Využití bakterií Thiobacillus denitrificans k odstanění dusičnanů z odpadních vod

Abstract

Práce je zaměřena na odstraňování dusičnanů z modelových odpadních vod metodou autotrofní denitrifikace bakteriemi Thiobacillus denitrificans. Jako elektronový donor je zde využita elementární síra. V teoretické části práce je popsán vliv zvýšených koncentrací dusičnanů ve vodách na různé složky ekosystému. Dále jsou shrnuty a porovnány metody odstraňování dusičnanů z vod, včetně metod biologických, kam patří heterotrofní a autotrofní denitrifikace. Stěžejní část je zaměřena na bakteriální kmen Thiobacillus denitrificans a mechanismy jeho působení při autotrofním čištění vod obsahujících dusičnany. Experimenty byly zaměřeny na systematické studium odstraňování dusičnanů autotrofní denitrifikací z uměle připravovaných odpadních vod, které jsou chudé na obsah organických látek a zároveň v nich koncentrace dusičnanových iontů nepřesahuje hodnoty 100 mg.l-1. První část experimentů se zabývala vsádkovým uspořádáním, kde byl k regulaci pH denitrifikačních procesů přidáván do reakčních směsí vápenec. Pozornost byla věnována studiu vlivu řady faktorů, jako je teplota, velikost použité frakce náplně, míchání, přídavek fosforu a trojmocného železa do reakční směsi. Druhá část experimentů byla zaměřena na dlouhodobé studium autotrofní denitrifikace v průtočné koloně, kde byla jako nehybná náplň použita pouze elementární síra. Kolona byla nepřetržitě provozována celkem 428 dní a byl do ní čerpán v různých fázích optimalizace procesu modelový pracovní roztok obsahující od 15 do 50 mg.l-1 dusičnanů. Výsledky experimentů ukazují, že proces redukce lze s dostatečnou přesností charakterizovat jako reakci pseudo nultého řádu. Ta je typická pro systémy, v nichž je reakční prostředí, tedy aktivní povrch síry, plně nasycen reaktantem. Bylo experimentálně ověřeno, že hodnoty reakčních rychlostních konstant jsou závislé na velikosti částic použité náplně síry. Proces lépe probíhá v suspenzi s menšími částicemi síry. Z naměřených dat je patrný i pozitivní vliv vyšší intenzity míchání a vyšší teploty reakční směsi na rychlost redukce dusičnanů. Během odbourávání dusičnanů byly ve všech vsádkových testovaných reakčních směsích detekovány dusitanové ionty, jako meziprodukt studované reakce. Bylo prokázáno, že přítomnost sloučenin fosforu a trojmocného železa výrazně ovlivňuje míru hromadění dusitanů v reakční směsi. Během dlouhodobého testování byly nalezeny podmínky stabilního provozu kolony, při nichž nedochází k hromadění dusitanů. Přitom bylo dosaženo míry odstranění dusičnanů až 17,7 mg NO3-.l-1.h-1.