Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2020/04/X/ST8/00071
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku
Tytuł
Wpływ rodzaju osadu czynnego oraz parametrów technologicznych sekwencyjnych reaktorów wsadowych na efektywność oraz mechanizm usuwania mikrozanieczyszczeń z grupy benzotriazoli
Streszczenie
Tematyka projektu dotyczyła bardzo niebezpiecznych i powszechnie stosowanych związków, charakteryzujących się właściwościami kancerogennymi lub mutagennymi dla organizmów żywych. Benzotriazole wykorzystuje się jako inhibitory korozji instalacji w zakładach przemysłowych, do produkcji środków biobójczych, detergentów, leków, opon i gumy, jako stabilizatory UV w plastikach, farbach, foliach, kremach przeciwsłonecznych, a także w systemach chłodniczych i substancjach odladzających. Są one również dodatkami w produktach naftowych (środkach smarujących, płynach hydraulicznych). Nieliczne dostępne pozycje literaturowe wskazują na niedostateczną skuteczność usuwania benzotriazoli ze ścieków w oczyszczalniach ścieków, szczególnie przy zastosowaniu konwencjonalnych metod oczyszczania. Oznacza to, że te niebezpieczne mikrozanieczyszczenia są obecne w ściekach oczyszczonych, a tym samym dostają się do wód powierzchniowych. Należy podkreślić, że wody te w Polsce są źródłem 30% wody pitnej. Kolejnym niebezpieczeństwem jest możliwość przemieszczania się benzotriazoli w łańcuchu troficznym. Celem badań było poznanie i porównanie mechanizmu usuwania benzotriazoli w sekwencyjnych reaktorach wsadowych, z zawieszoną biomasą o kłaczkowatej, a także sferycznej strukturze. Próbki powyższych osadów czynnych (n=16) poddano analizie metataksonomicznej w celu określenia wpływu 1H-benzotriazolu (1H-BTR), 4-metylobenzotriazolu (4Me-BTR) oraz 5-metylobenzotriazolu (5Me-BTR) na skład gatunkowy bakterii, w tego rodzaju reaktorach biologicznych. Badania realizowano na przestrzeni 12 miesięcy. Osad czynny pobrano z oczyszczalni ścieków, zaś osad o sferycznej strukturze wytworzono w procesie granulacji kłaczkowatego osadu czynnego na skutek oddziaływania hydrodynamicznych sił ścinających. Do reaktorów SBR doprowadzano przygotowane wg normy ścieki modelowe, w których skład wchodziły substancje zapewniające źródło związków węgla, azotu i fosforu oraz wybrane mikro- i makro elementy. Wraz z nimi do SBR wprowadzane były mikrozanieczyszczenia z grupy beznotriazoli w stężeniach 100, 200, 500, 600 i 1000 µg/dm3. Roztwory wzorcowe BTR przygotowywano zgodnie z obowiązującą metodyką (wzorce BTR - Sigma Aldrich rozpuszczano w acetonitrylu - Merck). Reaktory SBR pracowały równolegle, w sposób ciągły, w układzie 3 cykli oczyszczania na dobę. Szczegółowej kontroli poddano parametry technologiczne procesu oczyszczania ścieków, mające kluczowy wpływ na jego przebieg. Do analizy benzotriazoli wykorzystano technikę mikroekstrakcji poprzez emulgację wspomaganą ultradźwiękami. Badania prowadzono na chromatografie gazowym HP 6890N z elektryczną kontrolą ciśnienia (EPC) 59864B, wyposażonym w detektory FID i MS 5973, kolumny kapilarne HP-5MS i PE-5HT, a także również automatyczny podajnik próbek HP 7683, Agilent Technologies, USA. W badaniach mikrobiologicznych wykorzystano technologię sekwencjonowania następnej generacji NGS, pozwalającą na identyfikację złożonej mikrobioty danego środowiska. Biblioteki genomowe przygotowano zgodnie z protokołem 16S Metagenomic Sequencing Library Preparation (Part #15044223 Rev. B) i zsekwencjonowano wykorzystując platformę MiSeq (Illumina). Realizacja badań w ramach działania naukowego potwierdziła postawioną hipotezę badawczą. Wykazano różnice oraz istotne zależności efektywność usuwania mikrozanieczyszczeń z grupy BTR w sekwencyjnych reaktorach wsadowych, od rodzaju osadu czynnego w komorze oraz od parametrów technologicznych procesu oczyszczania. Zarówno proces oczyszczania ścieków w reaktorach SBR z kłaczkowatym osadem czynnym, jak i z osadem o sferycznej strukturze, umożliwiał usuwanie z nich badanych mikrozanieczyszczeń. Efektywność usuwania benzotriazoli w poszczególnych fazach procesowych reaktorów SBR, jak i w całym cyklu ich pracy, uzależniona była od stężenia badanych związków w ściekach surowych. Najwyższą efektywność usuwania 1H-BTR ze ścieków odnotowano w reaktorze SBR z kłaczkowatym osadem czynnym, do którego doprowadzono ścieki z dawką badanego związku wynoszącą 100 µg/dm3. Natomiast najwyższą efektywność usuwania 4Me-BTR oraz 5Me-BTR ze ścieków odnotowano w reaktorze SBR z granulowanym osadem czynnym, do którego doprowadzono ścieki z większymi dawkami badanych związków (600 i 1000 µg/dm3). Wynika to z faktu, że w granulach sferycznego osadu czynnego, w większym stopniu zachodzi biosorpcja złożonych mikrozanieczyszczeń z grupy benzotriazoli. Szybkość usuwania badanych związków w SBR z kłaczkowatym osadem czynnym, podczas fazy napełniania, zależała od efektywności procesu rozcieńczania ścieków surowych mieszaniną osadu czynnego i ścieków oczyszczonych w poprzednim cyklu pracy reaktora, czyli od współczynnika dekantacji oraz od dawki badanych benzotriazoli w ściekach surowych. Szybkości usuwania 1H-BTR, 4Me-BTR i 5Me-BTR ze ścieków w SBR z kłaczkowatym osadem czynnym, w fazie mieszania były duże, w porównaniu do szybkości określonych dla kolejnych faz procesu oczyszczania. Faza napowietrzania zawartości SBR z kłaczkowatym osadem czynnym, odgrywała znaczącą rolę w usuwaniu benzotriazoli ze ścieków. Prawidłowości te nie zostały zaobserwowane w przypadku osadu czynnego o sferycznej strukturze (granulowanego). Na podstawie wyników przeprowadzonych badań stwierdzono, iż do usuwania wyższych stężeń mikrozanieczyszczeń z grupy benzotriazoli ze ścieków, powinien być dedykowany osad czynny o sferycznej strukturze. Jest to w dużej mierze związane z rozbudowaną strukturą mikroporów tego rodzaju biomasy (osadu czynnego), wypełniającej reaktor biologiczny. Analiza bioinformatyczna fragmentów sekwencji kodujących 16S rRNA wykazała istotne różnice w składzie gatunkowym bakterii występujących w sekwencyjnych reaktorach wsadowych. Były one istotne i zależały zarówno od rodzaju osadu czynnego, jak i dawki doprowadzanych heterocyklicznych związków organicznych z grupy benzotriazoli.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
BTR; SBR; benzotriazole; efektywność; granulowany osad czynny; kłaczkowaty osad czynny; mikrozanieczyszczenia; oczyszczanie ścieków; sekwencyjny reaktor wsadowy

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX