Problemy dużych i średnich komunalnych oczyszczalni ścieków związane z usuwaniem związków biogennych, próbuje rozwiązać Jakub Drewnowski z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej. Jego badania pomogą sprostać wymogom unijnym związanym ze stężeniem azotu i fosforu w odpływających, oczyszczonych ściekach. Nowa metoda może okazać się tańsza od stosowanych obecnie komercyjnych rozwiązań, wymagających zakupu związków chemicznych do wspomagania procesów zachodzących w komorze osadu czynnego.

Jak wyjaśnia Jakub Drewnowski, substancjami biogennymi są azot i fosfor, które wprowadzane do środowiska poprzez nieodpowiednie oczyszczanie ścieków, intensyfikują procesy wzrostu biomasy i zaburzają naturalną równowagę w wodach powierzchniowych. "Niekorzystne procesy są najwyraźniej widoczne w akwenach zamkniętych jak jezioro, gdzie stały i niekontrolowany dopływ biogenów powoduje bujny wzrost roślin i stopniowe zarastanie zbiornika wodnego, zwane eutrofizacją. Piękne i czyste jezioro w niedługim czasie może zamienić się w płytki, zarośnięty trzciną staw, potem bagno, a z czasem może całkowicie zaniknąć wraz ze wszystkimi żyjącymi w nim organizmami" - obrazuje naukowiec.

Przypomina, że po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej znacznie obniżyły się dopuszczalne stężenia związków biogennych w odpływie z oczyszczalni. Zgodnie z danymi z 2003 roku Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych w Polsce na 129 dużych oczyszczalni ścieków, aż 109 nie spełniało wymagań odnośnie parametrów ścieków oczyszczonych. Naukowiec tłumaczy, że podstawę do opracowania metody biologicznego oczyszczania ścieków z substancji biogennych za pomocą osadu czynnego stanowiły trzy czynniki. Pierwszym było odkrycie bakterii posiadających zdolność gromadzenia w organizmie zwiększonych ilości fosforu. Drugim - identyfikacja bakterii, które mogą przekształcać azot i jego związki w postać gazową uwalniając go do atmosfery. Trzeci to poznanie warunków koniecznych dla ich przeżycia i rozwoju.

"Mikroorganizmy, głównie bakterie, w komorze osadu czynnego przetwarzają biogeny i inne związki organiczne w gazy, proste związki organiczne i nowe bakterie. W procesie osadu czynnego następuje przyrost masy mikroorganizmów proporcjonalnych do usuniętych zanieczyszczeń" - mówi badacz. Doktorant proponuje efektywne wykorzystanie tzw. wewnętrznych źródeł węgla w postaci substratu wolnorozkładalnego. Jego metoda może stanowić alternatywę dla zakupu komercyjnych związków do wspomagania procesów biochemicznych - metanolu i etanolu. Rezultaty tych badań mogą stać się ciekawą ofertą dla gospodarki komunalnej.

"Powszechnie stosowane w oczyszczalniach komunalnych wielofazowe układy osadu czynnego, umożliwiają efektywny przebieg procesów biologicznego usuwania związków organicznych, azotu i fosforu. Uzyskanie niskich stężeń związków biogennych w ściekach oczyszczonych wymaga zapewnienia optymalnych warunków dla przebiegu procesów biochemicznych" - wylicza Drewnowski. Tłumaczy, że procesy te wymagają obecności związków organicznych węgla. Źródła węgla organicznego dzielimy na wewnętrzne (obecne w dopływających ściekach m. in. substrat łatwo- lub wolnorozkładalny), zewnętrzne (nieobecne w ściekach dopływających, ale można je zakupić i dozować) i endogenne, wytwarzane w systemie oczyszczania ścieków np. w komorze osadu czynnego w wyniku obumierania organizmów.

"Zastosowanie zewnętrznego źródła węgla organicznego umożliwia uzyskanie zadawalającej efektywności bez konieczności modernizacji bioreaktorów. Dostępne na rynku źródła węgla - metanol, etanol, kwas octowy, octan sodu lub glukoza - są kosztowne i zazwyczaj wymagany jest okres adaptacji mikroorganizmów uczestniczących w oczyszczaniu ścieków. Dlatego przydatność alternatywnych źródeł bogatych w węgiel organiczny powinna być zweryfikowana na podstawie badań - aktualnie przez nas prowadzonych" - mówi naukowiec.

Drewnowski będzie w sposób nowatorski modelował kinetykę procesów biochemicznych przy użyciu specjalistycznego oprogramowania komputerowego. O przydatności takiej symulacji przekonały go doświadczenia zagraniczne oraz wcześniejsze badania przeprowadzone w oczyszczalni "Wschód" w Gdańsku. "Nasze badania są wdrażane i pozwalają usprawnić procesy biochemiczne zachodzące na oczyszczalniach w północnej Polsce w sposób gwarantujący spełnienie wymagań unijnych odnośnie parametrów ścieków oczyszczonych" - przekonuje młody badacz.

Jakub Drewnowski zdobył stypendium programu "Innodoktorant", przyznawane autorom badań o wysokim potencjale aplikacyjnym. W czerwcu tego roku otrzymał nagrodę podczas 8 Kongresu Naukowego Societas Humboldtiana Polonorum organizowanego przez niemiecką Fundacje Humboldta. W lipcu uczestniczył w 5 Międzynarodowej Konferencji Stowarzyszenia Wodnego IWA (International Water Association) w Sydney w Australii, gdzie szczególnie istotnym problemem są niedobory wody i istnieje konieczność nie tylko jej oczyszczania, ale również ponownego wykorzystania - recyrkulacji.

"Otrzymane fundusze z programu Innodoktorant pozwalają nam na promowanie naszej wiedzy i technologii w świecie, wymianę doświadczeń na stażach zagranicznych oraz możliwość prowadzenia badań bez obawy, że w pewnym momencie zabraknie środków finansowych na kontynuację badań lub powtórzenie ich części". Drewnowski zakończył już część doświadczalną swojego projektu. Teraz pisze pracę doktorską i wspólnie z promotorem prof. nadzw. PG, dr. hab. inż. Jackiem Mąkinią, zamierza na podstawie przeprowadzonych testów laboratoryjnych wykonać modelowanie matematyczne procesów biochemicznych.

PAP - Nauka w Polsce

Karolina Olszewska