Stațiile de epurare biologică a apelor uzate au fost utilizate inițial pentru îndepărtarea materiilor organice și în suspensie din apă, dar progresele din ultima vreme fac posibilă utilizarea lor și pentru eliminarea metalelor toxice, mirosurilor, nutrimentelor și agenților patogeni.
Nămolul activ este alegerea preferată pentru stațiile de epurarea biologică a apelor uzate, aducându-și o contribuție semnificativă la protejarea mediului. Acest proces a fost dezvoltat în Anglia în anul 1914, iar numele îi provine de la producerea unei mase de microorganisme activate capabile să stabilizeze conținutul organic din apa uzată. Este cel mai versatil proces de tratare biologică și este capabil să produc efluenți de înaltă calitate, deși poate fi responsabil de eliberarea în atmosferă a unor gaze cu efect de seră.
Cum funcționează procesul de epurare cu nămol activ (ASP)
În epurarea cu nămol activ, o serie de microorganisme se hrănesc cu contaminanții organici prezenți în apa uzată. Aceste microorganisme se aglomerează în mod gradual și formează nămolul activ (denumit și flocon). Flocoanele se depun la baza bazinului de epurare, lăsând la suprafață o apă epurată, fără materii organice și solide în suspensie.
Flocoanele trebuie menținute în suspensie în timpul contactului cu apa uzată supusă tratării, iar mici cantități de nămol activ sunt recirculate în bazinul de aerare, unde sunt amestecate cu influentul primar. Această recirculare este vitală, deoarece microbii reciclați sunt deja aclimatizați și pregătiți să metabolizeze materiile organice din influentul primar.
Compoziția microbiană a nămolului activ
Bacteriile constituie componenta majoră a nămolului activ și joacă un rol-cheie în structura și funcțiile flocoanelor. Tipul predominant de bacterii este determinat de natura substanțelor organice din apa uzată, modul de operare a stației de epurare și condițiile de mediu.
Arheele din nămolul activ
Majoritatea studiilor despre microbiologia nămolului activ s-au concentrat asupra bacteriilor, în timp ce arheele au fost neglijate. Cercetările la nivel molecular au detectat în mod constant specii de arhee în nămolul activ, constând din arhee care oxidează amoniacul (AOA) și arhee metanogene, aparținând încrengăturilor Thaumarchaeota. și Euryarchaeota. În ciuda numeroaselor divergențe privind procentul de arhee din nămolul activ, se pare că acestea constituie un procent relativ mic (0-10%, conform unor studii) din totalul microorganismelor și joacă roluri minore în îndepărtarea azotului și carbonului.
Oxidanții de amoniac. AOA au fost raportate drept complet absente din nămol în unele studii, în timp ce alte studii au arătat că au o contribuție la epurare similară cu cea a omologilor lor bacterieni, uneori chiar dominantă. Relativa dominanță pare a fi legată de concentrația de amoniac, AOA fiind capabile să se dezvolte în medii bogate în amoniac. Alți factori determinanți pentru abundența în AOA sunt sensibilitatea lor la uscăciune, liză, temperatură și modificările de pH. Activitatea AOA este încă subiect de controverse și există unele sugestii că detectarea prezenței amoA (marker-ul genetic al oxidării amoniacului la arhee) ar dovedi numai existența acestor gene, nu și procesul activ de oxidare a amoniacului. Când sunt detectate, arheele care îndepărtează azotul din apele uzate sunt cele din încrengătura Thaumarchaeota.
Speciile metanogene. Arheele metanogene sunt cele mai abundente arhee din nămolul activ și sunt reprezentate, în general, de specii ale genurilor Methanosarcinales, Methanobacteriales și Methanomicrobiales. Conținutul bogat în oxigen al nămolului activ îl fac un mediu puțin ospitalier pentru arheele metanogene, din moment ce se știe că acestea sunt strict anaerobe. Methanomicrobiales și Methanobacteriales produc metanul prin reducerea dioxidului de carbon, cu hidrogenul, formiații sau alcoolii drept donori de electroni. Unii membri ai ultimului grup pot oxida monoxidul de carbon sau pot reduce metanolul (în locul dioxidului de carbon). Methanosarcinales se dezvoltă prin dismutarea compușilor metilici (metanol, metil-amine sau metil-sulfide) sau prin scindarea acetatului. Arheele metanogene formează un grup fiziologic înalt specializat, care nu poate cataboliza carbohidrații, proteinele sau alți compuși organici în afară de metanol, unii alcooli secundari, formiați sau CO.
Prezența din abundență a speciilor de arhee metanogene poate reflecta compoziția inițială a apelor uzate. Methanobacterium, Methanosaeta și Methanosarcina sunt genuri de arhee predominante în diverse tipuri de ape uzate industriale (din industria berii, a vinului sau a produselor lactate). Multe specii metanogene pot ajunge în nămol cu apa recirculată dintr-un reactor anaerobic, unde ar găsi condiții mult mai bune pentru a se dezvolta.
Condițiile de aerare din nămolul activ nu exclud total prezența speciilor metanogene. Condiții anoxice pot exista în adâncul flocoanelor de nămol, unde oxigenul nu poate ajunge. Mai mult, unele specii metanogene nu sunt așa de sensibile la oxigen cum s-a crezut inițial.
Unele studii sugerează că arheele metanogene ar putea avea și alte funcții sau ar putea afecta proprietățile nămolului activ (cum ar fi contribuția la structura flocoanelor sau simbioza cu bacteriile). Contribuția lor la structura flocoanelor este în mod particular importantă, deoarece o floculare și o sedimentare deficiente a nămolului duc la reducerea calității efluentului și pot cauza probleme de mediu.
Concluzii
Progresele recente în tehnicile de analiză moleculară au dus la sporirea semnificativă a cunoștințelor privind structura și funcțiile sistemelor de epurare biologică a apelor uzate. Cei mai numeroși membri ai nămolului activ sunt bacteriile, însă știm că arheele constituie o parte minoră, dar constantă și integrantă a nămolului. Diferențe pot fi observate în funcție de stația de epurare, modul de operare, perioada din an, caracteristicile chimice ale nămolului activ sau chiar metodele de analiză utilizate.
Chiar dacă sunt mai puțin abundente, arheele au rolul importante în funcționarea nămolului activ și se pare că au o contribuție importantă la eficiența și calitatea procesului de epurare.
Sursa: Microbiology Today (august 2017)