UKLANJANJE HRANJIVA U UREĐAJIMA ZA BIOLOŠKO PROČIŠĆAVANJE OTPADNIH VODA

Jasna Hrenović; Prirodoslovno-matematički fakultet, Zagreb

1

Hrenović

2

Odnos C : N : P = 100 : 10 : 1 Uklanjanje ugljika, dušika, fosfora i sumpora odvija se simultano (u drugom i trećem stupnju obrade otpadnih voda). Sumpor nije limitirajući element za biološko pročišćavanje otpadnih voda.

Hrenović

3 Hrenović

UKLANJANJE DUŠIKA Nitrifikacija = biološka oksidacija amonijevog iona do nitrita i nitrata Provode ju autotrofni mikrobi. Izvor ugljika im je otopljeni CO2 a energiju za sintezu biomase dobivaju oksidacijom amonijevog iona. Autotrofni nitrifikatori imaju mnogo sporiji prirast biomase (1/5) od heterotrofa. Dvije fiziološke grupe bakterija: oksidatori amonijevog iona i oksidatori nitrita. Konverzija amonijevog iona do nitrita je mnogo sporija od konverzije nitrita do nitrata.

4 Hrenović

Nitrifikacija prve faze

Fiziološku grupu nitrifikatora prve faze čine Gram-negativne,

aerobne, kemolitoautotrofne bakterije (izvor ugljika CO2, izvor dušika

amonijev ion).

Vrste rodova Nitrosomonas, Nitrocystis, Nitrospira, Nitrococcus,

Nitrosolobus oksidiraju amonijak do nirtita:

2NH4+ + 3O2 2NO2

- + 4H+ + 2H2O

Nitrifikacija druge faze

Fiziološku grupu nitrifikatora druge faze čine Gram-negativne,

aerobne, kemolitoautotrofne bakterije (izvor ugljika CO2, izvor dušika

nitrit).

Vrste rodova Nitrobacter, Nitrococcus i Nitrospira završavaju reakciju

te oksidiraju nitrit do nitrata:

2NO2- + O2 2NO3

-

5 Hrenović

Nitrifikacija je vrlo osjetljiv proces, ovisan o: - koncentraciji kisika (rast samo u aerobnoj zoni) - temperaturi (14-30oC) - pH (nitrifikacija se odvija u rangu pH 7.0-8.5) - koncentracija amonijevog iona 28-140 mg/L - starosti mulja 5-7 dana. Nitrifikacija je preduvjet za proces denitrifikacije.

6

Denitrifikacija (nitratno disanje) je proces redukcije NO3

- do N2, a odvija se u anoksičnim uvjetima (<1 mgO2/L): 5(CH2O) + 4NO3

- + 4H+ 5CO2 + 2N2 + 7H2O Heterotrofni mikroorganizmi, akceptor elektrona nitrat. Izvor ugljika organski spojevi prisutni u otpadnoj vodi: metanol, etanol, mliječna kiselina, glicerol, acetat. Sinteza ključnog enzima nitrat reduktaze inhibirana je u prisustvu O2. Nitrifikacija i denitrifikacija su egzotermni procesi (povisuju temperaturu u reaktoru).

Hrenović

7

Anamox bakterije (ANaerobic AMMonia OXidation) u anaerobnim uvjetima oksidiraju amonijev ion s nitritom kao akceptorom elektrona do plina N2. Autotrofi, koriste CO2 kao izvor ugljika. NH4

+ + 2NO2- N2 + 2H2O

Otkrivene su 1980-tih, a u pročišćavanju otpadnih voda koriste se od 1990-tih. Danas se 50% prirodne denitrifikacije pripisuje Anammox bakterijama. Imaju vrlo nisku ratu prirasta (0.069/dan). Mulj koji sadrži Anammox bakterije je karakteristične crvene boje.

Hrenović Granula aktivnog mulja s Anammox bakterijama.

8

Napredne tehnologije uklanjanja dušika: SHARON - jednostavan sistem za uklanjanje dušika preko nitrita Anammox - potpuno autotrofno uklanjanje dušika CANON - kombinacija nitratacije i anaerobne oksidacije amonijevog iona BABE - bioaugmentacija (oplemenjivanje) s odvojeno uzgojenim nitrifikatorima.

Hrenović

9 Hrenović

UKLANJANJE FOSFORA Asimilacija = ugradnja ortofosfata u mikrobnu biomasu. Nagomilavanje ortofosfata unutar stanica fiziološke grupe fosfat-akumulirajućih bakterija u obliku netopivih zrnaca poli-fosfata.

10

BIOKEMIJSKI MEHANIZAM AKUMULACIJE FOSFORA U FOSFAT-AKUMILIRAJUĆIH BAKTERIJA

Hrenović

11

P-AKUMULIRAJUĆA BAKTERIJA

glikogen

polifosfat

O2 (ili NOx-)

Pi

Pi

b) aerobni (ili anoksični) metabolizam biološkog uzimanja fosfata. Pi = fosfat,

NOx-= oksidirani oblik dušika (nitrat ili nitrit), O

2 = kisik.

PHB

biomasa

NADH ATP

održavanje

Hrenović

12

Flokula aktivnog

mulja obojana po

Neisseru (a),

fosfat-

akumulirajuće

bakterije unutar

flokule aktivnog

mulja (b).

Vide se plavo

obojene nakupine

poli-P u stanicama.

a

b

b

Hrenović

13 Hrenović

Poli-fosfat je anorganski linearni polimer ortofosfata. Negativan

naboj molekule neutraliziran je kationima Na+, K+, Mg2+, Ca2+.

Sadrži fosfoanhidridne veze bogate energijom, koje su

termodinamički ekvivalentne energiji u ATP.

Poli-P su fundamentalno važni u brojnim biološkim procesima.

Kod bakterija predstavljaju:

• Izvor energije

• Mjesto pohrane kationa

• Uključeni su u kontrolu transkripcije gena

• Regulaciju aktivnosti enzima

• Odgovor na stres

• Strukturu staničnih kanala i pumpi

• Virulenciju.

14 Hrenović

Tehnologije uklanjanja fosfora (i dušika):

15 Hrenović

16 Hrenović

17 Hrenović

18 Hrenović

19 Hrenović

VFA = hlapive masne kiseline

20 Hrenović

21 Hrenović

22 Hrenović

23

Za pročitati: http://narodne-novine.nn.hr/clanci/sluzbeni/2010_07_87_2460.html

Hrenović