• Georgios Drivas

Πώς μας βοηθούν οι μικροοργανισμοί στον καθαρισμό των αστικών αποβλήτων;

Ενημερώθηκε: Απρ 9


Είναι γεγονός πως όταν σκεφτόμαστε τους μικροοργανισμούς, αυτομάτως τους συσχετίζουμε με κάτι το κακό, είτε αυτό αφορά στην υγεία είτε στη γενικότερη καθημερινή ζωή. Η πραγματικότητα διαφέρει. Οι μικροοργανισμοί ακόμη και αν είναι παθογόνοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν προς όφελος του ανθρώπου και μάλιστα μία διαδικασία η οποία λαμβάνει χώρα κάθε μέρα 24 ώρες το 24ωρο πολύ κοντά στις πόλεις μας, είναι ο καθαρισμός των αστικών αποβλήτων (λυμάτων) ο οποίος πραγματοποιείται από παθογόνους και μη μικροοργανισμούς. Η διαδικασία ονομάζεται ενεργή ιλύς (λάσπη) η οποία μάλιστα εφευρέθηκε εδώ και πάνω από έναν αιώνα. Πώς όμως λειτουργεί αυτή η διαδικασία; Ας ρίξουμε μία ματιά.


Τι είναι η ενεργή ιλύς;


Η ενεργή ιλύς είναι μια πολυσύνθετη τεχνολογία, όμως εάν μπορούσαμε να συνοψίσουμε, είναι η βιολογική διαδικασία όπου πολυάριθμοι μικροοργανισμοί (μύκητες, πρωτόζωα και βακτήρια: αυτό ονομάζεται ιλύς/λάσπη) που προέρχονται από τα ίδια τα αστικά λύματα, χρησιμοποιούνται στον καθαρισμό τους.


Πως λειτουργεί;


Η αρχή της συγκεκριμένης τεχνολογίας περιλαμβάνει τη διαδικασία με την οποία το νερό των αστικών λυμάτων που ήδη περιέχει τους απαραίτητους μικροοργανισμούς λόγω της ανθρωπογενούς δραστηριότητας, τροφοδοτείται με οξυγόνο σε δεξαμενές αερισμού. Η τροφοδοσία αέρα αναμειγνύει τους μικροοργανισμούς με την εμπεριέχουσα «βρωμιά» των λυμάτων στο εργοστάσιο επεξεργασίας και οδηγεί τους αερόβιους μικροοργανισμούς (αυτούς που απαιτούν οξυγόνο για την ανάπτυξή τους) να πολλαπλασιαστούν. Οι μικροοργανισμοί έτσι αναπτύσσονται και καταναλώνουν αυτή τη «βρωμιά», η οποία μπορεί να είναι είτε οργανική είτε ανόργανη.


Οι βασικοί πρωταγωνιστές!


Για να κατανοήσουμε τα μεγέθη, τα αστικά λύματα περιέχουν τεράστιο φορτίο μικροοργανισμών. Μερικά από τα πιο σημαντικά γένη μικροοργανισμών που εντοπίζονται στα αστικά λύματα, είναι τα ακόλουθα: Acinetobacter, Akkermansia, Trichococcus, Streptococcus, Acidaminococcus, Flavobacterium, Luteolibacter και Opitutus. Αυτά τα γένη μάλιστα εμφανίζονται και σε διαφορετικές κατηγορίες λυμάτων. Για παράδειγμα:

  • Τα Flavobacterium εμφανίζονται σε λύματα προερχόμενα από βιομηχανίες επεξεργασίας κρέατος, καθότι έχουν τη δυνατότητα να αναπτύσσονται παρουσία ζωικών ελαίων και λιπαρών οξέων.

  • Τα Akkermansia εμφανίζονται στα αστικά λύματα των πόλεων, καθότι αποτελούν μέρος της μικροχλωρίδας της γαστρεντερικής οδού συμμετέχοντας στον μεταβολισμό των λιπαρών οξέων.

  • Τα γνωστά και μη εξαιρετέα Streptococcus αποτελούν μία από τις κυρίαρχες αιτίες εμφάνισης παθήσεων όπως μηνιγγίτιδα, φαρυγγίτιδας, βακτηριακή επιπεφυκίτιδα καθώς και ενδοκαρδίτιδες.

  • Opitutus εμφανίζονται σε λύματα προερχόμενα από εργοστάσια διύλισης πετρελαϊκών υδρογονανθράκων, γεγονός που εξηγείται και από την ιδιότητά τους να αναπτύσσονται καταναλώνοντας πηγές άνθρακα προερχόμενες από τη βιοδιάσπαση του πετρελαίου.

Συνεπώς και η συχνότητα εμφάνισης συγκεκριμένων μικροοργανισμών με συγκεκριμένες ιδιότητες, είναι ανάλογη του τύπου των λυμάτων.


Και στον καθαρισμό του νερού δεν συμβάλλουν μόνο τα βακτήρια. Ας ρίξουμε μια ματιά στους «συγκατοίκους» και «συνεργάτες τους».



Η ιδέα


Οι Edward Ardern και W.T. Lockett, λοιπόν, στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, στις αρχές της δεκαετίας του 1910 σκέφτηκαν ότι αυτοί οι μικροοργανισμοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώστε να καταναλώσουν την οργανική ύλη που εμπεριέχεται στα αστικά λύματα. Αυτό που έκαναν είναι να παράσχουν τροφοδοσία οξυγόνου σε μία ποσότητα λύματος επί ένα μήνα και, τελικά, παρατήρησαν πως μετά τη διακοπή παροχής οξυγόνου, η βιομάζα των μικροοργανισμών καθίζανε και το υπερκείμενο νερό ήταν αρκετά καθαρότερο του αρχικού. Αναλύσεις που πραγματοποίησαν επιβεβαίωσαν πως όντως το νερό ήταν καθαρότερο και περιείχε μικρότερες ποσότητες οργανικής και ανόργανης ύλης. Μέχρι τη δεκαετία του ’30, η τεχνολογία τους εφαρμόζονταν στην επεξεργασία των λυμάτων σε χώρες όπως ΗΠΑ, Καναδά, Γερμανία και Δανία και σταδιακά σε ολόκληρο τον κόσμο. Σχηματικά μπορούμε να κατανοήσουμε τη διαδικασία στην παρακάτω εικόνα.


Συνοπτική περιγραφή της τεχνολογίας ενεργούς ιλύος (τροποποιήθηκε από Pipeline, 2003).

Ενεργή ιλύς: βήμα-βήμα


Με οδηγό την παραπάνω εικόνα, είναι χρήσιμο να ρίξουμε μια ματιά στα επιμέρους στάδια της διαδικασίας με τον οποία λειτουργεί η ενεργή ιλύς. Γεγονός είναι πως η διαδικασία, γενικά, περιλαμβάνει πολλαπλά άμεσα και έμμεσα βήματα, όμως περιληπτικά μπορεί να συνοψιστεί στα παρακάτω:

  1. Τα εισρέοντα λύματα εκχύνονται στη δεξαμενή υποδοχής ή αερισμού. Η δεξαμενή αυτή ονομάζεται και πρωτογενής αποδέκτης.

  2. Οι αερητήρες ενεργοποιούνται και απλός αέρας, ή άλλες φορές καθαρό οξυγόνο, τροφοδοτείται στο εισερχόμενο λύμα. Η τροφοδοσία αέρος γίνεται με τη μορφή φυσαλίδων οι οποίες μάλιστα προκαλούν ανάδευση, ομογενοποιώντας το λύμα ώστε να είναι ομοιόμορφη η σύστασή του.

  3. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα (οι χρόνοι ποικίλουν ανάλογα την περιοχή και τη σύσταση των λυμάτων) ο αερισμός τερματίζεται και το επεξεργασμένο λύμα μεταφέρεται στον δευτερογενή αποδέκτη ο οποίος δεν διαθέτει συσκευές αερισμού.

  4. Στον δευτερογενή αποδέκτη το λύμα αφήνεται σε αδράνεια, ούτως ώστε η ενεργή ιλύς να καθιζάνει και να προκύψει καθαρό υπερκείμενο ύδωρ. Ποσότητα της ενεργούς ιλύος αυτού του σταδίου που καθιζάνει στον πυθμένα του δευτερογενούς αποδέκτη, επιστρέφει πίσω στη δεξαμενή αερισμού ώστε να συμπληρώσει τη ποσότητα που χρειάζεται για να επεξεργαστούν τα λύματα.

  5. Το υπερκείμενο νερό/επεξεργασμένο λύμα απορρίπτεται και πάλι πίσω στο περιβάλλον και έτσι ανακυκλώνεται.


Κλείνοντας


Πολύ περιληπτικά έτσι καθαρίζονται τα αστικά λύματα και δεν καταλήγουν στον υδροφόρο ορίζοντα ανεπεξέργαστα. Ωστόσο με την ανά τακτά χρονικά διαστήματα επανάληψη της διαδικασίας παράγεται μεγάλη ποσότητα ενεργούς ιλύος η οποία αποτελεί βιομάζα, μιας και αποτελείται από μικροοργανισμούς οι οποίοι πολλαπλασιάστηκαν καταναλώνοντας τη «βρωμιά» που περιέχεται μέσα στα αστικά λύματα. Αυτή η βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλες εφαρμογές οι οποίες θα αναλυθούν σε άλλο άρθρο.


Άριστον μεν ύδωρ (Πίνδαρος 522-438 π.Χ.). Ποταμός Καλαμάς (προσωπικό αρχείο).

Τι να θυμάσαι:

  • Οι μικροοργανισμοί στην ενεργό ιλύ προέρχονται από τα ίδια τα λύματα.

  • Η ενεργή ιλύς καταναλώνει τη «βρωμιά» από τα λύματα ουσιαστικά «τρώγοντάς» την.

  • Τα λύματα που καθαρίζονται από την ενεργό ιλύ, επιστρέφουν στο περιβάλλον.


Για περισσότερες πληροφορίες:

  1. Ardern E., Lockett W.T. (1914). Experiments on the oxidation of sewage without the aid of filters. Journal of the Society of Chemical Industry. 33: 523-539.

  2. Azhdarpoor et al.: (2014). Oily wastewaters treatment using Pseudomonas sp. isolated from the compost fertilizer. Journal of Environmental Health Science & Engineering. 12:77.

  3. Beychok, M. R. (1967). The Design of Sour Water Strippers. World Petroleum Congress. In: Valiante,Marcia. "Book Review: The Culture of Flushing. A Social and Legal History of Sewage, by Jamie Benidickson. Osgoode Hall Law Journal 45: 629-635.

  4. Muriel Derrien, Elaine E. Vaughan, Caroline M. Plugge, Willem M. de Vos. (2004). Akkermansia muciniphila gen. nov., sp. nov., a human intestinal mucin-degrading bacterium. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 54: 1469–147.

  5. Pipeline. (2003). Explaining the activated sludge process. National Small Flows. Clearinghouse. 14: 1-8. ISSN 1060-0043.

  6. Shchegolkova N M, Krasnov G S, Belova A A, Dmitriev A A, Kharitonov S L, Klimina K M, Melnikova N V, Kudryavtseva A V (2016). Microbial Community Structure of Activated Sludge in Treatment Plants with Different Wastewater Compositions. Frontiers in Microbiology. 7:90. doi: 10.3389/fmicb.2016.00090.

  7. SizhongYang, Xi Wen, Yulan Shi, Susanne Liebner, Huijun Jin, Amedea Perfumo. (2016). Hydrocarbon degraders establish at the costs of microbial richness, abundance and keystone taxa after crude oil contamination in permafrost environments. Scientific Reports. 6: 1-13.