Omul plateste un pret mare mediului odata cu dezvoltarea tehnologiilor care i-au adus beneficii imense. Poluarea poate fi vazuta sau simtita peste tot. Un rol major in imbunatatirea calitatii apei, aerului si solului il au stiinta si cercetarea, pornind de la alternativele pe care natura le ofera pentru indepartarea poluantilor, prin utilizarea microorganismelor si a plantelor.

Daca in trecut canalizarea si epurarea aveau ca scop doar sanatatea populatiei, odata cu cresterea ingrijorarii privind calitatea mediului au fost impuse restrictii severe pentru evacuarea apelor uzate astfel incat apele receptoare sa fie protejate.

Epurarea biologica, reclasificata in ultimii ani ca biotehnologie, este una dintre metodele cele mai eficiente de indepartare a poluantior organici biodegradabili din apele uzate si de stabilizare namolurilor rezultate. Procedeele biologice de epurare utilizeaza activitatea metabolica a unor grupe de microorganisme capabile sa degradeze substantele organice pana la dioxid de carbon si apa. Degradarea materiei organice se realizeaza prin utilizarea ei ca hrana pentru microorganisme, iar diversitatea microorganismelor care au capacitatea de a descompune poluantii este foarte mare.

Au fost realizate numeroase cercetari in domeniul microbiologiei proceselor biologice in scopul cunoasterii si intelegerii mecanismelor acestora, a microorganismelor implicate si a rolului acestora in proces. Astfel, sunt cunoscute in prezent o multitudine de microorganisme care determina functionarea necorespunzatoare a bioreactoarelor. Au fost descoperite insa si microorganisme care au condus la realizarea de noi tehnologii de epurare, precum si microorganisme care pot indeparta poluantii xenobiotici.

Biotehnologii utilizate in epurarea apelor


Poluantii principali din apele uzate sunt suspensii solide, compusi organici biodegradabili, compusi organici volatili, compusi xenobiotici recalcitranti, metale toxice, nutrienti, agenti patogeni si paraziti.

Epurarea clasica a apelor uzate are ca obiectiv indepartarea suspensiilor solide si materiilor organice, precum si agenti patogeni si paraziti. In ultimul timp insa, datorita restrictiilor impuse pentru protejarea mediului, se fac eforturi si pentru indepartarea nutrientilor, mirosurilor, compusilor organici volatili, metalelor si substantelor toxice.

Lucarea de fata se refera la epurarea biologica clasica, utilizata pe fluxul apei uzate pentru indepartarea substantelor poluante organice nesedimentabile (dizolvate sau coloidale), iar in tehnologiile de tratarea namolurilor rezultate din epurare, pentru stabilizarea materiilor organice din namoluri. Epurarea biologica este un proces flexibil care se poate adapta usor la o multitudine de ape uzate, concentratii si compozitii. De obicei, procesele biologice sunt precedate de o treapta fizica de epurare care are rolul de a retine substantele sedimentabile, sunt urmate de o decantare secundara - procese fizice - destinata retinerii produsilor rezultati din epurarea biologica si de o treapta de dezinfectie inainte de deversarea apei epurate in emisar.

Comunitatea microbiologica din epurarea apelor uzate este complexa. Principalele responsabile de epurarea biologica sunt bacteriile, dar un rol important il au si fungii, algele, protozoarele si organisme superioare. Pentru a fi active microorganismele au nevoie de sursa de carbon si energie.

Factorii care influenteaza procesul biologic sunt: timpul de contact sau timpul de traversare a obiectului tehnologic in care se desfasoara procesul biologic, temperatura, pH-ul, oxigenul, incarcarea obiectului tehnologic cu ape uzate (dilutie), cu namol, nutrienti, prezenta inhibitorilor de proces, conditiile hidrodinamice ale procesului - omogenizare si amestecare. Epurarea biologica se desfasoara corepunzator intr-o gama destul de restransa a parametrilor: pH= 6-10, incarcare organica 4:1, grasimi si uleiuri < 50 mg/l, poluanti inhibitori < 10 mg/l. De asemenea, apele uzate pot fi tratate biologic daca exista suficiente substante nutritive (azot si fosfor), adica un raport C:N:P = 10:5:1. De obicei apele uzate menajere satisfac acest lucru. Pentru buna functionare a procesului microbian sunt necesari si ioni anorganici cum ar fi de Na, Ca, Mg, K, Fe, Cu, Co, Mo.

Procedeele biologice de epurare se desfasoara in conditii naturale (lagune, iazuri biologice, fermentare aeroba), conditii naturale fortate (lagune aerate) sau in regim artificial.

Din punct de vedere al organizarii microorganismelor procesele biologice pot fi cu microorganisme in suspensie, cu film biologic (biofilm) si hibride.

Procesele biologice aerobe pentru indepartarea incarcarii organice necesita un timp suficient de contact intre apa uzata si microorganisme, precum si existenta unei cantitati suficiente de nutrienti si oxigen.

Dintre procesele cu suspensii aerobe cel mai utilizat este cel cu namol activ, in care microorganismele in suspensie sunt puse in contact cu apa uzata intr-un reactor biologic si mentinute in suspensie prin amestecare continua si aerare. Procesul cu namol activ pote fi cu amestecare completa, cu curgere de tip piston sau cu functionare secventiala. Procesul de epurare biologica cu namol activ se poate desfasura in mai multe moduri, dupa diverse scheme, care difera prin modul in care apa uzata vine in contact cu namolul activ, modelul de curgere, cantitatea de namol care rezulta, incarcarea specifica a namolului activ, modelul de crestere biologica a microorganismelor etc.

De obicei, procesul cu namol activ este precedat de decantare primara, pentru indepartarea suspensiilor solide sedimentabile. Totusi, pentru epurarea apelor uzate de la comunitati mici nu se utilizeza decantarea primara, utilizandu-se diferite modificari ale procesului conventional cu namol activ, cum ar fi procesul secvential, santurile de oxidare, lagunele aerate sau iazurile de stabilizare. Excesul de biomasa este separata gravitational sau mai recent cu membrane, asigurandu-se in acest fel o operare corespunzatoare a procesului. Cele mai intalnite probleme operationale in procesul cu namol activ sunt flotatia, spumarea si umflarea namolului. In aceasta directie cercetarile din microbiologie au permis identificarea microorganismelor responsabile de aceste fenomene astfel incat se pot lua masuri pentru remedierea lor.

In conditii de umflare a namolului flocoanele nu se compacteaza si nu se sedimenteaza, regasindu-se in efluent. Au fost identificate doua cauze ale umflarii namolului: bacteriile filamentoase si cantitatea excesiva de biopolimeri extracelulari care produc namol cu consistenta gelatinoasa. Cea mai intalnita este umflarea filamentoasa, care apare datorita caracteristicilor apei uzate, proiectarii gresite sau conditiilor operationale. La aparitia acestui fenomen ar trebui sa se verifice in primul rand microscopic namolul, apoi caracterul apei uzate, continutul de oxigen dizolvat, incarcarea procesului, debitul de namol recirculat si debitul namolului in exces, operarea decantorului secundar. La apele uzate industriale trebuie verificat si continutul de nutrienti. In situatii de urgenta se poate folosi clorul sau peroxidul de hidrogen.

Flotatia namolului se datoreaza cel mai des aparitiei denitrificarii. Flotatia namolului poate fi deosebita de umflare datorita bulelor de gaz atasate namolului plutitor si datorita prezentei mai multor zone cu namol plutitor pe suprafata decantorului secundar. De obicei apare daca timpul de retentie a suspensiilor este scurt. Pentru indepartarea fenomenului se poate creste debitul de namol extras din decantorul secundar, se poate reduce debitul de amestec aerat care intra in decantor sau se poate mari viteza de indepartare a namolului.
In ceea ce priveste spumarea, au fost identificate doua bacterii care sunt responsabile de aparitia acestui fenomen, datorita suprafetelor celulare hidrofobe.

Aceste fenomene au condus la noi concepte in ceea ce priveste configuratia bazinelor, si anume utilizarea selectoarelor. Selectorul este un bazin mic sau o serie de bazine, cu timp scurt de contact (20..60 min) in care apa uzata intra in contact cu namolul recirculat in conditii aerobe, anoxice si anaerobe. Astfel, se favorizeaza cresterea bacteriilor care formeaza flocoane in locul celor filamentoase.

In ultimul timp procesul cu namol activ a fost adaptat astfel incat pe langa indepartarea materiilor organice se realizeaza si indepartarea azotului si fosforului.



Epurarea anaeroba se foloseste pentru tratarea namolului rezultat din statia de epurare, mai putin cunoscuta fiind aplicarea procedeului in epurarea apei. Epurarea anaeroba a apelor uzate nu inseamna acelasi lucru cu tratarea anaeroba a namolurilor, deoarece cea mai mare parte a materiilor organice din apa uzata sunt dizolvate. Pentru a fi indepartate din apa uzata trebuie sa se asigure un timp suficient de contact intre substantele organice si microorganismele anaerobe, astfel ca in epurarea anaeroba a apelor uzate exista o mare diferenta intre timpul hidraulic de retentie si varsta namolului.

Epurarea anaeroba este utilizata pe cale larga la indepartarea materiilor organice din apele uzate rezultate din anumite industrii (alimentara: producerea bauturilor alcoolice, a berii, a uleiului etc.; industria celulozei si hartiei, petrochimica). Epurarea anaeroba are costuri de operare reduse si are avantajul producerii de biogaz., dar necesita un timp lung de amorsare, poate necesita corectia alcalinitatii, vitezele de reactie sunt mult mai sensibile la temperaturi joase si poate produce miroauri sau gaze corozive. Ea este recomandata pentru incarcari organice peste 2000 - 3000 mgCBO5/l, la care epurarea aeroba ar duce la costuri energetice foarte ridicate. Prin epurare anaeroba se indeparteaza o mare parte din substantele organice (80…90% eficienta pentru indepartarea CBO5), dar aproape deloc nutrientii. De aceea, daca apa epurata este deversata intr-un curs natural, ea trebuie epurata intr-o treapta secundara aeroba.

Concluzii


Procesele biologice sunt cele mai eficiente in indepartarea poluantilor organici biodegradabili. Cercetarile din biotehnologie au permis insa identificarea cailor de indepartare a multor poluanti periculosi care nu pot fi indepartati prin procedee clasice. De asemenea, exista in prezent o serie de metode, cu microorganisme cultivate independent, modificate genetic sau mutante, utilizate pentru imbunatatirea functionarii proceselor biologice sau indepartarea unor poluanti specifici. Probabil ca in viitor, cum procesele biologice se bazeaza pe microorganisme, vor fi create noi tehnologii bazate pe descoperirile revolutionare din microbiologie si genetica.
Bibliografie

1. Bitton, G. Wastewater microbiology, 3rd Ed, John Wiley&Sons, 2005.
2. Cheremisinoff, N.P. Biotechnology for waste and wastewater treatment, Noyes Publications, 1996.
3. Chandrawati, J.E. Environmental Biotechnology, APH Publishing Corporation, 2007.
4. Henze, M., van Loosdrecht, M., Ekama, G., Brdjanovic, D. Biological Wastewater Treatment: Principles, Modeling and Design, IWA Publishing, 2008.
5. Metcalf&Eddy. Wastewater engineering. Treatment and reuse, fourth edition, McGraw Hill, 2003.
6. Robescu, Diana. Modelarea proceselor biologice de epurare a apelor uzate, Editura POLITEHNICA Press, 2009.
7. Robescu, D., Robescu, Diana, Lanyi, S., Constantinescu, I. - Tehnologii, instalatii si echipamente pentru epurarea apei, Editura Tehnica, Bucuresti, 2000.
8. ***. Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, 4th ed., WEF manual of Practice 8, ASCE Manual and Report on Engineering Practice No.76, 1998.

Vezi intregul articol accesand link-ul http://biotehnologia.ro/site/?page_id=106