Univerzitet u SarajevuPoljoprivredno-prehrambeni fakultet

SEMINARSKI RAD

Mikrobiologija vode i obrada otpadnih voda

Ćurić Emina Begović Vernes Karalić Ahmed Trako Mirza

UVOD

Svako selo, grad ili regija mora imati razvijen postupak za rješavanje problema tekućih i čvrstih otpadnih tvari.

Vrlo male zajednice mogu ispuštati svoje otpadne vode u plitka jezera ili rijeke radi biološke razgradnje ili zakapati

čvrsti otpad. U prirodnim ciklusima, kao što su oni s ciklusom ugljika, sumpora i fosfora, mogu se znatne

količine tih tvari razgraditi uz ili bez sudjelovanja čovjeka.

Polagana razgradnja biljnih ili životinjskih ostataka rezultira tvorbom humusa i razgradnjom malih dijelova

organske tvari u slatkovodnom i slanom vodenom sedimentu.

Velike zajednice stvaraju toliko otpada da se on prirodnim procesima ne može obraditi.

Stoga su načinjeni posebni bazeni ili lagune za obradu otpadnih voda, a razvijeni su postupci pogodne obrade

mnogih vrsta otpadaka u industriji i domaćinstvu.

Prirodni način obrade otpadnih voda

Otpadna voda ili mulj sadrži 99%vode, pa se stoga lako crpi kroz cijevi u postrojenja za obradu (slika 9-2).

Zaostali materijal sadrži relativno suspendirane, netopive čvrste tvari, primjerice granule škroba, biljne (celulozne) ostatke, lignine i proteine. Tvari koje su otopljene u mulju uključuju šećere, masne

kiseline, alkohole, aminokiseline i veliki broj anorganskih tvari. Mulj također sadrži masti, ulja, smeće, papir, pijesak i veliki broj različitih

tvari kao što su kuhinjski otpaci i otpaci industrijske proizvodnje.Otpadne vode domaćinstava predstavljaju veliki ljudski fekalni materijal i urin razrijeđen u vodi za pranje. Prema procjenama savaka osoba u visoko razvijenim zemljama (urbane sredine)

proizvede više od 400 milijuna litara otpadne vode. Industrijske i komercijalne otpadne vode sadrže tvari od proizvodne

konzervisane hrane, mlijeka, klaonica i krme za stoku, kao i otpatke mnogih hemijskih, industrijskih i farmatceutskih kompanija.

Mikroorganizmi u otpadnim vodama uključuju bakterije porijeklom iz probavnog sistema sisavaca kao što su:

Bacteroides spp., Bifidobacterijum spp., Clostridium prefringens, Enterobacter aerogenes, Escherichia coli, Lactobacillus spp., i

Streptococcus fecalis. Budući da je veliki broj voda porijeklom iz domaćinstva, katkad se i u mulju nalaze ljudski patogeni.

U tabeli 9-1 navedeni su neki od tih mikroorganizama:

Protozoa

Entamoeba histolyticaGiardia (lambia)

intestinalis

Virusi

AdenovirusiEnterovirusi

(coxsacikievirusi, ehovirusi i poliovirusi)Parvovirusi (hepatitis A

virus)Reovirusi

Bakterije

Campilobacter sp.Leptospira spp.

Salmonella paratyphiSalmonella typhi

Salmonella typhimuriumSahigella dysenteriae

Vibro cholerae

Tabela 9-1. Primjer glavnih ljudskih patogena koji se javljaju u otpadnim vodama

Stoga je jedan od najvažnijih zadataka tijekom obrade otpadnih voda ukloniti takve potencijalne opasnosti za zdaravlje potrošača. Mnogi mikroorganizmi koji se nalaze u otpadnoj vodi, prvenstveno su porijeklom iz vode i tla. Tu su uključeni rodovi bakterija: Sphaeritilus, Crenotrix, Beggiatoai gljive npr. Saprolegina i Leptonitus.Svi ti organizmi maogu stvarati u crijevima i kanalima. Neki od njih mogu nagomilavati željezo, sumpor ili mangan, koji začepljuju cjevovode ili pak sumporvodik, koji ima intenzivan miris na trula jaja.Ostale bakterije koje se nalaze u otpadnim vodama uključuju vrste Cytophaga, Micrococcus, Pseudomanas, Bdellovibrio, Chromobacterium, Aeromonas, Rhodospirilliumi mnoge druge metnogene mikroorganizme.

OBRADA OTPADNE VODE

Sistem za obradu ljudskih otpadaka nalaze se u rasponu od primitivnih vanjskih septičkih jama, koje nisu ništa drugo nego rupe u zemlji, do složenih sistema obrade otpadnih voda što se upotrebljavaju u mnogim velikim gradovima. Svi se ti postupci temelje na sličnim principima: voda se odvaja od mulja, a čvrsti se materijal razgrađuje pomoću mikroorganizama u jednostavnije spojeve radi ponovnog vraćanja u zemlju i u vodu.

U mnogim domaćinstvima ljudski otpaci se odlažu u septičke jame (slika 9-1)

To su komapktni cilindrični prstenovi sa porama u stijenci. Voda prolazi u tlo kroz dno i pore septičke jame, a čvrste tvari se gomilaju na dnu. Mikroorganizmi, osobito anaerobne bakterije razgrađuju čvrstu tvar u topive produkte koji ulaze u tlo i obogaćuju ga. Nakon niza sloj taloga na dnu očvrsne (postaje kompaktan) pa se izvlači van pomoću crpke i potom se obrađuje jakim kiselinama ili bazama. Veliki broj trgovina prodaje osušene enzime ili liofilizirane (osušene) bakterijske kulture, u pravilu spore Bacillussubtilis koje se u mulj dodaju radi ubzavanjanjegove razgradnje. U određenim se fazama takve obrade otpadnih voda mogu uspješno upotrebljavati i različite vrste kvasaca.Neka domaćinstva upotrebljavaju septičke bazene, zatvorene čvrste prostore u kojima se slijeva otpadna voda. Organska tvar se nagomilava na dnu bazena dok se voda penje do otvora cijevi za otjecanje i izlazi u prostor za daljnju obradu. Voda se potom izdvaja u cijevi kroz koje otječe u okolno tlo. Budući da se razgrađena organska tvar ne apsorbira u zemlju, septički bazen se mora redovito prazniti.Kanalizacija je najmanje stara kao Cloaca Maxima iz rimskog doba. Do sredine 18. stoljeća, međutim, kanalizaciske cijevi su vrlo jednostavno produžavane iz septičke jame spreljivnim cijevima na jednom kraju. One su zajednički sakupljale zajedničku nečistoću i morale su biti redovito pražnjene. Konačno je 1842. godine izvješće Edwina Chadwicka uzdrmalo javnost i ubrzo nakon toga potaklo brigu o zdravstvu u evropskim gradovima. Chadwick je naime dokazao da se vodom širi čitav niz katkad stravičnih bolesti. U uvodnom dijelu ovog poglavlja opisao je kako je taj razvoj događaja bio potaknut izbijanjem epidemije kolere u Evropi.Uredi za javno zdravstvo u SAD-u procjenjuju da sistem kanalizacije sakuplja otpadne vode koje stvara oko 60 % populacije. Količina otpadnih voda procjenjuje se na 60 milijuna m3 vode na dan. Podatak se odnosi samo na SAD. Od tog ogromnog volumena u rijeke se otpušta izravno oko 10% vode.

Ostalih 90% podliježe nekom od mnogobrojnih načina obrade. Mali gradovi u razvijenim zemljama sakupljaju otpadne vode u velikim bazene, što se naziva oksidacijske

lagune. Na tim mjestima otpadna voda (mulj) ostavlja netaknuta tri mjeseca. Tijekom tog razdoblja aerobne bakterije razgrađuju organsku tvar u vodi, a anaerobne bakterije

razgrađuju sedimentarni materijal. Otpadna voda može u kontroliranim uslovima može biti potpuno pretvorena na jednostavnije soli, primjerice u karbonate, nitrate, fosfate i

sulfate. To se u potpunosti postiže nacjepljivanjem određenih vrsta algi u vodu na površini. Kad je ciklus dovršen bakterije prirodno ugibaju, a voda se razbistrava i takvo se jezero

može isprazniti u obližnju rijeku ili potok.Veliki gradovi upućeni na mehanizam svakodnevne obrade mulja i mogućnost da se svakog

dana obrade velike količine otpadnih voda i prerade otpadaka (slika 9-3).

Prvi korak u procesu predobrade je uklanjanje čvrstih i netopivih sastojaka. Potom slijedi primarna obrada u kojoj se sirova voda prebacuje u velike otvorene spremnike radi uklanjanja organskih nečistoća. Te nečistoće nazvane mulj, ulaze u bazene za kasniju obradu. Flokulantne tvari kao što su železo(II)sulfat ili aluminij-

sulfat // dodaju se potom u sirovi mulj da povuku mikroorganizme i ostale naplavine na dno.

Sekundarna obrada mulja se sastoji od dva postupka i to: obrade čvrste i obrada tekuće faze. U obradi tekuće faze vodeni dio mulja

se aerira radi pospješenja rasta aerobnih mikroorganizama. Tijekom rasta mikroorganizmi razgrađuju proteine na jednostavne

aminokiseline, ugljikohidrate u jednostavne šećere i masti u masne kiseline i glicerol. Kiseline i alkoholi se također stvaraju

usljed djelimične razgradnje, a u potpunoj razgradnji se stvara još i ugljik-(IV)oksid. Voda potom prolazi kroz prečistač i filter radi uklanjanja preostalih mikroorganizama i preostalih organskih

tvari. Nakon toga se pušta u potok ili jezero.

Čvrsta faza sekundarne obrade odvija se u spremniku za obradu mulja (slika 9-4, 9-5)

u kome se taloži materijal prebačen iz primarne obrade. U unutrašnjosti bazena se odvija mikrobni rast u aerobnim ili anaerobnim uslovima.

U aerobnom postupku u mulj se ubacuje zrak pod pritiskom, a suspendirane materije tvore tanku želatinoznu masu u kojoj se nalazi ogroman broj mikroorganizama koji rastu na organskoj tvari. Zooglea ramigera, gram-negativne štapićaste bakterije stvaraju sluz na kojoj se ostali mikroorganizmi pričvrćuju i sakupljaju.

Aktivirani mulj kao što je opisano, sam po sebi mješavina mnoštva miroorganizama, organske materije i ima boju i miris po mulju. Određena količina aktivnog mulja vraća se ponovo u spremnik, a ostatak se vadi i suši.

U anaerobnom postupku obrade mulja otpadna voda se zadržava oko 30 dana, dok mulj ne fermentira (slika 9-6).

Plinovi, kao što je metan (CH4), tijekom se tog postupka izdvajaju. Ostali plinovi kao što je amonijak i

vodik-sulfid vrijedni su u hemijskoj industriji. Osim toga razgrađeni mulj se može upotrijebiti kao umjetno

gnjojivo u poljoprivredi, budući da sadrži mnoge vrijedne soli. Često se umjetna gnjojiva proizvode iz

osušenog mulja, a njegova se upotreba zabranjuje kada se u njemu nalaze opasni hemijski sastojci.

Dobivanje vode iskoristive za potrošača uključuje tzv. 'tercijalnu obradu'. Nakon taloženja slijedi filtracija i

hlorisanje,a potom se voda vraća natrag u cirkulatorni tok i pretvara u vodu upotrijebljivu za potrošača.

Tercijalna obrada se u pravilu rijetko upotrebljava pošto je limitiraju visoki provedbeni troškovi.

Obrada vode i mulja radi dobivanja pitke vode

Kada su zdravstveni radnici u Africi pitali

stanovnike jednog sela da im kažu šta im je najveća potreb, odgovor je bio jednodušan

*VODA*. Zapanjujuće izvješće Svjetske zdravstvene organizacije (WHO) pokazuje da

svaki treći danas živući čovjek nema dosta vode (nema dovoljno) dovoljne za piće ili ako je dostupna zalihe su kontaminirane. Voda je neprikladna za piće kada sadrži ljudske ili

životinjske fekalije ili druge kontaminente. Odgovarajuće gospodarenje vodenim

bogastvima, međutim može preokrenuti takvo stanje. Pročišćavanje vode spriječava patogene

mikroorganizme da dopru do čovjeka, dok obrada otpada uklanja patogene iz vode i mulja. U ovom dijelu će biti prikazani načini istraživanja i provedbe nekih savremenih postupaka obrade

vode fizičkim i hemijskim putem.

Prečišćavanje vode

Tri su osnovna koraka uključena u obradu vode za piće: sedimentacija (taloženje), filtriranje i hlorisanje (slika 9-7).

U koraku sedimentacije nastoje se odstraniti čvrste tvari iz vode, primjerice lišće, čestice pijeska, i šljunka kao i ostale tvari porijeklom iz tla. To se može sprovesti u velikim spremnicima ili tankovima za taloženje.Hemikalije primjerice aluminij-sulfat / / ili željezo-(III)hlorid ( dodaju se radi ubrzavanja sedimentacije. Kada se u vodi rasprše ti hemijski spojevi tvore masu koaguliranog (zgrušanog) materijala nalik hladetini, a što se naziva flokule. Flokule padaju kroz vodu na dno i na sebe lijepe organske čestice i mikroorganizme povlačeći ih u velikim količinama na dno sedimenta u procesu koji se naziva flokulacija. Koagulirani materijal se potom uklanja.

Potom slijedi filtriranje. U tom postupku se iz vode uklanjaju mikrorganizmi. Iako se mogu upotrijebiti različiti oblici materijala za filtriranje, najveći broj filtera je sačinjen od sloja

pijeska ili šljunka radi zadržavanja mikroorganizama. Pješčani filter za polagano filtriranje načinjen je od finih čestica, a visina mu je nekoliko decimetara. On je djelotvoran za mala postrojenja. Unutarnji dio filtera čini dopunski filter za mikroorganizme. Taj dio se naziva

prljavi sloj pa je brzina filtriranja mnogo veća. Pješčani filter može prečistiti više od 12 000 vode na dan. Kada filer valja očistiti gornji se sloj pijeska se uklanja i nanosi novi sloj.

Brzi pješčani filter sadrži čestice krupnog pijeska. U tom se filteru ne stvara prljavi sloj pa je brzina filtriranja mnogo veća i iznosi više od 800 000 vode može prečistiti u roku od 24 sata. Taj se tip filtera upotreblja u gradskim sistemima za obskrbu pitkom vodom. No vodu često

valja pročistiti više i bolje nego što to može pješčani filter, pa se ona vraća preko filtera u postupku mehaničkog prosijavanaja. Propuštanjem vode preko polaganog i preko brzog

filtera uklanja se približno 99 % mikroorganizama iz vode(tabele 9-2 i 9-3)

Tabela 9-2. Broj bakterija u različitim stadijima obrade otpadne vode

Način obrade

taloženjeaktivni muljsluz sa filtera

sekundarno isctjecanjetercijalno iscjetanje

Ukupan broj ×

7×7×

6×5×3×

Broj živih ×

1×6×2×6×4×

Obrada

taloženjeaktivni mulj

kapajući filterlagune (bazeni)

Escherichia coli

3-7261-10073-97

80-100

Koliformi

13-8613-83

15-10086-100

Fekalni streptokpoki

44-6084-9364-9785-99

Virusi

---79-10040-82

95

Tabela 9-3. Smanjenje broja (u %) u organizama indikatora u različitim tipovima postupaka obrade otpadne vode

Završni korak je hlorisanjeu kome se u vodu dodaje gasoviti hlor (). Hlor je djelotvoran oksidirajući agens koji reagira sa svakom

organskom tvari u vodi. To je važno stoga što se stalnim dodavanjemhlora uspostavlja konstantna koncentracija rezidualnog (koji u vodi zaostaje) hlora za ubijanje mikroorganizama. To ujedno osigurava da sve organske tvari uključujući mikroorganizme mogu

da sa hlorom reaguju. Rezidua od 0,2-1,0 ppm (mg ×) hlora je standardna upotrebljiva koncentracija. U tim uvjetima biva uništeno

tijekom 30 minuta najveći broj mikroorganizama, koji su zaostali tijekom filtriranja. U tom postupku neke industrije 'omekšavaju

vodu' uklanjanjem magnezijevih, kalcijevih soli i ostalih soli. Omekšana voda se lakše miješa sa sapunom i ne stvara sapunske

ugruške. Voda se također može i flourisati radi spriječavanja kvarenja zubi. Naučnici vjeruju da fluor ojačava zubnu caklinu i čini

je da bude otpornija prema djelovanju kiselina što se u ustima stvara zbog metabolizamskih reakcijaanaerobnih bakterija.

Dok je hlor još uvijek najčešće korišten dezinficijens, sve se više koristi ozon u obradi voda. Razlog tome je što hlor može reagirati sa

hemijskim spojevima i stvoriti potencijalne kancerogene spojeve (spojevi koji izazivaju razne oblike raka) kao što su hloroform i

hlorofenol. Hlor je osim toga štetan za čitav niz ostalih oblika života u vodi.

Osim što dezinficira vodu ozon u obradi vode također pospješuje biološku aktivnost i smanjuje koncentraciju suspendiranih čvrstih

materija, pa stoga poboljšava efikasnost filtriranja. Ozon je potpuno pouzdan i u prikladnim uvjetima primjene, ekonomičniji je u odnosu

na hlorne spojeve.

Hvala na pažnji !