Małgorzata Sielska, Hydrosfera Józefów Sp.z o.o. 

Specjalista ds. technologii uzdatniania wody i oczyszczania ścieków

Monika Bazeli, Pracownia Biologiczna BIOM

Wpływ Preparatu Bentonitowego BX10 na redukcję piany oraz ograniczenie liczebności promieniowców 

• Wstęp

Zjawisko występowanie piany i kożucha na powierzchni reaktorów biologicznych może być spowodowane przez obecność w osadzie czynnym promieniowców. Jak pokazują doświadczenia na wielu oczyszczalniach, zalecane standardowe metody np. utrzymywanie niskiego stężenia osadu mogą okazać się niewystarczające. Również najpowszechniej stosowana w tym celu aplikacja jonów  glinu może być nieskuteczna, ponieważ dekontaminacja bakterii następuje tylko w osadzie czynnym. Zabieg ten nie ma już realnego wpływu na komórki nagromadzone w kożuchu. Przy zastosowaniu innych metod jak np. środki antypienne efekt jest tylko chwilowy, a towarzyszący dozowaniu tych produktów spadek tlenu niekorzystnie wpływa na aktywność biocenozy osadu czynnego.

Badania Pracowni Biologicznej BIOM doprowadziły do opracowania efektywnej strategii kontroli promieniowców oraz skutków ich występowania w osadzie czynnym. Wykazano w nich m.in. wpływ Preparatu BX10 na znaczną redukcję substancji tłuszczowych, co odgrywa kluczową role w kontekście tempa wzrostu i liczebności promieniowców. Dodatkowo wyjaśniono prawdopodobny mechanizm odpowiedzialny za ograniczenie wytwarzania się piany na nowo, po aplikacji BX10, który zapobiega transportowi bakterii do pęcherzyków powietrza i wynoszenia na powierzchnię reaktorów biologicznych. Cały proces zatrzymania promieniowców w osadzie czynnym stwarza możliwość ich dekontaminacji poprzez stosowanie jonów glinu. W trakcie badań laboratoryjnych zaobserwowano również wpływ preparatu na zmniejszenie ilości powstającej piany (M. Bazeli, FE nr 1/2020).
Za mechanizm ten może bezpośrednio odpowiadać wysoka efektywność redukcji środków powierzchniowo-czynnych po zastosowaniu Preparatu Bentonitowego, zwłaszcza detergentów niejonowych (W. Góra i in., 2016)

• Charakterystyka oczyszczalni ścieków w Józefowie

• 

Nowo wybudowana oczyszczalnia mechaniczno-biologiczna została zaprojektowana dla maksymalnej przepustowości wynoszącej Qśr.d = 2500 m3/d. Zgodnie z pozwoleniem wodnoprawnym, obiekt został zakwalifikowany na 18.000 RLM, a odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest rzeka Świder.
Ścieki w pierwszej kolejności trafiają do stacji wstępnego podczyszczania (usuwanie części powyżej 15mm), następnie do dwóch równoległych ciągów mechanicznego podczyszczenia, gdzie zatrzymywane są zanieczyszczenia o rozmiarach powyżej 3 mm. Następnie po procesach na sitopiaskownikach, ściek podczyszczony trafia bezpośrednio do 2 reaktorów biologicznych. Oczyszczalnia utrzymuje parametry średniego stężenia tlenu w komorach na poziomie od 2,5 mg O2/L w miesiącach letnich (maj – wrzesień), do 2,7 mg O2/L w okresie jesień-zima (październik – kwiecień). Stężenie suchej masy utrzymywane jest w zakresie 3-5,5 g/l.

Stężenie oraz redukcja zanieczyszczeń w ściekach w 2020 r.

Poz.	Rodzaje zanieczyszczeń	Stężenie zanieczyszczeń ścieków dopływających w mg/l	Stopień redukcji w %
1	BZT₅	392	99,0
2	ChZT	967	95,0
3	Zawiesina	431	97,2
4	Azot ogólny	102	92,7
5	Fosfor ogólny	11	91,3

Oczyszczalnia poza ściekami bytowymi przyjmuje również ścieki z wielu punktów gastronomicznych,
w tym działających całodobowo restauracji typu fast-food, co generuje wzmożony napływ ścieków bogatych w substancje tłuszczowe oraz środki powierzchniowo-czynne. 

• Aplikacja w skali technicznej

Przed podjęciem doświadczenia wykonano w Pracowni BIOM analizę biologiczną osadu czynnego
z obu reaktorów. Określono liczebność promieniowców (skala 0-5) : 

reaktor nr 1 – kategoria 4-5,
reaktor nr 2 – kategoria 5. 

Obserwacje mikroskopowe pozwoliły ocenić, że zarówno w kłaczkach jak i przestrzeniach pomiędzy nimi znajdowały się masowe ilości krótkich, rozgałęzionych nitek promieniowców, które sprzyjały powstawaniu stabilnego kożucha na powierzchni reaktorów. Przyczyniało się to bezpośrednio do występowania piany i kożucha na powierzchni reaktorów biologicznych oraz osadnika wtórnego. Dodatkowo wykonano analizę piany, z której wyizolowano promieniowce Actinomycetes – 95% oraz typ 0041- 5%.

Jako przyczynę nadmiernego rozwoju w/w bakterii nitkowatych uznano dopływ wraz ze ściekami substancji hydrofobowych (tłuszcz, detergenty).

Biocenozę określono jako bardzo bogatą gatunkowo i aktywną biologicznie. W toku konsultacji zdecydowano się na utrzymywanie stałego stężenia osadu ~3,5 g/l, stężenie tlenu nie mniejsze niż
2 mg/l, a w celu ograniczenia liczebności bakterii nitkowatych aplikację Preparatu BX10 oraz jonów glinu w dawce 3,0 g jonów glinu /kg s.m /d. 

Zarówno komora nr 1 jak i nr 2 w całości były pokryte trudną do usunięcia pianą/kożuchem. Piana gromadziła się również w osadnikach wtórnych, gdzie występowały też objawy flotacji osadu. Rozpoczęto aplikacja jonów glinu, a następnie zadozowano Preparat BX10 w ilości po 200 kg na każdy reaktor, co odpowiadało dawce 0,16 kg/m3 objętości komory tlenowej. Ze względu na bardzo grubą warstwę kożucha, bez wolnych przestrzeni nawet w trakcie napowietrzania oraz konieczność dokładnego wymieszania Preparatu BX10 z osadem, zdecydowano się na dozowanie za pomocą mieszalnika hydrodynamicznego dostarczonego przez producenta preparatu. Urządzenie pozwoliło maksymalnie wyeliminować ewentualny błąd ludzki podczas dozowania oraz wymieszać produkt
z bardzo dużą objętością osadu czynnego w reaktorze biologicznym. 

• 

• 

Rys.2 Dozowanie za pomocą mieszalnika hydrodynamicznego

Po niespełna 2 godzinach od zadozowania zaobserwowano zmianę wyglądu piany biologicznej ze zbitego, ciemnego kożucha na lekką, jasną pianę. Obsługa oczyszczalni zaobserwowała pojawienie się widocznych przestrzeni na reaktorach w trakcie napowietrzania, które już następnego dnia występowały również podczas przerw. Co również kluczowe, wraz z redukcją piany ustąpiło zjawisko flotacji osadu w osadnikach wtórnych.

• 

• 

W całym układzie nadal obserwowano masowe ilości substancji tłuszczowych, które cyrkulowały wraz
z osadem. W celu utrzymania efektu oraz systematycznej redukcji substancji tłuszczowych i środków powierzchniowo-czynnych zadozowano w kolejnych dniach dwie dawki podtrzymujące :

– po 14 dniach w ilości po 100 kg na każdy ciąg, 

– po kolejnych 7 dniach w ilości również 100 kg na każdy ciąg.

• 

• 

Rys.5 Reaktor podczas przerw w napowietrzaniu – stan po 30 dniach

W trakcie obserwacji mikroskopowych wykonanych w Pracowni BIOM w 30 dniu po zadozowaniu pierwszej dawki Preparatu BX10 zanotowano spadek liczebności promieniowców :

 – reaktor nr 1 do kategorii 1, 

– reaktor nr 2 do kategorii 2.

W badanym osadzie czynnym zaobserwowano wyraźną redukcję bakterii nitkowatych, zwłaszcza promieniowców. Ich liczebność nie stanowiła już zagrożenia związanego z występowaniem nowej piany/kożucha. Pomimo to zalecono kontynuowanie aplikacji jonów glinu(zmniejszono dawkę) oraz interwencyjnie dawki podtrzymujące BX10.

W kolejnych miesiącach na oczyszczalni wykorzystywano Preparat BX10 jako skuteczne narzędzie zapobiegawczo-interwencyjne dozując systematycznie w zależności od własnych potrzeb (poprawa sedymentacji, usuwanie symptomów powstającej piany) w cyklach od 1 do 4 razy w miesiącu po około 50-100 kg na wybrany reaktor. 

Rys.6 Reaktor podczas przerw w napowietrzaniu – stan po 9 miesiącach

• Bezpieczeństwo stosowania Preparatu Bentonitowego BX10

Wieloletnie badania prowadzone przez Pracownie Biologiczną BIOM polegające na obserwacjach mikroskopowych osadu czynnego potwierdziły brak negatywnych skutków stosowanych dawek Preparatu Bentonitowego na morfologię jak i biocenozę osadu czynnego. Nie zaobserwowano zmian aktywności biologicznej, jak również objawów wynikających z toksyczności środowiska.

Dodatkowo podjęto próbę wyjaśnienia mechanizmu fizyko-chemicznego przyłączania preparatu do osadu czynnego. Preparat mineralny z grupy smektytu określany jest również ‘’pakietowym’’. Każde ziarno preparatu można w uproszczeniu wyobrazić sobie jako talię kart bądź ryzę papieru, która stanowi niewielką paczkę, a po rozłożeniu na pojedyncze kartki może pokryć bardzo dużą przestrzeń. Na powierzchni i krawędziach każdej pojedynczej warstwy znajdują się naładowane elektrycznie kationy wymienne oraz elementy siatki krystalicznej. W trakcie dyspersji dipole wodne wnikają pomiędzy ,,pakiety’’ doprowadzając w ten sposób do samorzutnego rozproszenia minerału. Zdyspergowany minerał tworzy nieuporządkowaną strukturę przypominającą domek z kart. Jedno ziarno preparatu (talia/ryza) rozpada się na pojedyncze pakiety(kartki) o wielkości rzędu 10-40 µm. Dla porównania, jak podaje literatura, rozmiary kłaczków osadu czynnego mieszczą się w granicach 150-300 µm. 

• 

• 

Rys. 7 Mikrofotografia SEM, Laboratorium Geomikrobiologiczne UW : a) i b) pojedyncze pakiety Preparatu Bentonitowego połączone
 z kłaczkiem osadu czynnego

Błędnie rozumiane jest działanie preparatu w kontekście ,,obciążnika’’ jak kwarc lub inny materiał niedyspersyjny. W momencie, gdy na oczyszczalni wytworzymy odpowiednie środowisko dyspersji
i osiągniemy rozproszenie do pojedynczych pakietów, wówczas może nastąpić połączenie preparatu
z biomasą osadu czynnego. Na podstawie obserwacji mikrofotografii wykonanych skaningowym mikroskopem elektronowym SEM w Laboratorium Geomikrobiologicznym Uniwersytetu Warszawskiego można wysnuć wniosek, że podstawą tego mechanizmu są oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy preparatem, a bakteriami występującymi w kłaczkach. (M. Bazeli, FE nr 1/2020).

Poprzez dozowanie do reaktora biologicznego zgodnie z wytycznymi lub za pomocą mieszalnika hydrodynamicznego preparat nie osiada w żaden sposób na dnie reaktora napowietrzanego,
a przyłącza się do kłaczków osadu czynnego tworząc zwarty aglomerat.

Rys. 7 Orzęsek osiadły porastający płytkę Preparatu Bentonitowego

5) Wnioski

– aplikacja Preparatu BX10 doprowadza do stopniowej lub natychmiastowej redukcji piany biologicznej, co może być związane z usuwaniem przez preparat substancji powierzchniowo czynnych, będących przyczyną jej tworzenia. 

– mechanizm ograniczania liczebności promieniowców przez BX10 może być związany z redukcją substancji tłuszczowych w ściekach stanowiących istotny czynnik wzrostowy. 

– dzięki oddziaływaniu elektrostatycznemu pomiędzy preparatem, a bakteriami występującymi
w kłaczkach, możliwa jest sedymentacja promieniowców uwięzionych wcześniej w pianie, co stwarza potencjał do ich dekontaminacji jonami glinu. 

– podczas stosowania preparatu na dwóch reaktorach jednocześnie zaobserwowano, że tempo zachodzenia reakcja w dużej mierze zależy od stężenia tlenu w komorze osadu czynnego.

– zaobserwowano szybszy czas reakcji Preparatu BX10 na reaktorze o wyższym stężeniu tlenu
w granicach ~2,7 mg O2/L

– zaobserwowano poprawę jakości odwadniania osadu, odnotowano wzrost suchej masy o 1-2%

– możliwe jest systematyczne stosowanie Preparatu bez negatywnych zmian biologicznych oraz technologicznych dla oczyszczalni

– możliwe jest stosowania Preparatu jako narzędzie zapobiegawczo-interwencyjne w przypadku np. ograniczonej obsługi na oczyszczalni

– oczyszczalnia w Józefowie przez okres 12 miesięcy systematycznie dozuje Preparat BX10 na osad czynny. W tym czasie nie zaobserwowano negatywnego wpływu na biocenozę osadu czynnego czy też pracę dyfuzorów napowietrzających i procesy tlenowe z tym związane.  

Literatura :

• Bazeli M., 2017: Zastosowanie bentonitów modyfikowanych do optymalizacji procesu oczyszczania ścieków, Forum Eksploatatora, nr 88 (1/2017). 
• Bazeli M., 2020: Wykorzystanie preparatu bentonitowego BX10 do ograniczania rozwoju promieniowców występujących w oczyszczalniach komunalnych, Forum Eksploatatora, nr 106 (1/2020).
• https://seidel-przywecki.eu/2020/04/07/wykorzystanie-preparatu-bentonitowego-bx10-do-ograniczania-rozwoju-promieniowcow-wystepujacych-w-oczyszczalniach-komunalnych-2/
• Góra W., Góra P., Jaszczyszyn K., 2016 : Perspektywy zastosowania naturalnych bentonitów w technologii ścieków przemysłowych, ŚRODKOWO-POMORSKIE TOWARZYSTWO NAUKOWE OCHRONY ŚRODOWISKA, Tom 18, 940-951.
• Karta techniczna Preparatu Bentonitowego BX10. Hekobentonity Sp. z o.o. (www.bentonit.pl). 
• Film youtube