Stabilność wzmacnia strategie oczyszczania ścieków
Strategie biologicznego oczyszczania ścieków polegają na wykorzystaniu mikroorganizmów, które pozyskują energię do rozwoju, przekształcając zanieczyszczenia i podłoża w nieszkodliwe produkty. W szczególności bakterie używane w procesie beztlenowego utleniania amonu (anamoks) posiadają wyjątkową zdolność łączenia amonu i azotynu w celu wytworzenia gazowego azotu. Właściwość tę wykorzystano do usuwania azotu ze ścieków o wysokim stężeniu amonu. Ze względu na niską szybkość wzrostu bakterii anamoks działanie reaktora wymaga skutecznego zatrzymywania biomasy. Tworzenie się dużych granulowanych agregatów drobnoustrojów o doskonałych właściwościach sedymentacyjnych poprawia wydajność reaktora i zwiększa stabilność technologii anamoks. Naukowcy z finansowanego ze środków UE projektu POLIS chcieli zbadać proces granulacji i określić parametry, które wpływają na wytwarzanie zgranulowanego szlamu anamoks. „Naszym celem było poznanie mechanizmu niezbędnego do zapewnienia stabilności mechanicznej bakterii anamoks, warunku wstępnego procesu oczyszczania miejskich ścieków”, wyjaśnia koordynator projektu, prof. Malpei. Procesy bakteryjne anamoks Stabilność granulatu jest ściśle związana z właściwościami zewnątrzkomórkowych substancji polimerowych (EPS) wydzielanych przez bakterie anamoks. Naukowcy z zespołu projektu POLIS wykorzystali różne metody, w tym spektrometrię masową i chromatografię cieczową, do identyfikacji struktur EPS i wyjaśnienia głównych mechanizmów wpływających na stabilność granulatu. W celu zbadania interakcji głównych komponentów EPS, białek i polisacharydów oraz kationów połączono nowoczesne techniki reologiczne z rozpraszaniem światła i mikroskopią. Po ekstrakcji analiza EPS wykazała obecność białek, polisacharydów i lipidów, a także kwasów nukleinowych. Ogólnie zidentyfikowano 251 białek, z których większość stanowiła integralną część błony komórkowej bakterii. Ze strukturalnego punktu widzenia „identyfikacja EPS jako włókienek amyloidopodobnych pomoże usprawnić proces wytwarzania zgranulowanego szlamu anamoksowego i zwiększy jego stabilność, czyli najważniejsze czynniki w obecnych zastosowaniach”, kontynuuje dr Tommaso Lotti, główny badacz, któremu przyznano prestiżowe stypendium Marie Skłodowska-Curie Actions. Co ciekawe, EPS otrzymane z granulowanego osadu anamoksowego wykorzystano do wytworzenia lepko-sprężystego biomateriału, który mógłby zostać zastosowany w innych sektorach przemysłowych. Poprzez fizykochemiczną charakterystykę odzyskanego biomateriału określono jego właściwości reologiczne w funkcji stężenia EPS. Ogólnie wgląd w skład i funkcję EPS w granulkach anamoks przyczyni się do wdrożenia innowacyjnych procesów opartych na technologii anamoks w miejskich oczyszczalniach ścieków i ponownego wykorzystania wytworzonego granulowanego osadu ściekowego. Promowanie gospodarki o obiegu zamkniętym W przypadku technologii anamoks wytwarzana biomasa zawiera mieszaninę bakterii i EPS wydzielanych przez same bakterie. Obecnie osad ten uważa się za odpad, a koszty jego utylizacji stanowią do 50% kosztów operacyjnych oczyszczalni ścieków. Wyniki projektu POLIS sugerują, że procesy odzysku biomateriału opartego na EPS można zastosować w innych sektorach przemysłu, znacznie zwiększając zrównoważony charakter i ekonomię oczyszczania ścieków. Jak wyjaśnia dr Tommaso Lotti, „takie podejście sprzyjałoby rozwojowi gospodarki o obiegu zamkniętym, co przyczyniłoby się do przekształcenia konwencjonalnych oczyszczalni ścieków w wydajne biorafinerie”. Wyniki projektu POLIS dotyczące procesu anamoks z wykorzystaniem EPS obejmowały również procesy tworzenia biofilmu bakterii i zwiększyły ich znaczenie naukowe, ponieważ mogą być przydatne w innych obszarach, takich jak biofouling i biokorozja. Prof. Malpei przewiduje, że odkrycia dokonane w ramach projektu POLIS „zostaną wykorzystane przez istniejące firmy i organy zarządzające sieciami wodno-kanalizacyjnymi do bardziej efektywnego kierowania badaniami i rozwojem przyszłych procesów opartych na biofilmie i technologii anamoks”.
Słowa kluczowe
POLIS, zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe (EPS), ścieki, bakterie, beztlenowe utlenianie amonu (anamoks), biofilm, osad granulowany
