7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

1/13

MBUNTIREA EFICIENEI BACTERIILOR IMPLICATEN PROCESUL DIN BAZINUL DE AERARE AL SEAU

1. Introducere

Bioremedierea avansat utilizat la epurarea apelor uzate i a efluenilor de

canalizare reprezint, n acest moment, unul din cele mai importante aspecte aletehnologiei de tip biologic. ndeprtarea microorganismelor patogene,hidrocarburilor complexe, metalelor grele i nutrienilor a fost studiatcu deosebitatenie. Lucrarea de fa trateaz mbuntirea eficienei bacteriilor utilizate n

bazinul de aerare pentru aducerea la randament maxim a procesului demineralizare a substanelor organice i reducerea, n consecin, a timpului necesar

procesului de epurare. Un alt obiectiv este eliminarea nutrienilor (N i P) pentru aevita efectele lor duntoare asupra mediului nconjurtor. n vederea realizriiobiectivelor, au fost efectuate izolarea i identificarea micro-florei bacterienedominante din bazinul de aerare iar apoi au fost selectate cele mai active tulpini. Semarcheaz cteva probe pentru hibridizarea sau clonarea uneia sau mai multortulpini dominante n vederea sporirii eficienei acestora de a oxida. A fost realizatun experiment pilot ntr-o sercu scopul de a mri randamentul treptei biologice aSEAU-urbane ct i pentru a testa tulpinile modificate genetic. De asemenea, s-au

preluat lunar datele a 20 de parametri pentru a evidenia controlul asuprainfluentului i efluentului SEAU din oraul Taif. Cererea biologic de oxigen() i cererea chimic de oxigen (CCO) considerabil mai sczute cecaracterizeaz efluentul indic o ncrcare organic de asemenea sczut.Acurateea datelor anterior menionate este susinut de scderea carbonului

organic total (COT), cantitatea total de solide dizolvat (TSD) i a cantitateatotal de suspensii solide (TSS). Prezena unei mari cantiti de oxigen dizolvat(OD) n efluent ilustreaz eficiena procesului de pompare-aerare. Coninuturile denitrai

) i nitrii ( sensibil sczute din efluentindic o cerere crescut

de acceptori de Hidrogen. Coninutul de amoniac ( ) scade i el, totuiConinutul de Azot Kjeldahl Total (TKN) crete datorit ncrcrii cu microbi.Duritatea Total (DT) scade, ceea ce nseamn o concentraie sczut a ionilor

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

2/13

2

i i o calitate superioar a efluentului. Valorile pH-ului scad uordatorit produilor acizi rezultai n urma metabolizrii realizate de microbi.Coninuturile de fosfor (P) i sulfat (

scad artnd consumul sau fixarealor n microflora bacterian. Pe de alt parte, coninutul de clor n efluent ()

crete datorit procesului de clorinare. Petrolul i grsimile exist n cantitirelativ sczute n efluent. n final, s-au mai gsit diferite metale grele ihidrocarburi la nivel global n efluent ns sub sau n limitele permise. Concentraiaflorei microbiene a crescut considerabil n efluent, ndeosebi n lunile de var; cutoate acestea, bacteriile ce realizeaz fermentarease afl n concentraii destul demici deoarece exist destul n efluent. Numai 15 din 280 tulpini izolate(aproximativ 5.4 %) s-a descoperit c au o activitate intens n ceea ce privetemineralizarea substanelor organice, acestea au fost n ntregime identificate. Ceamai activ a fost utilizat pentru modificarea tulpinilor dominante prin tehnologiaclonrii i apoi re-inoculate n mediul experimentului pilot.

Bioremedierea pentru apele de canalizare este considerat cea mai eficient,ieftin i sigur metod din punct de vederebiotehnologic. Operaiile conduse au la

baz mai multe procese:a) ndeprtarea mecanic a particulelor solide slab sedimentabile i a spumei.

b) Transformarea n minerale a poluanilor organici dizolvabili. Acest procesare loc n bazinul de aerare sau cu biofiltru, se realizeaz de ctre bacterii.

c) Fermentarea anaerob a nmolului rezultat de la canalizare cu producereametanului (Biogazului).

d) Tratamentul teriar efectuat n vederea eliminrii elementelor de tipnutrient : ,

, , , pentru evitarea fenomenului de Eutrofizare.e) Clorinarea sau ozonificarea pentru ndeprtarea microorganismelor

patogene.f) Chelarea biologic a metalelor grele cu ajutorul biomasei din drojdii i

alge, totui, aceast ndeprtare este temporar.

Paradoxul epurrii (i/sau al tratrii) depinde n esen de:1. Cantitatea i tipul materiei uor scindabile, care ine seama de sursa de

energie (donorul de Hidrogen) i furnizeaz carbonpentru sinteza efectuat de

tulpinile de microorganisme (Burford and Bremmer, 1975; Stanford et al., 1975;Reddz et al., 1982).

2. Un oxigen suficient de concentrat (p) este necesar ca acceptor deHidrogen pentru o reacie intens de mineralizare. Mai mult, bacteriile pot fischimbate cu ali acceptori cum ar fi azotatul i sulfatul ca o alternativ pentruOxigen (Abou-Seada and Ottow, 1985; Ottow and Fabig, 1985).

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

3/13

3

3. pH: maximul reaciei de mineralizare se ntlnete de obicei la un nivelneutru al pH-ului (7.1-7.5). Condiii de aciditate sau alcalinitate crescute conduc lao mineralizare lent i mai puin eficient n timpul biodegradrii (Koskinen andKeenez, 1982; Abou-Seada and Ottow, 1986).

4. Efectul specific al calitii microorganismelor din bazinele de aerare(Munch and Ottow, 1984, Abou-Seada and Ottow, 1987). Cu tehnica de clonare agenelor s-a putut controla i mbunti eficiea tulpinilor dominante de bacterii n

bazinele de aerare, toate acestea n vederea optimizrii procesului de epurare(sautratare); (Oliver et al., 1977; Hickez and Smith, 1996).

5. Recent, Tehnologia cu Bioreactor i Membrana (MBR), ce reprezint obun alternativ la epurarea convenionalcu nmol activ urmat de decantor-dincadrul staiilor de epurare a apelor uzate urbane (SEAU). Aceast tehnologiecombin procesul biologic cu separarea prin membran ntr-o singur treapt,instalaia ocup de 5 ori mai puin spaiu dect cea cu nmol activ. n plus,

concentraia biomasei ataate poate fi mai mare dar n acelai timp volumulreactorului i costurile de exploatare fiind mai mici (Galil, 2003; Stephenson et al.,2002; Verma et al., 2006).

Scopul, obiectivul lucrrii de fa este mbuntirea eficienei bacteriilorimplicate n procesul din bazinul de aerare i astfel maximizarea ndeprtriisubstanelor organice, de asemenea i a nutrienilor.

2. Materiale Utilizate i Metode de Lucru

Acest studiu a fost realizat pe parcursul a 16 luni. Mostre reprezentative aufost prelevate lunar din influentul i efluentul SEAU urbane a oraului Taif, maiapoi analizate bacteriologic i fizico-chimic (pentru 20 de parametrii) pentru a seobserva eficiena procesului de epurare.

3. Analiza Bacteriologic

Au fost extrase cu deosebit atenie mostre reprezentative din apa uzat.

Probele au fost diluate cu ap distilat n serii. Ulterior s-a determinat densitateaflorei microbiene totale i a bacteriilor ce realizeaz fermentarea(cu o tehnicdescris de Page et al.-1982). Au fost selectate 280 de culturi i testate mai departe

pentru abilitile acestora de a degrada substanele organice complexe (celuloz,derivai ai petrolului i fenoli)-n condiii sterile.

Mediul mineral sintetic conine (per litru): 1.4 g ; 2.2 g ;0.5 g ; 0.2 g ; 10 mg ; 5 mg ; 2.5 mg ; 2.5

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

4/13

4

mg ; 1 g i 5 % C,soluie de recunoatere a elementelor (un tip dereactiv)-10 ml, pH-7.2 dup cum este descris n literatura de specialitatede Sperl iHoare (1971). Testul a fost condus n cte 5 cilindri pentru fiecare tulpin. Tuburileau fost inoculate cu soluia final i introduse ntr-un incubator la timp de 48de ore. Tulpinile active au avut capacitatea de a degrada materia organic (frapariia turbiditii) n toate tuburile cu probe. Au fost testate, simultan, tuburi frinoculare cu agentul sintetic-ca grup de control.

Pentru a identifica tulpinile cu cel mai inalt grad de activitate, au fostrealizate teste standard morfologice i fiziologice pe aceste culturi (Naveke andTrepper-1979 and Sussmuth et al. -1987). Clasificarea tulpinilor izolate a fostefectuat conform manualului Bergy de Bacteriologie Sistematic (Krieg and Holt;Sneath et al., 1986).

4. Determinrile Fizico-Chimice

n acest capitol sunt descrise amnunit metodele cu care s-au realizatdeterminrile parametrilor fizico-chimici OD, , CCO, COT, TSD, ConinutuldeNitrai, Nitrii i Amoniu, DT(prezena ionilor de Ca i Mg), Alcalinitatea, pH-ul, Turbiditatea, Coninutul n ioni de Cl, Metalele Grelecu observaia c au fostluate probe n Iulie i August 2009 pentru sezonul de var i n Decembrie iIanuarie 2010 pentru sezonul de iarn. Observarea acestor parametrii necesit unstudiu aprofundat ce nu face obiectul acestei lucrri.

5. Standul Experimental (Pilot)

n vederea optimizrii parametrilor nutriionali i de mediu cu scopul de ambunti eficiena SEAU din Taif a fost proiectat i realizat un stand pilot cumateriale proprii laboratorului de testare.

n interiorul curii Universitii Taif a fost ales un loc pentru amplasareastandului astfel nct s prezinte o parcel de pmnt izolatcu o cldire specialconstruit pentru acest experiment. Aceasta va asigura protecia mediului cenconjoar incinta n acelai timp facilitnd desfurarea experimentului n condiii

optime.Standul se compune din mai muli cilindri de plastic conectai ntre ei prinjonciuni de robinei cu 4 ieiri (Figura 1). Aceste tipuri de robinei conferflexibilitate i permit varierea debitului de ap de la maxim la minim n funcie decompoziia acesteia, tipul de aditiv, gradul de aerare i tipul microorganismelorutilizate.

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

5/13

5

6. Procedura Experimental

ncercarea vizeaz repartizarea aciunilor de biodegradare pe mai multe vase.Bacteriile se acomodeaz n funcie de componentele cu care reacioneaz cel

mai bine, aa cum se ntmpl i n apele uzate de obicei. Astfel c: apa uzattratat ce vine dintr-un anumit rezervor este pompat ctre urmtorul rezervorpentru o degradare ulterioar a unuia sau mai multorpoluani organici remaneni.Se estimeaz c trebuie s se alimenteze de mai multe ori rezervoarele din standulmai sus menonat pn se obin rezultatele optime.

Fig 1 Standul Pilot

7. Microorganismele Testate

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

6/13

6

Experimentul se realizeaz fie cu microflor natural existent n apele uzateale SEAU Taif fie cu tulpinile modificate genetic pentru a confirma capacitatea lorsporit de a degrada poluanii organici. n ambele cazuri, apa uzat ce intr nsistem trebuie s fi suferit o pre-tratare ce const n ndeprtarea manual aflotanilor. Un rezervor special poate fi adaptat pentru aceast operaie. nainte caapa uzat s avanseze, un al doilea rezervor poate fi utilizat pentru optimizareacondiiilor de biodegradare (temperatur, potenialul de oxigen, valoarea pH-ului).

8. Clonarea EDTA i degradarea genei (emoB) din acidulnitrilotriacetic (NTA) din Bacteria BNC1 (Tipul Slbatic)

Tulpini de bacterii utilizate

Bacteria BNC1 (Tipul Slbatic) : E. coli BL21 (DE3); E. coli BL21(DE3).

EmoB (F): 5 - GAT GAC GAC GAC CAT ATG ACC TAC TCC - 3(Contained an additionalNdeIrecognition site).

EmoB (R): 5 - TCA AGT GAT GTG CGG CCG CGC GCG3(Contained an additionalNotIrecognition site).

Plasmids: pET30-LIC (expression vector) (Table 1)-from Abou-Seada et al.

Mai sus sunt reprezentate secvenele de gene modificate din NTA-ul bacteriei,unde : adenina(A), guanina(G), -A si G sunt baze purinice- timina(T), citozina(C) -T si C sunt baze pirimidinice.

Tabelul 1. Substanele chimice i enzimele implicate n modificare

Nr. crt. Enzime Concentraia(uniti)1 Taq-DNA polymerase +

Mgcl2 + 10Xbuffer

200

2 Pfu-DNA polymerase +Mgcl2 +10Xbuffer

100

3 dNTPs mix 100 mM fiecare(nu aufost furnizai

corespondenii S.I.)4 T4-DNA ligase 50

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

7/13

7

5 NdeI 2006 NotI 200

n continuare se realizeaz modificareagenelor bacteriilor mai sus menionate,proces minuios realizat de ingineri chimiti, procesul este extrem de dificil deneles dar am menionatacest fapt ntruct este o metod inovativ i interesant.

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

8/13

8

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

9/13

9

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

10/13

10

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

11/13

11

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

12/13

12

9. Concluzii i Rezultate

n conluzie, datele obinute dup modificarea genetic a tulpinilor i inocularealor n influentul din bazinul de aerare demonstreaz c eficiena crete fa de

bacteriile cu o capacitate mai sczut de degradare a materiei organice. Acestea

sunt centralizate n tabelelede mai sus (date extrase dinAbou-Seada et al.).Microorganismele modificate genetic au fost inoculate n apa uzat (care a

trecut printr-o pe-tratare) din rezervoarele respective i mostrele extrase au fostanalizate pn cnd s-a terminat procesul de mineralizare.

n comparaie cu mostra din rezervorul de control (ne-inoculat), timpul n carese desfoar procesul s-a redus de la 36 la 28 de ore, ceea ce reprezint o reducerecu 22% a duratei procesului. Acest rezultat este foarte important, ntruct ilustreaz

7/28/2019 EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE MENAJERE

13/13

13

capacitatea crescut i eficiena maxim a SEAU astfel scznd costurile pentruepurare (tratare).

Bibliografie:

1. Abou-Seada, Al-assal, S and Abdalla, S.M. - African Journal ofMicrobiology Research Vol. 5(18), pp. 2600-2608, 16 September, 2011Available online http://www.academicjournals.org/ajmr ISSN 1996-0808

2011 Academic Journals - Improving the Efficiency of Involved Bacteriain Aeration Tanks of Waste Water Stations (Accepted 15 July, 2011).

2. Ottow JCG, Fabig W (1985). Influence of oxygen aeration ondenitrification and redox level in different bacterial batch cultures.In: D.E. Caldwell et al (eds), Planetary Ecology. Van Nostrand Reinhold

Co., New York, pp. 427-440.

http://www.academicjournals.org/ajmrhttp://www.academicjournals.org/ajmrhttp://www.academicjournals.org/ajmr