Nanomateriały mogą wspomagać bakterie w efektywnym oczyszczaniu ścieków
Pixabay / @ jarmoluk / CC0

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: www.naukawpolsce.pap.pl