Biologiczne oczyszczalnie ścieków to przedsiębiorstwa wykorzystujące szereg różnorodnych technologii oczyszczania ścieków opartych na działaniu bakterii. Naukowcy ciągle pracują nad udoskonaleniem takich technik, dbając tym samym o zasoby wodne, które kurczą się w zastraszającym tempie. Nad wykorzystaniem nanomateriałów do wspomagania bakterii w efektywnym oczyszczaniu ścieków pracuje doktorant Mariusz Tomaszewski z Politechniki Śląskiej.
Pośród dostępnych metod oczyszczania ścieków na szczególną uwagę zasługuje proces beztlenowego utleniania amoniaku – anammox. Ta ekonomiczna i efektywna alternatywa dla klasycznych metod oczyszczania ścieków oparta jest na działaniu bakterii anammox, wyjątkowych „graczy” w przemianach azotu w przyrodzie, zarówno pod względem swojej budowy, jak i metabolizmu.
Bakterie te, choć niezwykle efektywne, mają jednak kilka wad, w tym podstawową z punktu widzenia oczyszczania ścieków. Mianowicie najdogodniejsza temperatura dla ich wzrostu to ok. 30°C.
Ścieki, które docierają do polskiej oczyszczalni nie mają tak wysokiej temperatury. Naukowcy podejmują więc badania nad efektywnie prowadzonym procesem anammox w temperaturach znacznie niższych od optymalnej, aby umożliwić działanie tej technologii w warunkach naszej strefy klimatycznej. Badania, które prowadzi mgr inż. Mariusz Tomaszewski z Politechniki Śląskiej skupione są na możliwości obniżenia temperatury procesu anammox z jak najmniejszym uszczerbkiem na jego efektywności.
Zawsze bliskie mi były tematy ochrony środowiska, dlatego w swoim projekcie zajmuję się tzw. zimnym anammoxem, czyli technologią beztlenowego utleniania amoniaku ze ścieków w temperaturach poniżej temperatury optymalnej dla prowadzenia tego procesu. Sam anammox jest bardzo obiecującą alternatywą dla klasycznych technik usuwania związków azotu ze ścieków, jednak w naszej strefie klimatycznej nie jest możliwy do wdrożenia. Skupiam się więc nad możliwością wspomagania tego procesu w temperaturach dużo niższych niż optymalna, wykorzystując do tego celu nanomateriały, między innymi zredukowany tlenek grafenu (RGO), aby poprawić efektywność działania bakterii anammox.
wyjaśnia naukowiec
Jego badania wskazują, że dodanie RGO do reaktora, w którym prowadzony jest proces anammox, pozwala na 15-20% wzrost aktywności bakterii anammox w porównaniu do procesu prowadzonego przez bakterie bez takiej stymulacji.
Jest to stosunkowo duża różnica w stosunku do konwencjonalnych technologii usuwania azotu w niskich temperaturach. Pozytywny efekt działania RGO najlepiej widać w temperaturze 13°C, co jest niezwykle obiecującym wynikiem. Warto również wspomnieć, że badana dawka tego związku w warunkach naszego eksperymentu nie działa negatywnie na zbiorowisko bakterii, które są odpowiedzialne za proces. Jest to bardzo ważne z punktu widzenia utrzymania bakterii anammox w dobrej kondycji.
dodaje doktorant
Okazuje się również, że pomimo braku wyraźnego wpływu RGO na zbiorowisko bakterii funkcjonujących w bioreaktorze eksperymentalnym, mikroorganizmy te nie pozostają obojętne na użyty w tym eksperymencie nanomateriał, co więcej, traktują go jako potencjalny pokarm. W obrazie z mikroskopu elektronowego oraz wynikach spektroskopii strat energii elektronów (EELS) widoczne jest „nadgryzienie” i modyfikacja struktury RGO, jej utlenienie i przyłączenie jonów wapnia.
Takie wyniki pokazują, że nanomateriały mogą być również degradowane przez bakterie. A w czasach, w których nanostruktury wkraczają we wszystkie gałęzie przemysłu, a potem – jako zanieczyszczenia, występują powszechnie we wszystkich elementach środowiska i mają nadal nie do końca poznany wpływ na człowieka, dobrze jest wiedzieć, że bakterie środowiskowe mogą być mikrostrażnikiem naszego zdrowia.
ocenia doktorant
źródło: naukawpolsce.pap.pl
