Gminna oczyszczalnia w Kielnie umożliwia biologiczne, zintegrowane usuwanie związków organicznych, azotu i fosforu w niskoobciążonym procesie osadu czynnego. Jej prawidłowe funkcjonowanie ma znaczenie dla jakości wody w zlewni rzeki Raduni będącej jednym ze źródeł zaopatrzenia miasta Gdańska w wodę pitną. W roku 2006 pojawił się problem puchnięcia osadu, którego przyczyną były promieniowce nokardiopodobne - NOCARDIA.

Do podstawowych metod zwalczania Nocardia zalicza się usunięcie z układu biologicznego oczyszczania ścieków flotującego osadu, w którym odbywa się rozmnażanie tej bakterii. Inną z zalecanych metod jest obniżenie wieku osadu, co często powoduje jednoczesne podwyższenie obciążenia osadu ładunkiem zanieczyszczeń organicznych. Skuteczność tej metody nie została jednoznacznie zweryfikowana, a częstą przyczyną niskiej efektywności były problemy z wcześniejszym usunięciem wyflotowanego osadu. Do zwalczania bakterii Nocardia można zastosować dawkowanie reagentów chemicznych. W USA w tym celu stosowane jest spryskiwanie piany w komorach nitryfikacji roztworem chloru o stężeniu 2000 – 3000 mgCl₂/dm³. W wyniku zastosowania tej metody obserwowano zanik piany po 2 dobach bez jednoczesnego wzrostu mętności ścieków oczyszczonych. W Niemczech prowadzone są badania nad równoczesnym stosowaniem soli glinu lub żelaza oraz polimerów organicznych (tzw. blend). Natomiast w krajach skandynawskich od kilku lat stosowany jest preparat będący połączeniem soli nieorganicznych i polimerów organicznych (tzw. BC-100).

Problemy związane z masowym rozwojem bakterii nitkowatych

W maju 2006 roku zaobserwowano na oczyszczalni typowe symptomy masowego rozwoju bakterii nitkowatych. Na powierzchni wszystkich komór osadu czynnego oraz osadnika wtórnego występowała gruba warstwa piany, w postaci wyflotowanego osadu. Jednocześnie osad charakteryzował się złymi właściwościami sedymentacyjnymi (opadalność powyżej 900 cm³/dm³), co powodowało, że źle się zagęszczał w leju osadowym osadnika oraz w komorze stabilizacji tlenowej. Konsekwencją takiej sytuacji były problemy z utrzymaniem stałego stężenia osadu w komorach reaktora biologicznego. Analiza mikrobiologiczna osadu wykazała, że w osadzie czynnym masowo rozwinęła się nitkowata, rozgałęziona bakteria Nocardia (fot. 1).
         Z uwagi na brak w pełni udokumentowanych wyników badań wskazujących na skuteczność stosowanych reagentów w zwalczaniu skutków masowego rozwoju bakterii Nocardia, postanowiono zastosować dostępny w kraju preparat mieszany (tzw. blendę) zawierający polichlorek glinu i polimer kationowy.

Dawkowanie blendy

Wprowadzanie reagenta rozpoczęto 30 maja 2006 r.
Zakupiona porcja blendy (1 m³) umożliwiała prowadzenie procesu przez 13 dni, tj. od 30 maja do 11 czerwca, przy dawce wynoszącej ok. 3 g Al³⁺/(kg_s.m.•d).

Brak zadawalających rezultatów
Na podstawie przeprowadzonych badań można było sformułować następujące wnioski:

• dozowanie blendy (mieszaniny polichlorku glinu i polimeru kationowego) do komór bioreaktora oczyszczalni w Kielnie przyczyniło się do zmniejszenia skutków nadmiernego rozwoju bakterii nitkowatych Nocardia (częściowa likwidacja piany);
• zastosowanie blendy spowodowało nieznaczne zmniejszenie liczebności bakterii Nocardia;
• uzyskane wyniki nie upoważniają do stwierdzenia, że groźba pęcznienia osadu została opanowana;
• konieczne będzie powtórne wykonanie analizy właściwości osadu po 7-14 dniach po zakończeniu prac;
• w przypadku stwierdzenia ponownego rozwoju bakterii nitkowatych Nocardia należałoby zastosować inny środek zwalczający.

 Zmiana reagenta

     Po upływie tygodnia od zakończenia dawkowania blendy zauważono ponowny przyrost piany w komorach osadu czynnego oraz na powierzchni osadnika wtórnego. Szczegółowe analizy biologiczne osadu wykonane 21 czerwca (po 10 dniach od zakończenia dawkowania blendy) wykazały, że kłaczki osadu tworzyły Nocardia, o średniej wielkości ± 200μm. Kolonie Nocardia były spójne, a na ich powierzchni występowały niewielkie zlepieńce Zooglea. W fazie płynnej (wodzie nadosadowej) notowano bardzo dużo małych (20-30μm) kłaczków Nocardia. W osadzie dominowała Nocardia, a subdominantem była Zooglea . Jednocześnie w osadzie występowała niewielka różnorodność i liczebność mikrofauny.

Z uwagi na ponowny rozwój bakterii Nocardia podjęto decyzję o zastosowaniu nowego reagenta BC-100 PL będącego preparatem soli nieorganicznych i polimerów organicznych – jest to nowość w produkcji Kemipolu. Na podstawie wstępnych ustaleń przyjęto początkową dawkę reagenta na poziomie ok. 135 mg/dm³ (108 cm³/m³). Uwzględniając wartość średniego przepływu w tym okresie (160 m³/d) dobowa ilość wprowadzanego reagenta wynosiła 17,3 dm³/d.

Z założoną wielkością reagent wprowadzano przez 9 dni (od 21 do 29 czerwca 2006r.). Nie stwierdzono zauważalnej różnicy w wyglądzie komór osadu czynnego (nadal występowała piana biologiczna) oraz opadalności (ok. 700 cm³/dm³). W okresie tym nadal występowały znaczne wahania stężenia osadu w komorach reaktora biologicznego (od 3,0 do 6,0 kg_sm/m³), spowodowane problemami z jego zagęszczaniem w osadniku wtórnym. Badania biologiczne wskazywały na nieznaczną poprawę składu osadu

Zwiększenie dawki reagenta

Z uwagi na niezadowalające efekty  podjęto decyzję o zwiększeniu dawki reagenta BC-100 PL. Zmieniono sposób obliczeń przyjmując dawkę proporcjonalną do masy osadu w komorach reaktora i w osadniku wtórnym. W obliczeniach uwzględniono następujące dane z charakterystyki preparatu: zawartość składnika czynnego – ok. 10 %, gęstość – 1,25 g/cm³. Przyjęto dawkę 1 g/(kg_s.m.•d) w odniesieniu do składnika czynnego reagenta. Uwzględniając średnie stężenie osadu, wynoszące w tym okresie 4,5 kg_sm/m³, obliczona dobowa objętość wprowadzanego reagenta wynosiła 32 dm³/d. Preparat z tak ustaloną podwyższoną dawką wprowadzano do komór oczyszczalni przez 4 tygodnie (od 30 czerwca do 27 lipca 2006r.). Badania osadu wykonane po 6 dniach (5 lipca) nie wykazały istotnych zmian w stosunku do próby wyjściowej (z 28 czerwca). Nadal masowo występowała Nocardia tworząc strukturę przestrzenną kłaczków, na powierzchni której masowo rozwijały się zlepieńce Zooglea. Zaobserwowano natomiast stopniowe zmniejszanie się grubości warstwy piany w komorach reaktora biologicznego. Kolejne badania osadu, wykonane ostatniego dnia wprowadzania preparatu, wykazały istotną zmianę składu i ilości występujących mikroorganizmów. Kłaczki osadu o wielkości 200-300 μm, tworzyły zlepieńce Zooglea. W mokrym oraz barwionych preparatach mikroskopowych nie stwierdzono obecności Nocardia (fot. 2). W płynie nadosadowym występowały niewielkie ilości swobodnie pływających bakterii pałeczkowatych. Jednocześnie nie zaobserwowano negatywnego wpływu dawkowania reagenta na skład mikrofauny osadu czynnego. W komorach osadu czynnego oraz w osadniku wtórnym całkowicie zanikła piana biologiczna. Ze względu na poprawiające się właściwości sedymentacyjne osadu (opadalność wahała się w zakresie od 310-500 cm³/dm³) możliwe było ustabilizowanie stężenia osadu w komorze na poziomie 3,5-5,0 kg_sm/m³. Końcowy indeks objętościowy osadu wynosił ok. 100 cm³/g_sm.

Efekty stosowania reagentów do zwalczania bakterii Nocardia

W okresie od 30 maja do 27 lipca 2006 r. wykonano badania nad zwalczaniem masowego rozwoju bakterii nitkowatych Nocardia w osadzie czynnym oczyszczalni w Kielnie za pomocą dwóch różnych reagentów. Zaprezentowane wyniki wykazały, że blenda (mieszanina polichlorku glinu i polimeru kationowego) jedynie w nieznacznym stopniu ograniczyła liczebność tych mikroorganizmów. Drugi z zastosowanych reagentów (preparat soli nieorganicznych i polimerów organicznych – BC-100 PL) umożliwił natomiast całkowite wyeliminowanie bakterii Nocardia z biocenozy osadu czynnego.

Krzysztof Czerwionka, Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska