Dwustopniowe biologiczne usuwanie metali ciężkich z osadów ściekowych na przykładzie nadmiernego osadu czynnego

• Druk: Poznań, 2010
• Autor: Jan Gąsiorek
• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej

Doprowadzane do oczyszczalni komunalnych ścieki zawierają zanieczyszczenia, które przechodząc do osadów ściekowych, utrudniają lub wręcz uniemożliwiają ich biochemiczną stabilizację, a także wykorzystanie rolnicze. Do tych zanieczyszczeń zalicza się przede wszystkim metale ciężkie, szczególnie Cd, Zn, Pb, Hg, Cu i Cr, które są pobierane przez drobnoustroje osadu czynnego i kumulują się w ich komórkach w formie związków metaloorganicznych. Wzrastająca ilość osadów ściekowych w kraju, w tym osadów niebezpiecznych, staje się coraz większym problemem. Przykładowo w roku 2007 na terenie Polski wytworzono około 501 tys. Mg suchej masy osadów ściekowych, w tym około 1%, to jest 5 tys. Mg w przeliczeniu na suchą masę, odpadów niebezpiecznych, a w 2015 roku ilość osadów ściekowych może osiągnąć poziom 642 tys. Mg suchej masy. Stale rosną w związku z tym koszty gospodarki osadami ściekowymi i coraz bardziej brakuje miejsca na ich składowanie. Dlatego przepisy prawa ochrony środowiska zmuszają do ich detoksykacji, zmniejszania objętości i masy oraz konieczności zagospodarowania. W krajach Unii Europejskiej od 2005 roku nie można deponować na składowiskach osadów ściekowych zawierających metale ciężkie, a funkcjonujące składowiska muszą być wyposażone w układy monitorowania zawartości jonów metali ciężkich w odciekach wodnych. Niewielka dopuszczalna przepisami prawa zawartość metali ciężkich w osadach ściekowych nie była do tej pory przeszkodą w ich wykorzystywaniu w rolnictwie. Obecnie takie zagospodarowanie wymaga detoksykacji osadów ściekowych z tych zanieczyszczeń, jednak wciąż nie ma powszechnie akceptowanej metody ich utylizacji. Wprawdzie w literaturze przedmiotu opisano wiele chemicznych metod usuwania metali ciężkich z osadów ściekowych, ale są one drogie, charakteryzują się znacznym zużyciem chemikaliów i energii cieplnej. Istnieje zatem pilna potrzeba poszukiwania nowych, tanich i ekologicznie bezpiecznych rozwiązań technologicznych detoksykacji osadów ściekowych z metali ciężkich. Wydaje się, że warunki te spełniają metody mikrobiologiczne. Naprzeciw tym potrzebom wychodzi opisana w niniejszej pracy metoda dwustopniowego, biologicznego procesu usuwania metali ciężkich z osadów ściekowych na przykładzie nadmiernego osadu czynnego. Badania prowadzono w ramach grantu habilitacyjnego nr N52300132/0039/2007: „Wykorzystanie cyklu siarki do usuwania jonów metali ciężkich z osadów”, który realizowano w Zakładzie Ochrony Środowiska Instytutu Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich w Poznaniu i finansowano z budżetu państwa.

• Kategorie:
  1. Ebooki i Audiobooki »
  2. Ebooki »
  3. Ebooki popularnonaukowe i specjalistyczne »
  4. Technika
• Język wydania: polski
• ISBN: 978-83-7143-832-5
• ISBN druku: 978-83-7143-832-5
• Liczba stron: 77

WPROWADZENIE      5

1. PRZEGLĄD PIŚMIENNICTWA      6

1.1. Osady ściekowe i ich charakterystyka      6
1.2. Stabilizacja osadów ściekowych          6
1.2.1. Stabilizacja termiczna     6
1.2.2. Stabilizacja chemiczna      8
1.2.3. Stabilizacja biologiczna      9
1.3. Wysoka zawartość metali ciężkich barierą w zagospodarowaniu osadu nadmiernego          11
1.4. Usuwanie metali ciężkich z osadów ściekowych        14
1.5. Metabolizm siarki w komórkach Desulfovibrio desulfuricans    16
1.6. Metabolizm siarki w komórkach Thiobacillus ferrooxidans    18
1.7. Wykorzystanie Thiobacillus ferrooxidans do utleniania siarczków       19

2. CEL PRACY I ZAKRES BADAŃ    24

2.1. Podstawowy i dodatkowy cel badań      24
2.2. Zakres badań           25

3. MATERIAŁY I METODY BADAŃ         26

3.1. Materiał badawczy        26
3.1.1. Nadmierny osad czynny         26
3.1.2. Zawiesiny CdS, CuS i ZnS         27
3.1.3. Materiał biologiczny     28
3.1.3.1. Bakterie Desulfovibrio desulfuricans        28
3.1.3.2. Bakterie Thiobacillus ferrooxidans         28
3.2. Metody badań           29
3.2.1. Usuwanie jonów metali ciężkich z osadu nadmiernego metodą chemiczną         29
3.2.2. Usuwanie jonów metali ciężkich z osadu nadmiernego w obecności rodzimej mikroflory osadu czynnego     29
3.2.3. Precypitacja metali ciężkich w postaci siarczków z osadu nadmiernego w obecności Desulfovibrio desulfuricans   30
3.2.4. Utlenianie precypitatów siarczkowych w obecności Thiobacillus ferrooxidans        30
3.2.5. Biologiczne testy osadu nadmiernego pozbawionego metali ciężkich    31
3.2.6. Utlenianie CdS, CuS i ZnS w obecności Thiobacillus ferrooxidans     32
3.2.7. Chemiczne utlenianie precypitatów siarczkowych    32
3.3. Metody analityczne        33
3.3.1. Oznaczanie aktywności oddechowej Thiobacillus ferrooxidans       33
3.3.2. Oznaczanie zdolności natleniania (OC) urządzenia napowietrzającego reaktor           33
3.3.3. Ustalenie doświadczalnej szybkości reakcji bioutleniania siarczków metali      34
3.3.4. Równania kinetyczne procesu bioutleniania siarczków    35
3.3.5. Szacowanie energii aktywacji oraz współczynnika temperaturowego w procesie utleniania siarczków metali przez Thiobacillus ferrooxidans 35
3.3.6. Oznaczanie wskaźników fizyczno-chemicznych      36
3.3.7. Oznaczanie zawartości metali      36
3.3.8. Oznaczanie zawartości białka      36
3.4. Statystyczne metody oceny wyników badań      37

4. WYNIKI BADAŃ I ICH OMÓWIENIE      38

4.1. Usuwanie jonów metali ciężkich z osadu nadmiernego metodą chemiczną    38
4.2. Usuwanie jonów metali ciężkich z osadu nadmiernego w obecności rodzimej mikroflory (autostabilizacja)      40
4.3. Eliminacja metali ciężkich z osadu nadmiernego w obecności Desulfovibrio desulfuricans           44
4.4. Utlenianie powstałych w procesie biodesulfurykacji osadów siarczkowych w obecności Thiobacillus ferrooxidans      47
4.5. Ocena przydatności nawozowej nadmiernego osadu czynnego pozbawionego metali ciężkich          49
4.6. Kinetyka ekstrakcji jonów metali ciężkich z CdS, CuS i ZnS w obecności Thiobacillus ferrooxidans hodowanych na zmodyfikowanym podłożu 9K    53
4.7. Zdolność natleniania (OC) urządzenia napowietrzającego reaktor   58

5. DYSKUSJA I WNIOSKI       62

LITERATURA        69