Čistírenská biologie Organismy v odpadních vodách a na čistírnách odpadních vod
Čištění odpadních vod Stupeň mechanický (česle, síta, lapače tuků, písku, usazovací nádrže, primární kal) Stupeň biologický (biochemická aktivita organismů, sukcese, sekundární kal) Stupeň chemický (eliminace fosforečnanů, dusičnanů) Kalové hospodářství
Schéma čistírny odpadních vod: mechanická část Odpadní voda Dešťová voda, hrubé nečistoty Primární kal Předčištění Předčištěná voda Usazovací nádrže
Schéma čistírny odpadních vod: biologická část Vzduch Biologické čištění Dusík, fosfor Dosazovací nádrže Kal: aktivovaný, nadbytečný Vyčištěná voda Kalové hospodářství
Schéma čistírny odpadních vod: kalové hospodářství Homogenizace (mísení) kalu: aktivovaný, přebytečný, primární Kalová voda Zahuštění kalu Zpět na předčištění Bioplyn (methan) Vyhnívání kalu Sušení kalu Kompostování
Biologické čištění: Aktivační systémy Směsná kultura mikroorganismů = aktivovaný kal míchání a provzdušňování odpadní vody = kontinuální kultivace Tvorba vloček (vzhled, velikost, struktura) a sukcese organismů, v dosazovací nádrži se kal separuje od vyčištěné vody Biologický rozbor (komůrka Cyrus II. a I.) a mikroskopické hodnocení aktivovaného kalu na základě sukcese organismů a přítomnosti vláken
Biocenózu aktivovaného kalu ovlivňuje: Doba zdržení: poměr objemu nádrže k přítoku odpadní vody Stáří kalu: průměrná doba od vzniku vločky po její odstranění v přebytečném kalu Objemové zatížení: množství znečištění vyjádřené jako BSK 5 připadající na jednotku funkčního objemu technologického zařízení za jednotku času Zatížení kalu: množství substrátu připadající na jednotku biomasy aktivovaného kalu za jednotku času (vyjádřené jako sušina) Rychloaktivace (zatížení kalu B x 1,6 kg.kg -1.d -1 ) Vysokozatížená aktivace (B x 0,4 kg.kg -1.d -1 ) Středně zatížená aktivace (B x = 0,1 kg.kg -1.d -1-0,4 kg.kg -1.d -1 ) Nízkozatížená aktivace (B x 0,1 kg.kg -1.d -1 )
Vzhled a struktura vloček na rastru Cyrus
Hodnocení vloček aktivovaného kalu Důležité pro hodnocení: velikost, složení a tvar vloček Podle velikosti 5 velikostních kategorií vloček (Cyrus II.) Mikrovločky (do 50 m), drobné vločky (50 m-250 m), střední vločky (250 m-500 m), velké vločky (500 m-1 mm) a obrovské vločky (nad 1 mm). Podle složení vloček bakteriální (Zoogloea, Sphaerotilus, Leucothrix, Beggiatoa), mykoidní, minerální, detritový, amorfní. Podle tvaru vloček hrudkovitý, cárovitý a síťovitý Charakter základní hmoty vloček je řídký či kompaktní Neoddělování vloček indikace zvýšeného přísunu substrátu Rozpad vloček turbulencí, destruktivní činností organismů, hnitím
Co může tvořit vločku? Shluk tyčinek bakterií obklopených gelovou matrix (difúze) Aglomerace bakterií rodu Zoogloea Zatěžkávači: kryténky Rozrušovači: vířníci, hlístice, červi Kostru mohou tvořit mikromycety (Saprochaete saccharophila), karnivorní Zoophagus, splaškové houby Leucothrix Vláknité mikroorganismy typy (pozor bytnění, strategie oproti jiným organismům: živiny, C:N, O 2 )
Disperzní růst bakterií (malé shluky): Vysoké zatížení Nízké stáří Zakalený odtok Neusaditelné vločky : Turbulence Vysoké stáří Zakalený odtok
Hodnocení aktivačního systému: Zatížení Rychloaktivace a vysokozatížená aktivace Homogenní směs vloček (velikost, tvar, složení), druhově chudá biocenóza, hojně bakterie, vláknité Sphaerotilus, drobné měňavky, nálevníci Colpidium, Glaucoma, Vorticella microstoma, bakterie Zoogloea ramigera Středně zatížená aktivace Heterogenní směs vloček, druhově bohatá biocenóza, nižší počet volných bakterií (málo substrátu), nálevníci Aspidisca, Opercularia, Vorticella, Carchesium, vířníci a háďátka Nízkozatížená aktivace Homogenní méně soudržné vločky, chudá biocenóza, dominantní druhy, volné bakterie (málo prvoků), bičíkovci Peranema, nálevníci Aspidisca, Litonotus, rournatky, kryténky (Arcella), slunivky, měňavky, vířníci
Hodnocení aktivačního systému: Saprobita Klasická aktivace má -mezosaprobní charakter, daný delší dobou zdržení a nízkým zatížením. Na přechod do -mezosaprobního stupně poukazuje výskyt vířníků a rournatek. Polysaprobní a isosaprobní nálevníci rodů Colpidium, Glaucoma, Paramecium, Tetrahymena indikují zhoršené podmínky aktivace.
Příklady oživení aktivovaných kalů (typické x netypické)
Hodnocení vláken v kalech Identifikace do typů: mikroskopická analýza (nativní a barvené) Morfologické rysy: vzhled, větvení, pohyb, tvar, délka a průměr, pouzdro, charakter buněk, granule, růst epifytických bakterií Gramova a Neisserova reakce + -
Vláknité organismy v aktivovaném kalu Typ 0961 Haliscomenobacter hydrossis Typ 021 N Typ 1701 Microthrix parvicella Nostocoida limicola nokardioformní aktinomycety
Rozdělení vláken v kalech (Wanner, Grau; 1989) S skupina: Haliscomenobacter hydrossis, Sphaerotilus natans, typ 1701, typ 0041, typ 0961 C skupina: Beggiatoa, Thiothrix, typ 021N, typ 0914 A skupina: Microthrix parvicella, Nostocoida limicola, typ 0092, typ 0803 F skupina: Nocardia pinensis (PTLO), Nocardia amarae (GALO) Další: Typ 0411, typ 0581, typ 1851, typ 1863 Haliscomenobacter hydrossis Microthrix parvicella Nostocoida limicola GALO Gordona amarae like organisms
Vláknité organismy na čistírnách odpadních vod Stupnice četnosti (dle JENKINSe) a výskytu vláknitých mikroorganismů (0 až 6) na vločku 0 Mikroskopický obraz vlákna nejsou přítomna 1 Mikroskopický obraz vlákna příležitostně 2 Mikroskopický obraz vlákna ve větším počtu, ne ve vločkách 3 Mikroskopický obraz 1 až 5 vláken na vločku 4 Mikroskopický obraz 5 až 20 vláken na vločku 5 Mikroskopický obraz více než 20 vláken na vločku 6 Mikroskopický obraz převažují vlákna nad vločkami
Vzplývání aktivovaného kalu na hladině dosazovací nádrže Vláknité bytnění Viskózní zoogleové bytnění
Sphaerotilus natans Thiothrix spp. Spirochéty Indikace: snadno rozložitelné látky, nízká koncentrace kyslíku Zoogloea Kvasinky a mikromycety Indikace: málo nutrientů, nízká hodnota ph
Hodnocení aktivovaného kalu na základě biocenóz Cenóza bičíkovců Cenóza měňavek Cenóza krytének Cenóza slunivek Cenóza nálevníků (potravní typy a specifikace) Cenóza rournatek Cenóza vířníků Doplnění informací při současném výskytu více biocenóz
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza bezbarvých bičíkovců Indikace: zatížení aerace, zkažený kal Pleuromonas Oicomonas Bodo Tetramitus Hexamitus Indikace: zatížení, kvalitně vyčištěná voda Entosiphon Na odtoku: Anthophysa Chilomonas Astasia Peranema
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza nahých měňavek Typy měňavek různá interpretace zatížení a charakteru stáří kalu Hvězdicovité typy: Indikace: zatížení Malé limax améby: Indikace: zatížení či přetížení, období zapracování, nedočištěná voda Velké typy: Indikace: zatížení aktivace s stářím kalu Amoeba radiosa Chaos proteus Vahlkampfia limax
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza krytének Obecná indikace: zatížení ALE při současném výskytu biocenóz jiná interpretace nálezu Při výskytu nálevníků Aspidisca zatížení Arcella dentata Při výskytu nálevníků Euplotes, Vaginicolla, Stentor spolu s vířníky rodu Lecane extrémně zatížení Euglypha ciliata Difflugia limnetica
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza slunivek Indikace: zatížení, výborná kvalita vyčištěné vody Actinophrys sol Raphidiophrys pallida
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza nálevníků Volně žijící nálevníci: Indikace: krátká doba zdržení, množství bakterií, přetížení, nedostatečná aerace Neúplné vyčištění odpadní vody Rody Uronema, Colpidium, Glaucoma, Paramecium, Tetrahymena Paramecium Cyclidium Uronema Tetrahymena Glaucoma Colpidium
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza nálevníků Lezoucí nálevníci: Indikace: dobrý čisticí účinek, množství bakterií Kvalitní odtok Rody Aspidisca, Euplotes, Stylonichia Stylonichia Aspidisca Euplotes
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza nálevníků Přisedlí nálevníci: Indikace: dobrý čisticí efekt Rody Carchesium, Epistylis, Opercularia, Vorticella ALE POZOR!!! Masový výskyt - zvýšení zatížení Epistylis Vorticella Carchesium Opercularia
Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza rournatek Indikace: množství bakterií, zatížení či střední zatížení Vysoká kvalita odtoku ALE!!! Za současného výskytu s rody dravých nálevníků Litonotus, Hemiophrys) Podophrya fixa Litonotus Tokophrya lemnarum
Rotaria Philodina Biologické hodnocení charakteru aktivovaného kalu: Cenóza vířníků Indikace: stáří kalu Rody Rotaria, Philodina, Cephalodella Indikace: nejvyšší stupeň vyčištění Rody Lecane, Monostyla, Colurella Cephalodella Lecane Colurella
Další typy biologického čištění Biologické kolony (biofiltry) Diskové filtry (diskové reaktory) Disky se otáčejí ve žlabu, kterým protéká odpadní voda, na jejich povrchu se tvoří nárost Stabilizační nádrže Biologické rybníky (dočišťování) odpadních vod, (anaerobní, oxidační a provzdušňované) Zemní filtry (hnojivé závlahy) Akumulační rybníky, oxidační příkopy
Biologické kolony (biofiltry) Červi Hmyz Hlístice Vířníci Rournatky Holozoičtí prvoci Heterotrofní bakterie Saprobní prvoci (měňavky, bičíkovci, nálevníci) Přibližné schéma trofických úrovní biofiltru Autotrofní bakterie (oxidace amoniaku) rozpuštěné organické látky mrtvá organická hmota rozložené organické látky minerální sole Odtok odpadní vody
Schématický průřez biofiltrem s převládající biocenózou a charakterem podmínek Povrchový typ nárostu Charakter: zelený povrch koncentrace O 2 Vnitřní aerobní typ nárostu Charakter: koncentrace O 2 Vnitřní anaerobní typ nárostu Charakter: černý povrch
Aelosoma (Oligochaeta): Biofiltry Indikace samočištění Organické znečištění Snáší vyschnutí
Stabilizační nádrže Sukcese při čištění Vertikální a horizontální zonace organismů Denní periodicita záření, klima (míchání a aeraci ovlivňuje vítr), vývoj a sezónní dynamika organismů duben květen červen říjen prosinec únor
Biologické čištění: Vegetační systémy (KČOV)
Různě zatížené odtoky z ČOV
Biologické hodnocení odtoků z ČOV Co sledujeme? Nárosty na přelivech dosazovacích nádržích Indikace: barva zelená a hnědavá, alfa- a betamezosaprobní, dobře fungující Indikace: barva bělavá a šedavá, polysaprobní, kalný odtok, nedokonale pracující Vliv odtoku na recipient testy toxicity a trofie