 mgn-nh 4 /dm 3 stosunek ChZT/N w œciekach wynosi³ 3. Frakcje zwi¹zków wêglowych w œciekach surowych Tabela 2 Frakcje wêgla (ChZT) Udzia³ procentowy (%) ChZT rozpuszczone [mg/dm 3 ] bardzo ³atwo rozk³adalne 30 ³atwo rozk³adalne 50 trudno- lub nierozk³adalne 1 ChZT w zawiesinie [mg/dm 3 ] ³atwo rozk³adalne 14 trudno- lub nierozk³adalne 5 Od pocz¹tku fazy reakcji notowano deficyt tlenu rozpuszczonego pomimo doprowadzenia sta³ej iloœci powietrza do reaktora. Tlen zu ywany by³ przez osad czynny w procesach utleniania zwi¹zków organicznych i amonowych dostarczonych do uk³adu ze œciekami (rys. 2). Przez 4 h fazy reakcji, pomimo sta³ego napowietrza- Rys. 2. Zmiany zawartoœci zwi¹zków organicznych ChZT, azotu amonowego oraz tlenu w warunkach doprowadzania sta³ej iloœci powietrza do reaktora. 188 PRACE EKSPERYMENTALNE

Synteza i degradacja poli- -hydroksymaœlanu w osadzie czynnym w warunkach tlenowych Rys. 3. Zmiany zawartoœci PHB w osadzie czynnym w fazie reakcji. nia w reaktorze utrzymywa³ siê deficyt tlenu. Przy szybkoœci ubywania zwi¹zków organicznych ChZT 3,6 mgchzt/dm 3 h obserwowano wzrost stê enia tlenu rozpuszczonego w reaktorze do wartoœci maksymalnej 2 mgo 2 /dm 3 w 16 h reakcji. W warunkach niedotlenienia nie obserwowano syntezy poli- -hydroksymaœlanu w komórkach osadu czynnego. Pocz¹tek magazynowania polimeru nast¹pi³ w2h fazy reakcji (rys. 3). Wzrost stê enia tlenu w reaktorze nie ogranicza³ syntezy PHB. Buen i wsp. (22) stwierdzili, e zarówno w warunkach tlenowych jak i beztlenowych przy wieku osadu wynosz¹cym 8 dni, oko³o 70% iloœci octanu zu ywana by³a na syntezê PHB, reszta na przyrost biomasy. Mikroorganizmy osadu czynnego by³y zdolne do syntezy polimeru pomimo niskiego stosunku ChZT/N w œciekach (fot. 1). Pod koniec fazy reakcji osi¹gniêto 12% zmagazynowanego polimeru w komórkach mikroorganizmów. Sun i wsp. (17) wykazali, e wraz ze wzrostem stosunku ChZT/N w œrodowisku od 6 do 20 ros³a iloœæ wytwarzanego PHB przez Azospirillum brasilense Sp 7 od 30 do 45% biomasy. W badaniach prowadzonych przez Ugur i wsp. (23) na bakteriach z rodzaju Streptomyces dowiedziono, e istotny wp³yw na proces magazynowania ma równie Ÿród³o azotu dominuj¹ce w po ywce. Bakterie hodowane na po ywce zawieraj¹cej jony amonowe zmagazynowa³y 0,5% PHB w biomasie, hodowane na glicynie 7,6% PHB w biomasie. BIOTECHNOLOGIA 1 (68) 183-193 2005 189

Adriana Dobrzyñska, Irena Wojnowska-Bary³a, Katarzyna Bernat Fot. 1. Osad czynny ze zmagazynowanym kwasem poli- -hydroksymas³owym (PHB) metoda wybarwiania czerni¹ sudanu. Podczas 2 pierwszych godzin pracy reaktora zaobserwowano spadek stê enia zwi¹zków organicznych wyra onych jako ChZT z szybkoœci¹ 16,5 mgchzt/dm 3 h (rys. 4). Nie obserwowano procesu magazynowania poli- -hydroksymaœlanu, ale jego degradacjê z szybkoœci¹ 0,93 molc/dm 3 h. W tym czasie notowano w osadzie czynnym proces denitryfikacji iloœæ usuniêtego azotu wynios³a 75,5% ogólnej iloœci usuniêtych zwi¹zków azotowych (rys. 4). Zwi¹zki organiczne dostarczone do uk³adu ze œciekami by³y wykorzystywane jako donory elektronów w procesie redukcji utlenionych form azotu. Wykorzystanie zwi¹zków organicznych na syntezê biomasy i utlenianie komórkowego wynosi³o 40% ogólnej iloœci usuniêtych zwi¹zków organicznych. Dodatkowym Ÿród³em wêgla do denitryfikacji by³ zmagazynowany wewn¹trzkomórkowo poli- -hydroksymaœlan. W badaniach Barak i wsp. (24) dowiedziono, e polimer mo e byæ Ÿród³em elektronów w procesie redukcji utlenionych form azotu. Obserwowali oni spadek stê enia azotanów w pod³o u przy jednoczesnym spadku iloœci PHB w biomasie. Barak i wsp. (24) wykazali, e Pseudomonas denitrificans wykorzystuje PHB do redukcji azotanów, a nie do magazynowania polifosforanów. Majone i wsp. (15) dowiedli, e zmagazynowany w fazie endogennej PHB, po wyczerpaniu w pod³o u octanu by³ wykorzystywany jako Ÿród³o wêgla w procesie denitryfikacji. 190 PRACE EKSPERYMENTALNE

Synteza i degradacja poli- -hydroksymaœlanu w osadzie czynnym w warunkach tlenowych Rys. 4. Przebieg denitryfikacji oraz zmiany stê enia ChZT i PHB w fazie reakcji w warunkach sta³ego doprowadzania powietrza do reaktora. Carta i wsp. (10) dziel¹ czas reakcji na dwie fazy: syntezy PHB w warunkach nadmiaru zwi¹zków organicznych w uk³adzie oraz degradacji PHB w warunkach wyczerpania zwi¹zków organicznych. W badaniach w³asnych dowiedziono, e w warunkach wysokiego obci¹ enia osadu czynnego ³adunkiem zwi¹zków azotowych wynosz¹cym 0,5 gn/g s.m. d akumulacja rozpoczyna³a siê od momentu ograniczenia szybkoœci denitryfikacji (2 h fazy reakcji). Obserwowany wzrost stê enia PHB w komórkach mikroorganizmów nastêpowa³ z szybkoœci¹ 0,075 molc/dm 3 h. Magazynowanie PHB przez osad czynny by³o notowane, poniewa w reaktorze nadal by³y dostêpne ³atwo i trudno rozk³adalne zwi¹zki organiczne. Szybkoœæ syntezy polimeru przy wysokim obci¹ eniu osadu czynnego ³adunkiem zwi¹zków azotowych równym 0,04 gn/g s.m. d jest znacznie ni sza ni obserwowana w uk³adach pracuj¹cych przy niskim obci¹ eniu osadu ³adunkiem zwi¹zków azotowych. W uk³adzie pracuj¹cym z osadem czynnym, przy zapewnieniu nadmiaru zwi¹zków wêglowych szybkoœæ syntezy polimeru wynosi³a 0,29 lub 0,48 molc/dm 3 h w zale noœci od stosowanego Ÿród³a wêgla (10). W badaniach w³asnych obserwowano, e zarówno magazynowanie PHB jak i degradacja przebiegaj¹ zgodnie z reakcj¹ zerowego rzêdu. W procesie oczyszczania œcieków przy niskim stosunku ChZT/N oraz w warunkach doprowadzenia sta³ej iloœci powietrza uzyskano 70% redukcjê zwi¹zków orga- BIOTECHNOLOGIA 1 (68) 183-193 2005 191

Adriana Dobrzyñska, Irena Wojnowska-Bary³a, Katarzyna Bernat nicznych obecnych w œciekach, co odpowiada stê eniu ChZT w œciekach oczyszczonych na poziomie 55 mgchzt/dm 3. W tych warunkach technologicznych sprawnoœæ usuwania zwi¹zków azotowych kszta³towa³a siê na poziomie 30%, stê enie azotu ogólnego w odp³ywie wynosi³o 10,5 mgn-n og /dm 3. Sprawnoœæ nitryfikacji wynosi³a 85%, a denitryfikacji 33%. 5. Wnioski 1. Synteza poli- -hydroksymaœlanu przez mikroorganizmy osadu czynnego mo e zachodziæ przy niskim stosunku ChZT/N w œciekach. Wyznaczono, e przy stosunku ChZT/N wynosz¹cym 3 szybkoœæ syntezy polimeru wynosi³a 0,075 molc/dm 3 h. Maksymalna zawartoœæ PHB w komórkach by³a na poziomie 12% suchej masy osadu. 2. Obecnoœæ tlenu w reaktorze nie ogranicza syntezy PHB. 3. Istnieje zale noœæ pomiêdzy szybkoœci¹ denitryfikacji a przemianami PHB. Proces syntezy polimeru obserwowano od momentu zahamowania tempa denitryfikacji. Degradacja poli- -hydroksymaœlanu by³a skorelowana z intensywnym procesem redukcji utlenionych form azotu. 4. Zmagazynowany wewn¹trzkomórkowo poli- -hydroksymaœlan jest Ÿród³em wêgla w denitryfikacji endogennej. Literatura 1. Beacham A. M., Seviour R. J., Lindrea K. C., Livingston I., (1990), Wat. Res., 24, 23-29. 2. Meganck M. T. J., Faup G. M., (1988), Biotreatment Syst, 3, Ed. Wise D. L., v. 3. CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida, 111-203. 3. Gersberg R. M., Allen D. W., (1985), Wat. Sci. Technol., 17, 113-118. 4. Choi M. H., Yoon S. C., (1994), Appl. Environ. Microbiol., 60, 3245-3254. 5. Kato J., Yamada K., Muramatsu A., Hardoyo, Ohtake H., (1993), Appl. Environ. Microbiol., 59, 3744-3749. 6. Tanaka K., Ishizaki A., Kanamaru T., Kawano T., (1995), Biotechnol. Bioeng., 45, 268-275. 7. Page W. J., Knosp O., (1989), Appl. Microbiol. Biotechnol., 31, 329-333. 8. Carucci A., Dionisi D., Majone M., Rolle E., Smurra P., (2001), Wat. Res., 35, 3833-3844. 9. Asenjo J. A., Schmidt A. S., Andersen P. R., Andrews B. A., (1995), Biotechnol. Bioeng., 46, 497-502. 10. Carta F., Beun J. J., van Loosdrecht M. C. M., (2000), Appl. Environ. Microbiol., 62, 856-871. 11. Majone M., Beccari M., Dionisi D., Levantesi C., Renzi V., (2001), Wat. Sci. Technol., 38, 77. 12. Acermann J., Babel W., (1998), Polymer Degradation and Stability, 59, 183-186. 13. Yamane T., Fukunaga M., Lee Y. W., (1996), Biotechnol. Bioeng., 50, 197-202. 14. Barnard J. L., (1983), Water Sci. Technol., 15, 319-330. 15. Majone M., Massanisso P., Ramadori R., (1998), Water Sci. Technol., 39, 61. 16. Beun J. J., Paletta F., van Loosdrecht M. C. M., Heijnen J. J., (2000), Biotechnol. Bioeng., 67, 379-389. 17. Sun J., Peng X., van Impe J., van Derleyden J., (2000), Appl. Environ. Microbiol., 66, 113-117. 18. Durner R., Zinn M., Witholt B., Egli T., (2001), Biotechnol. Bioeng., 72, 278-287. 19. Hermanowicz W., Do añska W., Dojlido J., Koziorowski B., (1999), Fizykochemiczne badanie wody i œcieków, Arkady, Warszawa. 20. Law J. H., Slepecky R. A., (1992), J. Bacteriol., 82, 33-36. 192 PRACE EKSPERYMENTALNE

Synteza i degradacja poli- -hydroksymaœlanu w osadzie czynnym w warunkach tlenowych 21. Barnard L. L., Oleszkiewicz J. A., (2000), Materia³y seminarium szkoleniowego, Kraków, 239-248. 22. Beun J. J., Verhoef E. V., van Loosdrecht M. C. M., Heijnen J. J., (2000), Biotechnol. Bioeng., 68, 496-507. 23. Ugur A., Sahin N., (2002), Turk J. Biol., 26, 171-174. 24. Barak Y., van Rijn, (2000), Appl. Environ. Microbiol., 66, 1209-1212. BIOTECHNOLOGIA 1 (68) 183-193 2005 193