Degradacja w warunkach tlenowych (badania wstępne)

Pierwszy etap badań testu dynamicznego obejmował pobranie osadu czynnego z komory tlenowej Centralnej Oczyszczalni Ścieków w Koziegłowach do beczki z tworzywa sztucznego o pojemności 100 L. Następnie, po przewiezieniu do laboratorium, w celu utrzymania osadu w stanie zawieszenia oraz utrzymaniu warunków tlenowych, osad był napowietrzany i mieszany. Po ustaleniu stężenia suchej masy osadu, do każdego z reaktorów wlano po 50 L osadu z zachowaniem przyjętego w badaniach stężenia na poziomie 3 g/L.

Wartość stężenia osadu została dobrana na podstawie studim literatury [Kosjek T. i in., 2007, Kruglova A., 2014, Kimura K. i in., 2010]. Etap wpracowania osadu czynnego polegał na ustabilizowaniu i zaadaptowaniu osadu czynnego do pracy w określonych warunkach:

temperatury na poziomie 20^oC, tlenu w granicach 2-3 mg/L, odczynu pH między 7,0 -7,5 oraz stężenia suchej masy osadu w granicach 3 g/L. Jednocześnie, do obu bioreaktorów była dozowana pożywka syntetyczna (szczegółowo opisana w rozdziale 4.3.), zawierająca w swoim składzie związki niezbędne do rozmnażanania i podtrzymywania funkcji życiowych przez mikroorganizmy. Założony czas zatrzymania ścieków syntetycznych w ukadzie, zarówno

125

w czasie wpracowania osadu czynnego, jak również w okresie dozowania substancji toksycznej - diklofenaku, wynosił 4 doby, natomiast wiek osadu 12 dni.

Etap wpracowania osadu czynnego obejmował 61 dni. W tym okresie monitorowano oraz badano: temperaturę, odczyn pH, tlen rozpuszczony, objętość osadu po 30 min.

zagęszczenia w cylindrze, suchą masę osadu oraz indeks osadu. W czasie pierwszych 30 dni badań, pomimo, że temperatura otoczenia była w granicach 18-20^oC, średnia temperatura panująca we wnętrzu bioreaktorów osiągnęła zaledwie 12-13^oC (co było wynikiem braku grzałek z termostatem). Odczyn pH w układzie charakteryzował się w tym okresie dużą powtarzalnością. Średnio jego wartość wyniosła 7,3. Mimo podobnej kondycji obu bioreaktorów w zakresie przyrostu biomasy czy indeksu osadu, stężenie tlenu rozpuszczonego było bardzo zmienne. Średnia wartość znajdowała się w przedziale między 4,0 – 5,0 mgO2/L.

Ściek syntetyczny był dozowany do obu reaktorów w sposób ciągły, z jednakową wartością natężenia przepływu przez całą dobę. Pomiar tlenu natomiast odbywał się dwukrotnie w ciągu doby. Różnica między pomiarami w obrębie jednego dnia wynosiła od 8 do 10 godzin. Mimo niskiej temperatury oraz wysokich wartości stężenia tlenu rozpuszczonego, średnie wartości indeksów osadu kształtowały się w granicach 120- 145 mL/g, co świadczy o dobrej sedymentacji osadu. Biorąc pod uwagę jednak wartość suchej masy osadu, w pierwszym tygodniu badań osad czynny uzyskał przyrost od 0,2 – 0,5g/L. W kolejnych 2 tygodniach zaobserwowano spadek biomasy i brak przyrostu w obu reaktorach. W 23 dniu badań sucha masa w bioreaktorze R1 wyniosła 2,17 g/L, natomiast w bioreaktorze R2 – 2,28 g/L. Nastąpiła zmiana koloru osadu z ciemno na jasnobrązowy. Zaobserwowano liczne bakterie i grzyby nitkowate. Ze względu na pogarszający się stan osadu czynnego, 23 dnia testu zmieniono pożywkę syntetyczną, eliminując z jej składu octan amonu (CH³COONH⁴) oraz chlorek amonu (NH⁴Cl) zastępując je mocznikiem (CO(NH²)²) (opisaną w pkt 4.4.). Zmiana pożywki spowodowała, że osad zregenerował się, co miało bezpośredni wpływ na jego przyrost o około 0,4 g/L. Poprawa nastąpiła również w kolorze osadu czynnego, który zmienił barwę z jasno brązowego na ciemnobrązowy. Mimo widocznej poprawy barwy, zapachu oraz ilości biomasy, od 25 dnia testu odnotowano pogorszenie sedymentacji i tym samym indeksu osadu w bioreaktorze R1.W porównaniu do dnia 24, kiedy objętość osadu po 30 min. zagęszczeniu w cylindrze wynosiła 310 mL (co odpowiada indeksowi osadu 131,97 mL/g), w dniu następnym odnotowano objętość 500 mL (równoważną indeksowi osadu 205,04 mL/g).

W reaktorze R2 pogorszenie sedymentacji widoczne było od 27 dnia trwania badań.

W najbardziej niekorzystnym momencie, na etapie wpracowania osadu zanotowano objętość po 30 min. zagęszczeniu na poziomie 700mL w 56, 60 i 61 dniu trwania eksperymentu. W tym

126

samym czasie zaobserwowanowzrost indeksu osadu w reaktorze R1. W celu zachowania jednakowej, temperatury, zapewniającej mikroorganizmom osadu czynnego optymalne warunki do prowadzenia procesów życiowych w całym okresie trwania badań, w 30 dniu badań zamontowano grzałki z termostatami, które umożliwiły utrzymanie stałej temperatury w bioreaktorach na ustalonym poziomie 20^oC (fakt ten został zaznaczony na rysunkach 37-40 w postaci linii pionowej). W pierwszym tygodniu po ustabilizowaniu temperatury na poziomie 20^oC nastąpił wzrost stężenia suchej masy osadu oraz indeksu osadu. W reaktorze R1 odnotowano najwyższe wartości indeksu osadu między 29 a 36 dniem trwania testu wstępnego (na poziomie 320 – 340 mL/g). W reaktorze R2, w analogicznym czasie indeks osadu wynosił 250-210 mg/L. W ciągu kolejnego tygodnia, nastąpiła stabilizacja powyższych parametrów w obu reaktorach, osiągając podobne wartości indeksu osadu, na poziomie 100 mL/g.

W okresie od 47 do 53 dnia prowadzonych badań zarówno objętość osadu jak i indeks osadu utrzymywały optymalne wartości wskazujące na dobrą sedymentację mikroorganizmów (indeks osadu w granicach 100 – 180 mL/g). Równocześnie można zaobserwować przyrost biomasy utrzymywany na poziomie 3 g/L oraz niezmienne wartości temperatury, odczynu pH oraz stężenia tlenu rozpuszczonego. Dobrą kondycję osadu potwierdzają analizy mikroskopowe. W tym czasie zaobserwowano powstawanie większych skupisk kłaczków osadu czynnego, zróżnicowanie w obrębie mikroorganizmów a także nieliczne ilości grzybów oraz bakterii nitkowatych. Od 54 dnia eksperymentu, mimo stałych wartości tlenu i temperatury, zarówno w reaktorze R1 jak i R2 nastąpiło pogorszenie sedymentacji oraz gwałtowny spadek odczynu pH (do 4,14 w reaktorze R1). Po upływie tygodnia zauważono wzrost odczynu pH do 6,5 a także powtarzalność i stałe wartości pozostałych parametrów suchej masy, indeksu osadu oraz temperatury. Dodatkowo różnorodność gatunkowa wśród mikroorganizmów, ciemny kolor i świeży zapach osadu a także wysoki przyrost biomasy zadecydował o rozpoczęciu badań właściwych, mających na celu rozpoczęcie dozowania diklofenaku do układu R2.

127

Rysunek 37. Sucha masa osadu w bioreaktorach R1 i R2 w okresie wpracowania osadu czynnego (od 1 do 61 dnia)

Rysunek 38. Objętość osadu po 30 min. zagęszczaniu w cylindrze oraz obliczona wartość indeksu osadu czynnego w bioreaktorach R1 i R2 w okresie wpracowania osadu czynnego (od 1 do 61 dnia)

0,00

R1 indeks osadu [mL/g] R2 indeks osadu [mL/g]

indeks osadu 50 - 150 mL/g

128

Rysunek 39. Średnia temperatura oraz średnia wartość odczynu pH w bioreaktorach R1 i R2 w okresie wpracowania osadu czynnego (od 1 do 61 dnia)

Rysunek 40. Średnie stężenie tlenu w bioreaktorach R1 i R2 w okresie wpracowania osadu czynnego (od 1 do 61 dnia)

0,0

R1 średnia wartość temp. [°C] R2 średnia wartość temp. [°C]

R1 średnia wartość pH [-] R2 średnia wartość pH [-]

129

5.3.2. Degradacja w warunkach tlenowych przy zmiennych parametrach