Zgodnie z Ustawą z dnia 7 czerwca 2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (Dz. U. z dnia 13 lipca 2001 r.) ścieki wprowadzone do wód lub ziemi to:

a) wody zużyte na cele bytowe lub przemysłowe;

b) ciekłe odchody zwierzęce, z wyjątkiem gnojówki i gnojowicy przeznaczonej do rolniczego wykorzystania w sposób i na zasadach określonych w przepisach ustawy z dnia 26 lipca 2000 r. o nawozach i nawożeniu (Dz. U. Nr 89, poz. 991);

c) wody opadowe lub roztopowe, ujęte w systemy kanalizacyjne, pochodzące z powierzchni zanieczyszczonych, w tym z centrów miast, terenów przemysłowych i składowych, baz transportowych oraz dróg i parkingów o trwałej nawierzchni;

d) wody wykorzystane, odprowadzane z obiektów gospodarki rybackiej, jeżeli zawarty w nich ładunek zanieczyszczeń jest wyższy od ładunku zawartego w pobranej wodzie.

Ścieki dzielimy na:

• ścieki bytowe – ścieki z budynków przeznaczonych na pobyt ludzi, osiedli mieszkaniowych i terenów usługowych, powstające w szczególności w wyniku ludzkiego metabolizmu oraz funkcjonowania gospodarstw domowych;
• ścieki komunalne – ścieki bytowe lub mieszaninę ścieków bytowych ze ściekami przemysłowymi, lub mieszaninę ścieków bytowych z wodami opadowymi, lub mieszaninę ścieków bytowych ze ściekami przemysłowymi i wodami opadowymi;
• ścieki przemysłowe – ścieki odprowadzane z nieruchomości, na których prowadzi się działalność gospodarczą, niebędące ściekami bytowymi lub wodami opadowymi.

Co to są złoża biologiczne i jakie są ich rodzaje?

Rysunek 1.  Złoże biologiczne zraszane

Złoża biologiczne to urządzenia wykorzystujące zjawisko rozwoju mikroorganizmów na skutek biologicznego rozkładu związków organicznych. Większość masy biologicznej jest przytwierdzona do powierzchni wypełnienia złoża, na którym się rozwija w postaci błony biologicznej. Czynna grubość biofilmu nie przekracza 2-3 mm. Jako wypełnienie złóż biologicznych stosowane są obecnie materiały z tworzyw sztucznych, które są lżejsze, łatwiejsze w budowie i bardziej odporne na zapychanie się kanalików wypełnienia od materiałów naturalnych stosowanych dawniej (np. kamień). Złoża biologiczne można podzielić na złoża z wypełnieniem stałym, do których zalicza się złoża zalewane, zraszane i zanurzone, oraz złoża z wypełnieniem ruchomym, do których należą złoża tarczowe i zawieszone. Złoża zalewane to pierwszy i najstarszy rodzaj złóż biologicznych. Obecnie nie znajdują one zastosowania, gdyż ich sprawność jest mała i szybko zasklepiają się zatrzymanymi osadami. Zostały one wyparte przez złoża zraszane, które dzisiaj są najczęściej spotykanymi konstrukcjami złóż biologicznych. Przez te złoża ścieki stale się przesączają, bez ich zatapiania, co umożliwia stałą wymianę powietrza atmosferycznego podczas zraszania złoża. Natomiast złoża zanurzone (zalane) stale umieszczone są pod powierzchnią ścieków. Tlen wymagany do procesów biologicznych dostarczany jest w formie sprężonej poprzez dyfuzory umieszczone pod złożem. Złoża tarczowe (obrotowe) to rodzaj oczyszczalni z ruchomym wypełnieniem. Tarcze częściowo są umieszczone w ściekach, a ich ruch obrotowy pozwala dostarczać materię organiczną ze ścieków oraz tlen atmosferyczny do procesów tlenowego rozkładu. Złoża zawieszone (fluidalne) uznawane są za system łączący cechy osadu czynnego i złóż biologicznych. Lekkie kształtki wykonane z tworzyw sztucznych utrzymywane są w toni ścieków przy użyciu sprężonego powietrza lub mieszadeł, przez co proces oczyszczania ścieków staje się bardzo podobny do technologii osadu czynnego. Możliwość transportu masy biologicznej pomiędzy reaktorami o zmiennym stężeniu tlenu pozawala także na usuwanie fosforu na drodze biologicznej.

Rysunek 2. Oczyszczalnia ścieków

Biologiczne oczyszczanie ścieków z użyciem biofilmu.

Podstawowym celem biologicznego oczyszczania ścieków jest biologiczne usunięcie ze ścieków rozkładalnych zanieczyszczeń. Do prowadzenia procesów rozkładu wykorzystuje się populacje mikroorganizmów zawieszonych w toni ścieków (metody osadu czynnego) lub mikroorganizmów tworzących utwierdzoną biomasę (złoża biologiczne). Oczyszczanie ścieków na złożach biologicznych musi być poprzedzone stopniem mechanicznym (osadniki Imhoffa lub gnilne wykonane jako zbiorniki wielokomorowe). To oczyszczanie mechaniczne pozwala usunąć większe zanieczyszczenia ze ścieków, co chroni układ zraszający przed uszkodzeniem oraz zapobiega zatykaniu się wolnych przestrzeni złoża biologicznego. Zanieczyszczenia organiczne rozkładane są przez mikroorganizmy tworzące błonę biologiczną. Źródłem materii organicznej jest film wodny otaczający złoże. Napowietrzanie złóż biologicznych zachodzi w sposób naturalny tlenem atmosferycznym, który przenika przez warstwę filmu wodnego pozwalając na efektywny przebieg procesów tlenowego rozkładu. Nadmiar błony biologicznej odrywany jest od złoża biologicznego i usuwany ze strumienia ścieków w osadnikach wtórnych współpracujących ze złożami biologicznymi. Usuwane kłaczki błony biologicznej charakteryzują się stosunkowo dużym rozmiarem oraz dobrymi zdolnościami sedymentacyjnymi. Procesy biologicznego oczyszczania są wynikiem działalności mikroorganizmów osiadłych na materiale wypełniającym złoże w postaci wielogatunkowego biofilmu składającego się głównie z bakterii, grzybów i pierwotniaków, ale również z wrotek, nicieni, owadów i muszek. Prawidłowe funkcjonowanie mikroorganizmów zależy od odpowiedniego zaopatrzenia w tlen, który jest potrzebny do oddychania wewnątrzkomórkowego, ilości substancji odżywczych, temperatury oraz odczynnika ścieków. Rozpuszczone substancje organiczne adsorbują się na wierzchniej warstwie błony, następnie są wchłaniane i transportowane w głąb biofilmu. Substancje występujące w postaci koloidalnej lub zawieszonej nie mogą wniknąć do wnętrza biowarstwy, dlatego muszą wcześniej zostać rozłożone na jej powierzchni do prostych cząstek i dopiero wtedy dyfundują do wnętrza biofilmu, gdzie wraz z pozostałymi cząstkami są metabolizowane. W trakcie procesu usuwania zanieczyszczeń występuje przyrost masy biofilmu. Końcowe produkty metabolizmu przenoszone są do fazy ciekłej w przeciwnym kierunku niż substraty, co powoduje odrywanie się nadmiaru błony, która następnie w osadnikach wtórnych oddzielona jest od ścieków. Składnikiem niezbędnym do rozwoju błony biologicznej oraz do procesów metabolizmu jest azot i fosfor. W oczyszczalni ze złożami biologicznymi uzyskuje się stopień oczyszczania ścieków 65-95%. Do podstawowych zalet złóż biologicznych należą: prosta konstrukcja, małe zapotrzebowanie na teren, łatwa i niewymagająca obsługa, małe zużycie energii, duża tolerancja na gwałtowne zmiany obciążenia oraz mała wrażliwość na zmiany składu ścieków.

Wszędobylskie mikroorganizmy, jako najmniejsza i najstarsza prymitywna forma życia, występują w wodzie, powietrzu i glebie, w klimacie umiarkowanym, bardzo gorącym, a nawet pod kołem biegunowym. Znajdują się na zewnątrz oraz wewnątrz wszystkich otaczających nas rzeczy, zwierząt. Są nieodłącznym towarzyszem człowieka, zasiedlając skórę oraz błony śluzowe jamy ustnej, górnych dróg oddechowych, przewodu pokarmowego czy układu rodnego. Mikroorganizmy kojarzą nam się przede wszystkim ze szkodami jakie wyrządzają człowiekowi, zwierzętom i roślinom. Dla człowieka mogą być bardzo niebezpieczne, wywołując groźne w skutkach zakażenia, w najcięższych przypadkach prowadzące nawet do śmierci. Szkodliwe działanie mikroorganizmów ujawnia się także w wielu dziedzinach gospodarki człowieka i w przyrodzie.

Jednak wiele z nich już od dawna wykorzystuje się w gospodarstwie domowym i w przemyśle, gdzie są nie do zastąpienia. Ich „praca na rzecz człowieka” zaczyna się w przetwórstwie podstawowych produktów rolniczych, ale dotyczy też katalizy skomplikowanych reakcji chemicznych. Te pozornie prymitywne, jednokomórkowe organizmy osiągnęły zdolność do tworzenia ogromnych, niezwykle złożonych struktur, które można porównać do systemu społeczności osiedlonej. W tych strukturach różne gatunki i rodzaje drobnoustrojów pozostają w stosunku komensalizmu i symbiozy. Wykształciły system własnej komunikacji umożliwiającej im „inteligentne”, wzajemne porozumiewanie się poprzez wytwarzanie i wydzielanie do otoczenia cząstek sygnałowych. To zjawisko chemiczne znane jest jako quorum sensing i znalazło zastosowanie w różnych procesach fizjologicznych między innymi w tworzeniu biofilmu. Quorum sensing (z łac. obecność jest wystarczająca) w znaczeniu dosłownym oznacza poczucie obecności. Zjawisko to jest specyficznym systemem komunikacji, ściśle kontrolowanym przez określone geny w odpowiedzi na liczebność populacji drobnoustrojów. Ta skomplikowana struktura jaką jest biofilm dostarcza człowiekowi wiele problemów, a walka z nią jest niezwykle trudna. Złoża biologiczne to wspaniały przykład ujarzmienia tej złożonej formy organizmów jednokomórkowych i wykorzystania  ich jako sprzymierzeńców człowieka w walce o nasze środowisko.

Marta Maroszyńska

Literatura:

• A. Wałęga, K. Chmielowski, S. Satora, Stan gospodarki wodno-ściekowej w Polsce w aspekcie wdrażania ramowej dyrektywy wodnej., Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich 4, 57-72, 2009.
• L. M. Chen, L. H. Chai. Mathematical model and mechanisms for biofilm wastewater treatment systems., World Journal of Microbiology and Biotechnology, 21, 1455–1460 (2005).
• M. Matejczyk, M. Suchowierska. Charakterystyka zjawiska quorum sensing i jego znaczenie w aspekcie formowania i funkcjonowania biofilmu w inżynierii środowiska, budownictwie, medycynie oraz gospodarstwie domowym., Civil and Environmental Engineering / Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2 , 71-75 (2011).
• M. Mnichowska-Polanowska, M. Kaczała, S. Giedrys-Kalemba, Lekooporność oraz zwalczanie biofilmu Candida. Mikologia lekarska 16 (3): 165-169 (2009).
• M. Simões, M. O. Pereira, M. J. Vieira, Effect of mechanical stress on biofilms challenged by different chemicals., Water Research 39 5142–5152 (2005).
• R. M. Donlan. Biofilms: microbial life on surfaces., Emerging Iinfectious Diseases Journal 8, 136-151 (2008).
• X. Mi. Zhan, M. Rodgers, E. O’Reilly, Biofilm growth and characteristics in an alternating pumped sequencing batch biofilm reactor (APSBBR)., Water Researches 40, 817 – 825 (2006).
• Oczyszczalnie ścieków bytowych., Złoża biologiczne. Miesięcznik informacyjno-techniczny 5 (165) (2012).
• Ustawa z dnia 7 czerwca 2001 roku o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (dz. U. Z dnia 13 lipca 2001 r.).
• http://www.biofilm.org/whatis_biofilm.htm/
• http://www.pasteur.fr/recherche/unites/ggb/recherche.html

Źródła rysunków:

• Rysunek 1. Złoże biologiczne zraszane
  http://agencjakomunalna.brzeszcze.pl/
• Rysunek 2. Oczyszczalnia ścieków
  http://www.ekofinn.pl/pl/biologiczne_oczyszczanie_sciekow/oczyszczalnia_sciekow_bioclere.html