Wpływ preparatu bentonitowego BX10 na redukcję piany oraz ograniczenie liczebności promieniowców

Zjawisko występowania piany i kożucha na powierzchni reaktorów biologicznych może być spowodowane przez obecność w osadzie czynnym promieniowców. Jak pokazują doświadczenia na wielu oczyszczalniach, zalecane standardowe metody, np. utrzymywanie niskiego stężenia osadu, mogą okazać się niewystarczające. Również najpowszechniej stosowana w tym celu aplikacja jonów glinu może być nieskuteczna, ponieważ dekontaminacja bakterii następuje tylko w osadzie czynnym. Zabieg ten nie ma już realnego wpływu na komórki nagromadzone w kożuchu. Przy zastosowaniu innych metod, jak np. środki antypienne, efekt jest tylko chwilowy, a towarzyszący dozowaniu tych produktów spadek tlenu niekorzystnie wpływa na aktywność biocenozy osadu czynnego.

1. Wstęp

Badania Pracowni Biologicznej BIOM doprowadziły do opracowania efektywnej strategii kontroli promieniowców oraz skutków ich występowania w osadzie czynnym. Wykazano w nich m.in. wpływ preparatu BX10 na znaczną redukcję substancji tłuszczowych, co odgrywa kluczową rolę w kontekście tempa wzrostu i liczebności promieniowców. Dodatkowo wyjaśniono prawdopodobny mechanizm odpowiedzialny za ograniczenie wytwarzania się piany na nowo po aplikacji BX10, który zapobiega transportowi bakterii do pęcherzyków powietrza i wynoszenia na powierzchnię reaktorów biologicznych. Cały proces zatrzymania promieniowców w osadzie czynnym stwarza możliwość ich dekontaminacji poprzez stosowanie jonów glinu. W trakcie badań laboratoryjnych zaobserwowano  również wpływ preparatu na zmniejszenie ilości powstającej piany [M. Bazeli, FE nr 1/2020]. Za mechanizm ten może bezpośrednio odpowiadać wysoka efektywność redukcji środków powierzchniowo czynnych po zastosowaniu preparatu bentonitowego, zwłaszcza detergentów niejonowych [W. Góra i in. 2016].

2. Charakterystyka oczyszczalni ścieków w Józefowie

Nowo wybudowana oczyszczalnia mechaniczno-biologiczna została zaprojektowana dla maksymalnej przepustowości wynoszącej Q_śr.d = 2500 m³/d. Zgodnie z pozwoleniem wodnoprawnym obiekt został zakwalifikowany na 18 000 RLM, a odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest rzeka Świder. Ścieki w pierwszej kolejności trafiają do stacji wstępnego podczyszczania (usuwanie części powyżej 15 mm), następnie do dwóch równoległych ciągów mechanicznego podczyszczenia, gdzie zatrzymywane są zanieczyszczenia o rozmiarach powyżej 3 mm. Następnie, po procesach na sitopiaskownikach, ściek podczyszczony trafia bezpośrednio do dwóch reaktorów biologicznych. Oczyszczalnia utrzymuje parametry średniego stężenia tlenu w komorach na poziomie od 2,5 mg O₂/l w miesiącach letnich (maj–wrzesień), do 2,7 mg O₂/l w okresie jesień–zima (październik–kwiecień). Stężenie suchej masy utrzymywane jest w zakresie 3÷5,5 g/l.

Oczyszczalnia, poza ściekami bytowymi, przyjmuje również ścieki z wielu punktów gastronomicznych, w tym działających całodobowo restauracji typu fast-food, co generuje wzmożony napływ ścieków bogatych w substancje tłuszczowe oraz środki powierzchniowo czynne.

3. Aplikacja w skali technicznej

Przed podjęciem doświadczenia wykonano w Pracowni BIOM analizę biologiczną osadu czynnego z obu reaktorów. Określono liczebność promieniowców (skala 0-5):

— reaktor nr 1 – kategoria 4-5,

— reaktor nr 2 – kategoria 5.

Przed podjęciem doświadczenia wykonano w Pracowni BIOM analizę biologiczną osadu czynnego

z obu reaktorów. Określono liczebność promieniowców (skala 0-5):

— reaktor nr 1 – kategoria 4-5,

— reaktor nr 2 – kategoria 5.

Obserwacje mikroskopowe pozwoliły ocenić, że zarówno w kłaczkach jak i w przestrzeniach pomiędzy nimi znajdowały się duże ilości krótkich, rozgałęzionych nitek promieniowców, które sprzyjały powstawaniu stabilnego kożucha na powierzchni reaktorów. Przyczyniało się to bezpośrednio do występowania piany i kożucha na powierzchni reaktorów biologicznych oraz osadnika wtórnego. Dodatkowo wykonano analizę piany, z której wyizolowano promieniowce Actinomycetes – 95% oraz typ 0041 – 5%.

Jako przyczynę nadmiernego rozwoju tych bakterii nitkowatych uznano dopływ wraz ze ściekami substancji hydrofobowych (tłuszcz, detergenty).

Biocenozę określono jako bardzo bogatą gatunkowo i aktywną biologicznie. W toku konsultacji zdecydowano się na utrzymywanie stałego stężenia osadu ~3,5 g/l, stężenia tlenu nie mniejszego niż 2 mg/l, a w celu ograniczenia liczebności bakterii nitkowatych aplikację preparatu BX10 oraz jonów glinu w dawce 3,0 g jonów glinu na 1 kg s.m./d.

Zarówno komora nr 1 jak i nr 2 w całości były pokryte trudną do usunięcia pianą – kożuchem. Piana gromadziła się również w osadnikach wtórnych, gdzie występowały też objawy flotacji osadu. Rozpoczęto aplikację jonów glinu, a następnie zadozowano preparat BX10 w ilości po 200 kg na każdy reaktor, co odpowiadało dawce 0,16 kg/m³ objętości komory tlenowej. Ze względu na bardzo grubą warstwę kożucha, bez wolnych przestrzeni nawet w trakcie napowietrzania oraz konieczność dokładnego wymieszania preparatu BX10 z osadem, zdecydowano się na dozowanie za pomocą mieszalnika hydrodynamicznego dostarczonego przez producenta preparatu (rys. 2). Urządzenie pozwoliło maksymalnie wyeliminować ewentualny błąd ludzki podczas dozowania oraz wymieszać produkt z bardzo dużą objętością osadu czynnego w reaktorze biologicznym.

Po niespełna dwóch godzinach od zadozowania zaobserwowano zmianę wyglądu piany biologicznej ze zbitego, ciemnego kożucha na lekką, jasną pianę. Obsługa oczyszczalni zaobserwowała pojawienie się widocznych przestrzeni na reaktorach w trakcie napowietrzania, które już następnego dnia występowały również podczas przerw. Co również kluczowe, wraz z redukcją piany ustąpiło zjawisko flotacji osadu w osadnikach wtórnych.

W całym układzie nadal obserwowano duże ilości substancji tłuszczowych, które cyrkulowały wraz z osadem. W celu utrzymania efektu oraz systematycznej redukcji substancji tłuszczowych i środków powierzchniowo czynnych zadozowano w kolejnych dniach dwie dawki podtrzymujące:

— po 14 dniach w ilości po 100 kg na każdy ciąg,

— po kolejnych 7 dniach w ilości również 100 kg na każdy ciąg.

W trakcie obserwacji mikroskopowych wykonanych  w Pracowni BIOM w 30. dniu po zadozowaniu pierwszej dawki preparatu BX10 zanotowano spadek liczebności promieniowców:

— reaktor nr 1 do kategorii 1,

— reaktor nr 2 do kategorii 2.

W badanym osadzie czynnym zaobserwowano wyraźną redukcję bakterii nitkowatych, zwłaszcza promieniowców. Ich liczebność nie stanowiła już zagrożenia związanego z występowaniem nowej piany/kożucha. Pomimo to zalecono kontynuowanie aplikacji jonów glinu (zmniejszono dawkę) oraz interwencyjnie dawki podtrzymujące BX10.

W kolejnych miesiącach w oczyszczalni wykorzystywano preparat BX10 jako skuteczne narzędzie zapobiegawczo-interwencyjne dozując systematycznie w zależności od własnych potrzeb (poprawa sedymentacji, usuwanie symptomów powstającej piany) w cyklach od 1 do 4 razy w miesiącu po około 50÷100 kg na wybrany reaktor.

4. Bezpieczeństwo stosowania preparatu bentonitowego BX10

Wieloletnie badania prowadzone przez Pracownię Biologiczną BIOM, polegające na obserwacjach mikroskopowych osadu czynnego, potwierdziły brak negatywnych skutków stosowanych dawek preparatu bentonitowego BX10 zarówno na morfologię jak i na biocenozę osadu czynnego. Nie zaobserwowano zmian aktywności biologicznej, jak również objawów wynikających z toksyczności środowiska.

Dodatkowo podjęto próbę wyjaśnienia mechanizmu fizyko-chemicznego przyłączania preparatu do osadu czynnego. Preparat mineralny z grupy smektytu określany jest również „pakietowym”. Każde ziarno preparatu można w uproszczeniu wyobrazić sobie jako talię kart bądź ryzę papieru, która stanowi niewielką paczkę, a po rozłożeniu na pojedyncze kartki może pokryć bardzo dużą przestrzeń. Na powierzchni i krawędziach każdej pojedynczej warstwy znajdują się naładowane elektrycznie kationy wymienne oraz elementy siatki krystalicznej. W trakcie dyspersji dipole wodne wnikają pomiędzy „pakiety” doprowadzając w ten sposób do samorzutnego rozproszenia minerału. Zdyspergowany minerał tworzy nieuporządkowaną strukturę przypominającą domek z kart. Jedno ziarno preparatu (talia, ryza) rozpada się na pojedyncze pakiety (kartki) o wielkości rzędu 10÷40 μm. Dla porównania, jak podaje literatura, rozmiary kłaczków osadu czynnego mieszczą się w granicach 150÷300 μm.

Błędnie rozumiane jest działanie preparatu w kontekście „obciążnika”, jak kwarc lub inny materiał niedyspersyjny. W momencie, gdy w oczyszczalni wytworzymy odpowiednie środowisko dyspersji i osiągniemy rozproszenie do pojedynczych pakietów, wówczas może nastąpić połączenie preparatu z biomasą osadu czynnego. Na podstawie obserwacji mikrofotografii wykonanych skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM) w Laboratorium Geomikrobiologicznym Uniwersytetu Warszawskiego można wysnuć wniosek, że podstawą tego mechanizmu są oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy preparatem a bakteriami występującymi w kłaczkach [M. Bazeli, FE nr 1/2020].

Poprzez dozowanie do reaktora biologicznego zgodnie z wytycznymi lub za pomocą mieszalnika hydrodynamicznego preparat nie osiada w żaden sposób na dnie reaktora napowietrzanego, a przyłącza się do kłaczków osadu czynnego tworząc zwarty aglomerat.

5. Wnioski

— Aplikacja Preparatu BX10 doprowadza do stopniowej lub natychmiastowej redukcji piany biologicznej, co może być związane z usuwaniem przez preparat substancji powierzchniowo czynnych, będących przyczyną jej tworzenia.

— Mechanizm ograniczania liczebności promieniowców przez BX10 może być związany z redukcją substancji tłuszczowych w ściekach stanowiących istotny czynnik wzrostowy.

— Dzięki oddziaływaniu elektrostatycznemu pomiędzy preparatem a bakteriami występującymi w kłaczkach możliwa jest sedymentacja promieniowców uwięzionych wcześniej w pianie, co stwarza potencjał do ich dekontaminacji jonami glinu.

— Podczas stosowania preparatu w dwóch reaktorach jednocześnie zaobserwowano, że tempo zachodzenia reakcji w dużej mierze zależy od stężenia tlenu w komorze osadu czynnego.

— Zaobserwowano szybszą reakcję preparatu BX10 w reaktorze o wyższym stężeniu tlenu w granicach ~2,7 mg O₂/l.

— Zaobserwowano poprawę jakości odwadniania osadu, odnotowano wzrost suchej masy o 1÷2%.

— Możliwe jest systematyczne stosowanie preparatu BX10 bez negatywnych zmian biologicznych oraz technologicznych dla oczyszczalni.

— Możliwe jest stosowanie preparatu jako narzędzia zapobiegawczo-interwencyjnego w przypadku np. ograniczonej obsługi oczyszczalni.

— Oczyszczalnia w Józefowie przez 12 miesięcy systematycznie dozuje preparat BX10 do osadu czynnego. W tym czasie nie zaobserwowano negatywnego wpływu na biocenozę osadu czynnego czy też pracę dyfuzorów napowietrzających i procesy tlenowe z tym związane.

6. Literatura

[1] Bazeli M. 2017: Zastosowanie bentonitów modyfikowanych do optymalizacji procesu oczyszczania ścieków, Forum Eksploatatora nr 88 (1/2017).

[2] Bazeli M. 2020: Wykorzystanie preparatu bentonitowego BX10 do ograniczania rozwoju promieniowców występujących w oczyszczalniach komunalnych, Forum Eksploatatora nr 106 (1/2020). https://seidel-przywecki.eu/2020/04/07/wykorzystanie-preparatu-bentonitowego-bx10-do-ograniczania-rozwoju–promieniowcow-wystepujacych-w-oczyszczalniach-komunalnych-2/.

[3] Góra W., Góra P., Jaszczyszyn K. 2016: Perspektywy zastosowania naturalnych bentonitów w technologii ścieków przemysłowych, Środkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska, Tom 18, 940-951.

[4] Karta techniczna preparatu bentonitowego BX10. Hekobentonity Sp. z o.o. http://www.bentonit.pl/bentonit/oczyszczanie-ścieków.

Małgorzata Sielska
Hydrosfera Józefów Sp. z o.o.
Specjalista ds. technologii uzdatniania wody
i oczyszczania ścieków

Monika Bazeli
Pracownia Biologiczna BIOM

Źródło: Forum Eksploatatora 1/2021