Βιοεξυγείανση και απόδοση στην εφαρμογή της επεξεργασίας βιολογικής λάσπης

Ο όρος βιοεξυγείανση (μετ. του όρου bioremediation) είναι γενικός και αποδίδει την οποιαδήποτε βιολογική επεξεργασία που σχετίζεται με τη διάσπαση της οργανικής ύλης. Χρησιμοποιείται κυρίως στα εγχειρίδια της γενικής (ή και περιβαλλοντικής) μικροβιολογίας.

 

Στη περίπτωση του βιολογικού καθαρισμού η οργανική ύλη (οργανικοί ρύποι) χρησιμοποιείται κυρίως από ετερότροφα βακτηρίδια (αερόβια ή αναερόβια) ως υπόστρωμα (τροφή) για τη κάλυψη των μεταβολικών τους αναγκών. Ως αποτέλεσμα έχομε την διάσπαση των οργανικών ρύπων με ταυτόχρονη παραγωγή νέων βακτηριδίων.

 

Ο μεταβολισμός των βακτηριδίων διακρίνεται σε καταβολισμό και αναβολισμό.

Ο καταβολισμός περιλαμβάνει όλες τις εσωτερικές κυτταρικές λειτουργίες που αποσκοπούν στη παραγωγή ενέργειας που είναι αναγκαία για την ομαλή τους λειτουργία. Η ενέργεια αυτή υπό μορφή κυρίως χημικής ενέργειας στηρίζει τις βιοχημικές διεργασίες που είναι απαραίτητες για τον αναβολισμό των βακτηριδίων, δηλαδή τον πολλαπλασιασμό τους (παραγωγή νέου κυτταροπλάσματος) καθώς και για την παραγωγή πολύπλοκων ουσιών μεγάλου μοριακού βάρους που αποθηκεύονται στο κυτταρόπλασμα και χρησιμοποιούνται σε περιόδους έλλειψης υποστρώματος ώστε να διατηρηθεί η ζωή.

 

Είναι προφανές ότι οι δύο διακριτές διεργασίες του καταβολισμού και αναβολισμού είναι στη πραγματικότητα αλληλένδετες δεδομένου μάλιστα ότι οι βιοχημικές αντιδράσεις είναι αμφίδρομες, που σημαίνει ότι μια ορισμένη αντίδραση κατά τη μία φορά εντάσσεται στις καταβολικές λειτουργίες ενώ κατά την άλλη στις αναβολικές.

Όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις που ρυθμίζουν τη ζωή των βακτηριδίων καταλύονται από ένζυμα η παραγωγή των οποίων σε ό,τι αφορά το είδος και την διαθεσιμότητα ελέγχεται από το γενετικό υλικό (γονιδίωμα από DNA,RNA). Σημειώνεται ότι τα βακτηρίδια είναι προκαριωτικοί μικροοργανισμοί που σημαίνει ότι το κύτταρο δεν διαθέτει διακριτά δομημένο πυρήνα στον οποίο να είναι εγκλεισμένο το γενετικό τους υλικό (γονιδίωμα).

 

Ο αερόβιος βιολογικός καθαρισμός στηρίζεται στη δράση αερόβιων ετερότροφων βακτηριδίων. Τα αερόβια βακτηρίδια κατά τη φάση του καταβολισμού οξειδώνουν οργανικές ουσίες του υποστρώματος και τα ιόντα υδρογόνου που αποσπώνται κατά την πολύπλοκη αυτή βιοχημική διεργασία έχουν ως τελικό αποδέκτη το διαλυμένο οξυγόνο του βιοαντιδραστήρα, το οποίο ανάγεται (από σθένος 0 σε σθένος –2) με αποτέλεσμα την παραγωγή μορίων νερού (Η2Ο). Εν προκειμένω η παραγόμενη χημική ενέργεια αξιοποιείται από τη διαδικασία του αναβολισμού με τελικό αποτέλεσμα την παραγωγή νέας βιομάζας.

 

Βασικό κριτήριο για την ομαλή λειτουργία ενός αερόβιου βιολογικού καθαρισμού είναι η ιδιότητα της βιομάζας να διαχωρίζεται με ευκολία από τα καθαρισμένα απόβλητα. Αυτό προϋποθέτει τον σχηματισμό συνεκτικών βακτηριδιακών συσσωματωμάτων ειδικού βάρους μεγαλύτερου του νερού. Ο σχηματισμός των συσσωματωμάτων ευνοείται όταν το ενεργειακό απόθεμα των βακτηριδίων είναι περιωρισμένο, όταν δηλαδή λειτουργούν στη λεγόμενη ενδογενή φάση (ενδογενής διαπνοή).

 Κατά την ενδογενή διαπνοή ο μεταβολισμός των βακτηριδίων στηρίζεται εν μέρει στο διαθέσιμο υπόστρωμα και εν μέρει στην χρήση ουσιών αποθηκευμένων στο κυτταρόπλασμα. Εγκαθίσταται συνεπώς μια δυναμική ισορροπία και στα συσσωματώματα περιέχονται ζώντα και νεκρά βακτηρίδια, ροφημένη οργανική και ανόργανη ύλη, έρποντα και αγκυρωμένα πρωτόζωα τα οποία αξιοποιούν ως πηγή τροφής την νεκρή βακτηριδιακή ύλη καθώς και μετάζωα. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα συσσωματώματα δομούνται επάνω σε ένα δίκτυο από πολύπλοκες μεγαλομοριακές ουσίες (υδατανθρακικής και πρωτεϊνικής σύστασης με μικτά υδρόφοβα και υδρόφιλα χαρακτηριστικά) που αποτελούν προϊόντα του βακτηριδιακού μεταβολισμού.

 

Στη πράξη η συνεκτικότητα των βακτηριδιακών συσσωματωμάτων ελέγχεται από τον λόγο F/M όπου το F εκφράζει σε kg BOD5(ή COD)/day το διαθέσιμο οργανικό φορτίο (υπόστρωμα), ενώ το M σε kg MLSSMLVSS) εκφράζει τη συγκέντρωση της βιομάζας στον βιοαντιδραστήρα. Σκόπιμο είναι ο λόγος αυτός να διατηρείται χαμηλός (F/M < 0,1) ώστε το σύστημα να λειτουργεί συνεχώς στην ενδογενή φάση. Ρυθμιστικός παράγοντας εν προκειμένω είναι ο έλεγχος της ανακυκλοφορίας της βιομάζας (βιολογικής λάσπης) που συνεπάγεται και την κατά περιόδους αφαίρεση περίσσειας βιολογικής λάσπης.

 

Τα σύγχρονα αερόβια βιολογικά συστήματα επιδιώκουν την παραγωγή όσο το δυνατόν μικρότερης ποσότητας περίσσειας λάσπης και με υψηλό βαθμό σταθεροποιήσης. Ο βαθμός σταθεροποίησης εξαρτάται από το ποσοστό της αδρανούς  οργανικής ύλης η οποία αποτελείται από ουσίες που δεν διασπώνται περαιτέρω βιολογικά.

 

Κατά συνέπεια η περίσσεια της λάσπης θα πρέπει

 

  1. Να  είναι πλήρως απαλλαγμένη από ροφημένες βιοδιασπώμενες οργανικές ουσίες μεγάλου μοριακού βάρους. Αυτό σημαίνει ότι τα είδη των βακτηριδίων που έχουν αναπτυχθεί στη βιομάζα θα πρέπει να είναι ικανά να παράγουν στην εξωτερική επιφάνεια του κυτταροπλάσματος τα κατάλληλα υδρολυτικά εξωένζυμα ώστε τα μεγαλομόρια να διασπασθούν σε απλούστερα ικανά να εισέλθουν,μέσω του κυτταρικού τοιχώματος και της περικυτταρικής μεμβράνης, στο εσωτερικό των βακτηριδίων. Σε ορισμένες μάλιστα περιπτώσεις, όταν το υπόστρωμα περιέχει δυσδιάσπαστες χημικές ουσίες υπό κολλοειδή ή αδιάλυτη μορφή, τα βακτηρίδια θα πρέπει να αναπτύξουν κατάλληλους μηχανισμούς παραγωγής εξειδικευμένων εξωενζύμων.
  2. Να περιέχει σε μεγάλο ποσοστό αδρανή τελικά προϊόντα μεταβολισμού, όπως είναι τα χουμικά οξέα καθώς και την αδιάλυτη ανόργανη ύλη που έχει ροφηθεί και προσροφηθεί στο πλέγμα στήριξης των συσσωματωμάτων. 

Ειδικότερα τα χουμικά οξέα είναι ιδιαιτέρως σύνθετες οργανικές ενώσεις πολύ μεγάλου μοριακού βάρους που περιέχουν πλήθος καρβοξυλομάδων και φαινολικών υδροξυλομάδων και που με βάση τη βιβλιογραφία η συγκέντρωσή τους στη βιομάζα κυμαίνεται από 20 έως 200 mg/g VSS 

 

Σύμφωνα με τα όσα αναπτύχθηκαν είναι προφανές ότι η βιοαποικοδόμηση της οργανικής ύλης οδηγεί στη δημιουργία νέας οργανικής ύλης υπό τη μορφή του βακτηριδιακού κυτταροπλάσματος. Είναι προφανές ότι στους βιολογικούς καθαρισμούς η περίσσεια της βιομάζας δεν είναι δυνατόν να εξαλειφθεί πλήρως. Σ’αυτό άλλωστε συνηγορεί και το γεγονός ότι στα ειδικά συστήματα περαιτέρω βιολογικής επεξεργασίας της βιολογικής λάσπης, αερόβια ή αναερόβια, ο αναμενόμενος βαθμός απόδοσης σε ό,τι αφορά τη μείωση της αρχικής οργανικής ύλης της βιομάζας , δεν ξεπερνά το 60-70% .

 

Βεβαίως σε περίπτωση που η βιομάζα έχει αναπτύξει με ιδιαίτερη επιτυχία την αποικοδομητική της δράση ιδιαιτέρως σε ό,τι αφορά δυσδιάσπαστες κολλοειδείς και αδιάλυτες οργανικές ουσίες, ενώ παράλληλα βρίσκεται υπό άριστες συνθήκες οργάνωσης και λειτουργίας των  βακτηριδιακών συσσωματωμάτων , θα πρέπει να αναμένεται μια εύλογη μείωση της περίσσειας της βιομάζας κατά 50% περίπου. Προς την κατεύθυνση αυτή σκόπιμη είναι η χρήση εξειδικευμένων βακτηριδιακών καλλιεργειών- προϊόντων βιοτεχνολογίας,κυρίως όταν πρόκειται να υποστούν επεξεργασία «δύσκολα» βιομηχανικά απόβλητα.

 

Επιλεγμένη βιβλιογραφία

  1. Microorganisms in activated sludge and biofilm processes,Water science and technology, Vol.46,no ½,2002
  2. Ross E McKinney, Microbiology for sanitary engineers,N.Y,1962
  3. Sewage sludge stabilisation and disinfection, edited by Alan Bruce, WRC, 1984

 

 

Φ.Α.Βεϊνόγλου                                                                      Αθήνα,8-1-2018

Η EuroConstruction Company έχει πιστοποιηθεί και λειτουργεί σύμφωνα με το Διεθνές Ποιοτικό Πρότυπο - ISO 9001:2015

"Η εμπειρία μας στη διάθεση των πελατών μας"

EuroConstructionCompany S.A.

Επικοινωνία

Γραφεία - Εργοστάσιο

Δημοκρίτου 9, 19400 ΒΙ. ΠΕ. Κορωπίου 

Τηλ: + 30 210 7245 642 , +30 210 7245383 , +30 210 7245303

FAX: + 30 210 7223620

e-mail: info@ecc.com.gr

Newsletter

Εγγραφείτε στο newsletter μας για να ενημερώνεστε πρώτοι για όλες τις δραστηριότητες της εταιρείας μας.

©2019 EuroConstructionCompany. All Rights Reserved. by Queen Adv

Search