Marija Vuković Domanovac

Nenad Bolf (ur.)

Croatian

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia

  OSVJEŽIMO ZNANJE, Kem. Ind. 70 (3-4) (2021) 192–193192OSVJEŽIMO ZNANJEUređuje: Nenad Bolfosvježimo znanjeProces s aktivnim muljem svrstava se u skupinu bioloških postupaka pročišćavanja otpadnih voda koji se odvijaju u prisustvu kisika. Svi aerobni biološki postupci temelje se na principima samopročišćavanja, kao temeljnog svojstva prirodnog okoliša. Ljudskim djelovanjem, uvođenjem kisika u otpadnu vodu te stvaranjem velike aktivne površine pomoću pahuljica aktivnog mulja, postiže se u kratkom vremenu intenzivno pročišćavanje voda. Princip pročišćavanja sastoji se u uzgoju mikroorganizama i stvaranju povoljnih uvjeta za njihov rast i razvoj.Proces aktivnog mulja trenutačno je najčešće primjenjivan bio-loški postupak pročišćavanja otpadnih voda u razvijenom svijetu. S tehno-ekonomskog stajališta nadmašuje sve druge biološke po-stupke pročišćavanja otpadnih voda, a uspjeh se očituje u viso-kom učinku cjelokupnog sustava.Povijesni pregledNapori engleskih inženjera, kemičara i mikrobiologa doveli su do osmišljavanja procesa s aktivnim muljem. Krajem 19. stoljeća u Engleskoj se razvijala ideja o pročišćavanju otpadnih voda aera-cijom u prisustvu mikroorganizama. Provedeni eksperimenti nisu dali zadovoljavajuće rezultate. Tek je Amerikanac Clarke 1912. godine (Lawrence, Massachussetts) uspio dobiti znatno sma-njenje potrošnje kalijeva permanganata kada je otpadnu vodu aerirao u prisustvu mikroorganizama. Slična istraživanja između 1912. i 1914. godine provodili su Ardern i Lockett (Manchester, Engleska), koji su dobili visoke vrijednosti pročišćavanja primje-nom aktivne mase, odnosno aktivnog mulja kojeg su nakon ta-loženja ponovno vraćali u proces. Naime, provedbom šaržnih aeracijskih pokusa primijećeno je da se otpadna voda ne može pročistiti samo aeriranjem, već da je pročišćavanje potrebno pro-voditi zajedno s aktivnim muljem i živim organizmima koji se u njemu nalaze. Kad se aeriranje smjese otpadne vode i mulja pre-kine, aktivni mulj se taloži, a supernatant se time oslobađa od onečišćenja.Prelazak na kontinuirani proces sastojao se od taloženja aktivnog mulja u sekundarnom taložniku koji se nastavljao na aeracijski spremnik, uz izvedeni povratni tok aktivnog mulja u aeracijski spremnik. Prekomjerna količina aktivnog mulja koji nastane u navedenom procesu tretira se kao višak mulja i redovito se odvo-di iz taložnika. U svrhu uklanjanja onečišćenja iz otpadne vode, proces s aktivnim muljem se proširuje procesima nitrifikacije, de-nitrifikacije i uklanjanja fosfora.Od osmišljavanja krajem 19. stoljeća i početka primjene u 1913. godini proces je široko prihvaćen i dalje se razvija, što mu daje jedinstvenu fleksibilnost u radu.Aktivni muljAktivni mulj predstavljaju mikroorganizmi čija se aktivnost može prikazati kao biološki proces, a za uspješnu kontrolu potrebno je nadzirati njihov rast, odnosno kontrolirati čimbenike koji utječu na njih. Različite vrste mikroorganizama, najčešće bakterije, uz prisutnost kisika svojim metabolizmom i enzimatskim procesima razgrađuju otopljene sastojke u otpadnoj vodi koje im služe kao izvor hranjivih tvari. Osim bakterija, u mješovitoj mikrobnoj za-jednici prisutne su i druge vrste organizama, kao što su to alge, protozoe, metazoe, rotifere.Mikroorganizmi imaju ključnu ulogu u biorazgradnji koja se te-melji na uklanjaju organskih tvari, pri čemu mikrobiološka zajed-nica mora biti dobre kakvoće i održiva. Aktivnost mikroorganiza-ma uvjetovana je mnogim čimbenicima, kao što su to prisutnost hranjivih tvari, temperatura, koncentracija otopljenog kisika, pH vrijednost te koncentracija toksičnih tvari u otpadnoj vodi. Da bi se razgradnja otopljenih sastojaka iz otpadne vode provodila istovremeno i učinkovito, mikroorganizmi trebaju djelovati kao mješovite mikrobne zajednice temeljene na različitim zakoni-tostima njihova međudjelovanja. Hranjivim tvarima prisutnim u otpadnoj vodi bakterije se koriste za rast, proizvodnju energije i održavanje stanica. Viši oblici mikroorganizama, poput protozoa i rotifera, funkcioniraju kao prirodna kontrola brojnosti bakterijske populacije koja im služi kao izvor hrane. Uklanjanjem bakterija igraju važnu ulogu u kontroliranju koncentracije aktivnog mulja.Pahuljice aktivnog muljaAktivni mulj nastaje međusobnim povezivanjem mikroorganiza-ma i suspendiranih tvari u veće ili manje nakupine zvane pahu-ljice (slika 1a). Bakterije čine oko 95 % od ukupne biomase ak-tivnog mulja i odgovorne su za oksidaciju i transformaciju većine organske tvari. Imaju najveću biokemijsku aktivnost zbog brzog staničnog rasta te raznolikog enzimskog potencijala i proizvode ekstracelularnu polimernu tvar koja omogućuje flokulaciju, od-nosno stvaranje pahuljica aktivnoga mulja.Suha tvar aktivnog mulja sastoji se od kompleksa mineralne i or-ganske tvari. Mineralni dio (10 – 30 %) sastoji se uglavnom od fosfora i kalcija. Najveći udio u organskoj tvari čine proteini (oko 70 %). Njihova količina ovisi o vrsti mikroorganizama, starosti ak-tivnog mulja i sastava otpadnih voda. Aktivni mulj sadrži i znat-ne količine lipida te ugljikohidrata. Veličina pahuljica kreće se od nekoliko desetaka do nekoliko tisuća mikrometara, na što u znatnoj mjeri utječe i prisustvo nitastih bakterija. Nitaste bakterije prožimaju pahuljicu i održavaju je cjelovitom. Ako njihov broj ili Proces s aktivnim muljemM. Vuković Domanovac *Sveučilište u Zagrebu Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Marulićev trg 19, 10 000 Zagreb* Prof. dr. sc. Marija Vuković Domanovac  e-pošta: mvukovic@fkit.hra) b)Slika 1 – a) Mikrofotografija pahuljica aktivnog mulja, P = 100×; b) Mi-krofotografija pahuljica aktivnog mulja s nitastim bakterijama, P = 100×OSVJEŽIMO ZNANJE, Kem. Ind. 70 (3-4) (2021) 192–193  193udio u pahuljici postane prevelik (slika 1b), smanjuje se sposob-nost njihova taloženja.Pahuljice aktivnog mulja predstavljaju najvažniji element u pro-cesu obrade otpadne vode. Stvaranje pahuljica ovisi o sposobno-sti samih stanica da stvaraju pahuljice, o kakvoći otpadne vode te o koncentraciji otopljenog kisika i hidrodinamičkim uvjetima u sustavu.Proces obrade otpadne vode aktivnim muljemProces s aktivnim muljem najčešći je način pročišćavanja otpad-nih voda opterećenih organskim tvarima. Uklanjanje organskih tvari provodi se pomoću aerobnih mikroorganizama koji se na-laze unutar paljuljice ili na pahuljici aktivnog mulja. Aeracijom suspenzije aktivnog mulja i otpadne vode u bioreaktoru (slika 2) osigurava se izmjena supstrata i produkata metabolizma, kao i potrebna količina kisika za održavanje životne aktivnosti mikro-organizama. U sekundarnom taložniku razdvaja se čvrsta faza (aktivni mulj) od pročišćenog izlaznog toka. Jedan dio aktivnog mulja ponovno se vraća u proces gdje služi kao aktivator biološ-kog procesa, a drugi otpadni mulj se dalje obrađuje posebnim postupcima. U aeracijskom bazenu moraju se osigurati povoljni životni uvjeti, abiotički i biotički, za rast i razvoj aktivnog mulja. Organska tvar može biti transformirana oksidacijom u krajnje ok-sidacijske produkte poput CO2, nitrata, sulfata i fosfata, uz bio-sintezu u biomasu.otpadna voda bioreaktoraeracijapovrat mulja otpadni muljsekundardni taložnikobrađena vodaSlika 2 – Proces obrade otpadne vode aktivnim muljemUčinkovitost obrade otpadne vode aktivnim muljem ovisi o ula-znoj koncentraciji i sastavu otpadne vode kao supstrata, pri čemu važnu ulogu ima vrsta prisutne organske tvari, koncentracija mi-kroorganizama, vrijeme trajanja kontakta supstrata s mikroor-ganizmima i koncentracija raspoloživog kisika te pH-vrijednost, temperatura i hidrauličko vrijeme zadržavanja otpadne vode te vrijeme zadržavanja stanica mikroorganizama u bioreaktoru.Kinetička analiza procesaMikrobna razgradnja definira se općenito kao biološki katalizira-no smanjenje kemijske složenosti organskih tvari. U prirodnom okolišu uvjeti za biorazgradnju vrlo su složeni, pa brzina i stupanj biorazgradnje ovise o kemijskim, fizikalnim i biološkim čimbeni-cima koji mogu biti različiti za različite ekosustave. Iako su mi-krobni procesi vrlo kompleksni, pojedina procesna zbivanja, ili skupine tih zbivanja, mogu se predstaviti pomoću modela. Prou-čavanje dinamike procesa biorazgradnje zahtijeva primjenu ma-tematičkog modeliranja zbog lakšeg razumijevanja procesa koji je rezultat međusobnih djelovanja različitih faktora uključenih u tom složenom sustavu.Promjene koncentracije biomase u mikrobnoj kulturi tijekom rav-notežnog rasta općenito se opisuju kinetikom prvog reda. Brzina rasta u svakom trenutku proporcionalna je broju ili masi mikroor-ganizama prisutnih u sustavu u vremenu: Najpoznatiji kinetički model koji povezuje rast biomase s kon-centracijom supstrata postavio je Monod. On je definirao funk-cijsku ovisnost specifične brzine rasta biomase i koncentracije: Pri nekom vremenskom pomaku promjena koncentracije sup-strata proporcionalna je koncentraciji prisutne biomase:= = ⋅s s vddSr q XtBrzina stvaranja biomase manja je od brzine potrošnje supstrata jer se reakcijama katabolizma neki dijelovi supstrata prevode u nerastući faktor. Stoga vrijedi jednadžba:=x sr YrKoncentracija supstrata obično se smanjuje rastom mikroorgani-zama te se može razviti sljedeća jednadžba:Pri kraju procesa biorazgradnje, kad je većina supstrata uklonje-na, dolazi do smanjenja koncentracije biomase s obzirom na to da dio mikrobne populacije odumire. Za izračunavanje tog feno-mena pretpostavlja se da je brzina smanjenja koncentracije bio-mase proporcionalna koncentraciji biomase u sustavu: = =  vd d vddXr k XdtSmanjenje koncentracije stanica poznato je kao faza endogene respiracije.Simbolikd konstanta odumiranja mikroorganizama, d−1Ks konstanta zasićenja supstratom, mg dm−3qs specifična brzina potrošnje supstrata, g g−1 d−1rd brzina odumiranja, g dm−3 d−1rs brzina potrošnje supstrata, g dm−3 d−1rx brzina rasta biomase, g dm−3 d−1S koncentracija supstrata, mg dm−3t vrijeme, dXv koncentracija biomase, g dm−3Y koeficijent iskorištenja, g g−1μ specifična brzina rasta, d−1μmax maksimalna specifična brzina rasta biomase, d−1Literatura1.  L. K. Wang, N. C. Pereira, Y.-T. Hung, Biological treatment proce-sses, Humana Press, New York, 2009.2.  M. Vuković, Disertacija, Fakultet kemijskog inženjerstva i tehno-logije, Zagreb, 2006.3.  G. Bitton, Wastewater Microbiology, John Wiley & Sons, New York, 2005.4.  T. J. Casey, Unit treatment processes in water and wastewater engineering, John Wiley & Sons, New York, 1997.

Osvježimo znanje: Proces s aktivnim muljem

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia