Wpływ Preparatu Bentonitowego BX 220 na ograniczenie liczebności bakterii nitkowatych 021N

Typ 021N jest jednym z najczęściej występujących bakterii nitkowatych wywołujących pęcznienie osadu czynnego w Europie [Jenkins i in. 2004; Martins i in. 2004]. Mimo to informacji o jego preferencjach środowiskowych jest niewiele. Jednym z powodów jest fakt, że w obrębie typu 021N występują różne szczepy [Martins i in. 2004; Nielsen i in. 1998]. Aby je rozróżnić konieczna jest analiza sekwencji rybosomalnego RNA. Znane są również doniesienia związane z odmienną przeżywalnością omawianego typu, po zastosowaniu różnych środków chemicznych.

1. Wstęp

Morfologicznie Typ 021N to długie mocne nitki (50÷500 µm) o średnicy 1,6÷2,5 µm, gładko zakrzywione, zbudowane z kwadratowych lub owalnych komórek z dobrze widocznymi ścianami poprzecznymi. Nitki barwią się Gram i Neisser ujemnie. Czasami mogą gromadzić granulki siarki i PHB. Typ 021N to bakteria tlenowa, należąca do Proteobacteria. Charakteryzuje ją miksotrofizm, czyli zdolność do odżywiania autotroficznego albo heterotroficznego, w zależności od warunków środowiska. Typ 021N zużywa organiczne związki jako źródło węgla i zyskuje energię poprzez utlenianie zredukowanego siarczku [Martins i in. 2004; Seviour i Blackall 1998]. Typ ten może jednak przetrwać bez siarki [William i Unz 1985].

Bakterie 021N chętnie zużywają niskocząsteczkowe kwasy organiczne. W związku z tym często występują w układach oczyszczania z dopływem ścieków bogatych w tłuszcz, białko, cukry oraz siarczki. Szybkie tempo wzrostu tych bakterii, przy wysokiej podaży substratu, powoduje problemy z sedymentacją osadu w ciągu zaledwie kilku dni. Kluczowa, jak się wydaje, dla masowego wzrostu omawianych bakterii jest konfiguracja oczyszczalni. Typ 021N częściej występuje w układach całkowitego wymieszania. Budowa nitkowata umożliwia mu lepszą dostępność tlenu i dominację nad bakteriami zgromadzonymi w kłaczkach. W badaniu autorstwa Gaval i Pernelle [2003] wykazano, między innymi, że typ 021N rośnie po powtarzających się okresach niedoboru tlenu, dostępności do niskocząsteczkowego substratu organicznego i zredukowanych siarczków.

2. Charakterystyka oczyszczalni ścieków w Świerczynku

Przemysłowa oczyszczalnia mechaniczno-biologiczna w Świerczynku została zaprojektowana dla maksymalnej przepustowości wynoszącej Q_śrd = 300 m³/d. Ścieki oczyszczone trafiają do 3 stawów hydrobotanicznych, następnie do rowu melioracyjnego, który trafia do rzeki „Karsówka”.

Ścieki przemysłowe pochodzą z produkcji wędlin i wstępnie są oczyszczane przy pomocy kosza odsączającego, wyłapującego największe frakcje zanieczyszczeń stałych. Następnie przepływają do zbiornika uśredniającego, skąd za pomocą pompy są podawane na flotator. W zbiorniku uśredniającym zainstalowane jest mieszadło, które utrzymuje ścieki w ciągłym ruchu, co zapobiega zagniwaniu. Pompowane ścieki trafiają do flokulatora, w którym dozowane są środki chemiczne (PIX 113, SAX 13, Superflock 8298). Redukcja ładunku waha się w przedziale 25÷35%. Podczyszczone ścieki kierowane są w części do zbiornika pośredniego o pojemności 50 m³, a w drugiej części pompowane są bezpośrednio do komory denitryfikacji. Prosto do komory biologicznej trafiają także ścieki socjalno-bytowe, które są magazynowane w oddzielnym zbiorniku w sąsiedztwie komory osadu czynnego.

Część biologiczna oparta jest o typowy osad czynny z ciągłym odprowadzaniem ścieków oczyszczonych. Składa się z komory osadu czynnego i trzech osadników wtórnych. Oczyszczalnia utrzymuje parametry średniego stężenia tlenu w komorach tlenowych na poziomie 1,4÷1,7 mg O2/l. Stężenie suchej masy utrzymywane jest w zakresie 5÷7 g/l. W lipcu wdrożono zmiany związane z dozowaniem fosforu do ścieku poflotacyjnego oraz uruchomieniem zbiornika denitryfikacji o pojemności 50 m³ z dwoma mieszadłami. Taki układ oczyszczania pozwala osiągać wysoki stopień redukcji zanieczyszczeń.

W obiekcie okresowo pojawiają się problemy z sedymentacją osadu czynnego. W wyniku analizy mikroskopowej wykonanej 1 lipca 2020 r. ustalono, że przyczyną utrudnionej sedymentacji w osadniku wtórnym jest nadmierny wzrost bakterii nitkowatych 021N w reaktorze biologicznym. Przyczyną masowego rozwoju tych bakterii jest dopływ ścieków bogatych w kwasy organiczne oraz siarczki do reaktora tlenowego o całkowitym wymieszaniu. Po wykonaniu testów z zastosowaniem preparatów bentonitowych zaobserwowano natychmiastową poprawę osadzania się osadu. Jednak poszukiwano produktu który zarówno usprawni proces sedymentacji, jak również ograniczy przyczynę, tj. nadmierny wzrost bakterii 021N.

Wstępne badania BIOM potwierdziły, że do ograniczenia liczebności bakterii typ 021N można zastosować jony Fe⁺². Niestety efektywność działania produktu zawierającego samo żelazo⁺², jest uzależniona od dawki i czasu stosowania. Wykorzystując poprzednie doświadczenia i właściwości minerału, który jest naładowany elektrycznie na każdej pojedynczej warstwie, rozpoczęto badania nad zwiększeniem w nim dostępności jonów żelaza II. Jak wiadomo, preparat bentonitowy posiada warstwową budowę siatki krystalicznej, w której znajduje się wiele jonów m.in. żelaza. Poprzez celową modyfikację produktu i wprowadzenie do jego struktury dodatkowych jonów doprowadzono do kontrolowanego uporządkowania tej struktury i nadania jej pożądanych cech. Otrzymany produkt został oznaczony jako DuoBent BX 220. W dniach 2÷13 lipca 2020 r. prowadzono doświadczenie laboratoryjne z zastosowaniem preparatu BX 220 (0,25 g/l). Produkt codziennie aplikowano do osadu czynnego i kontrolowano liczebność bakterii nitkowatych oraz opadalność po 30 minutach. Już po 4 dniach zanotowano pierwszy spadek liczebności do kategorii 4, a po kolejnych 12 dniach w osadzie pozostały tylko pojedyncze nitki.

W trakcie doświadczenia badano również wpływ BX 220 na kondycję osadu czynnego. Nie zanotowano negatywnego oddziaływania   produktu   na   organizmy w osadzie czynnym (korzenionóżki, pierwotniaki, wrotki). Postanowiono przeprowadzić test w skali technicznej.

3. Aplikacja w skali technicznej

Przed rozpoczęciem doświadczenia w skali technicznej ponownie wykonano badania mikroskopowe osadu czynnego. Nadal dominował typ 021N. Jego liczebność kształtowała się na poziomie kategorii 5. Nitki tworzyły gęstą sieć łącząc poszczególne kłaczki. Opadalność osadu utrzymywała się pomiędzy 800 a 920 ml/l. Indeks osadu przekraczał 300 ml/g. Biocenoza osadu była zróżnicowana gatunkowo i aktywna biologicznie.

17 lipca 2020 r. rozpoczęto aplikację produktu DuoBent BX 220 w dawce 125 kg bezpośrednio do reaktora napowietrzanego, co oznacza dawkę 0,3 kg/m³. Tlen utrzymywano w granicach 1,4÷1,7 g/l. Zaraz po aplikacji produktu obserwowano poprawę w sedymentacji osadu. W kolejnych 10 dniach kontynuowano dozowanie DuoBent BX 220 i, pomimo utrzymującej się jeszcze wysokiej liczby bakterii nitkowatych, sedymentacja przebiegała coraz lepiej. Ścieki oczyszczone były klarowne. Osad nie flotował na powierzchnię osadnika. Od 27 lipca 2020 r. dawka została zmniejszona do 100 kg (0,23 kg/m³).

Nie obserwowano problemów z napowietrzaniem osadu. Pierwszy spadek liczebności 021N zanotowano po 12 dniach dozowania produktu. 30 lipca 2020 r. liczebność kształtowała się na poziomie kategorii 3. Zanotowano wówczas dobre właściwości sedymentacyjne osadu – 650 ml/l. Indeks wynosił 69 ml/g. Procesy oczyszczania zachodziły optymalnie.

Podczas kolejnej analizy mikroskopowej wykonanej 19 sierpnia 2020 r. notowano całkowity spadek liczebności bakterii nitkowatych 021N. Osad po 30-minutowej sedymentacji zajmował objętość 770 ml/l głównie z powodu bardzo wysokiej suchej masy, która wynosiła 14,7 g/l. Tak wysokie stężenie suchej masy było wynikiem braku odprowadzania osadu nadmiernego przez okres 4 tygodni oraz aplikacji preparatu DuoBent BX 220.

Pod mikroskopem osad zbudowany był ze średniej wielkości zwartych kłaczków o owalnym kształcie. Biocenoza charakterystyczna dla długiego wieku osadu obfitowała w orzęski osiadłe oraz różne gatunki wrotek.

W kolejnych miesiącach w oczyszczalni wykorzystywano preparat BX 220 jako skuteczne narzędzie zapobiegawczo-interwencyjne, dozując raz w tygodniu 50 kg do reaktora biologicznego. Analizy mikroskopowe wykonywane systematycznie przez okres kolejnych 6 miesięcy potwierdzały brak obecności bakterii nitkowatych 021N.

4. Wnioski

— Aplikacja Preparatu DuoBent BX220 doprowadza do całkowitej eliminacji bakterii 021N

— Mechanizm ograniczania liczebności 021N przy zastosowaniu DuoBent BX 220 może być związany z redukcją substancji tłuszczowych w ściekach oraz siarczków stanowiących istotny czynnik wzrostowy

— Po zastosowaniu DuoBent BX 220 zaobserwowano natychmiastową poprawę pracy osadników wtórnych, pomimo utrzymującej się wysokiej liczby bakterii nitkowatych

— Stosowanie preparatu odbywa się bez negatywnych zmian biologicznych oraz technologicznych dla oczyszczalni

5. Literatura

[1] Gaval, G. and Pernelle, J-J., 2003. Impact of the repetition of oxygen deficiencies on the filamentous bacteria proliferation in activated sludge. Water Research, 37 pp. 1991-2000.
[2] Jenkins, D., Richard, M.G. and Daigger, G.T., 2004. Manual on the causes and control of activated sludge bulking foaming, and other solids separation problems, 3rd ed, Lewis publishers. CRC Press LLC, London.
[3] Martins, A.M.P., Pagilla, K., Heijnen, J.J. and van Loosdrecht, M.C.M., 2004. Filamentous bulking sludge – a critical review. Water Research 38 (2004) 793-817.
[4] Nielsen, P.H., Andreasen, K., Wagner, M., Blackall, L.L., Lemmer, H. and Seviour, R.J., 1998. Variability of Type 021N in activated sludge as determined by in situ substrate uptake
pattern and in situ hybridization with flourescent rRNA targeted probes. Water science technology. Vol. 37, No. 4-5, pp.423-430.
[5] Seviour, R.J. and Blackall, L.L., 1998. The Microbiology of Activated Sludge. Chapman and Hall, London. ISBN 0 412 79380 6.
[6] Williams, T.M. and Unz, R.F., 1985. Filamentous Sulfur Bacteria of Activated Sludge: Characterization of Thiothrix, Beggiatoa and Eikelboom Type 021N Strains. Applied and Environmental Microbiology, April 1985, p.887-898. American Society for Microbiology.

Kamil Olewnik — Olewnik Sp. z o.o. , Specjalista ds. technologii uzdatniania wody i oczyszczania ścieków

Monika Bazeli — Pracownia Biologiczna BIOM

Żródło: Forum Eksploatatora 2/2021