Biologiczne oczyszczalnie ścieków to przedsiębiorstwa wykorzystujące szereg różnorodnych technologii oczyszczania ścieków opartych na działaniu bakterii, fantastycznych „mikroutylizatorów” wszelkich zanieczyszczeń. Naukowcy ciągle pracują nad udoskonaleniem takich technik, dbając tym samym o zasoby wodne, które kurczą się w zastraszającym tempie.

Pośród dostępnych metod oczyszczania ścieków na szczególną uwagę zasługuje proces beztlenowego utleniania amoniaku - anammox, o którym pisaliśmy tutaj. Ta ekonomiczna i efektywna alternatywa dla klasycznych metod oczyszczania ścieków oparta jest na działaniu bakterii anammox, wyjątkowych „graczy” w przemianach azotu w przyrodzie, zarówno pod względem swojej budowy, jak i metabolizmu.

Bakterie te, choć niezwykle efektywne, mają jednak kilka wad, w tym podstawową z punktu widzenia oczyszczania ścieków. Mianowicie najdogodniejsza temperatura dla ich wzrostu to ok. 30 st. C.

W czym problem? Otóż, ścieki, które docierają do polskiej oczyszczalni nie mają tak wysokiej temperatury. Naukowcy podejmują więc badania nad efektywnie prowadzonym procesem anammox w temperaturach znacznie niższych od optymalnej, aby umożliwić działanie tej technologii w warunkach naszej strefy klimatycznej. Badania, które prowadzi mgr inż. Mariusz Tomaszewski z Politechniki Śląskiej skupione są właśnie na możliwości obniżenia temperatury procesu anammox z jak najmniejszym uszczerbkiem na jego efektywności.

„Zawsze bliskie mi były tematy ochrony środowiska, dlatego w swoim projekcie zajmuję się tzw. zimnym anammoxem, czyli technologią beztlenowego utleniania amoniaku ze ścieków w temperaturach poniżej temperatury optymalnej dla prowadzenia tego procesu. Sam anammox jest bardzo obiecującą alternatywą dla klasycznych technik usuwania związków azotu ze ścieków, jednak w naszej strefie klimatycznej nie jest możliwy do wdrożenia” – mówi badacz.

„Skupiam się więc nad możliwością wspomagania tego procesu w temperaturach dużo niższych niż optymalna, wykorzystując do tego celu nanomateriały, między innymi zredukowany tlenek grafenu (RGO), aby poprawić efektywność działania bakterii anammox” – wyjaśnia.

Jego badania wskazują, że dodanie RGO do reaktora, w którym prowadzony jest proces anammox, pozwala na 15-20 proc. wzrost aktywności bakterii anammox w porównaniu do procesu prowadzonego przez bakterie bez takiej stymulacji. „Jest to stosunkowo duża różnica w stosunku do konwencjonalnych technologii usuwania azotu w niskich temperaturach. Pozytywny efekt działania RGO najlepiej widać w temperaturze 13 st. C, co jest niezwykle obiecującym wynikiem” – mówi doktorant. „Warto również wspomnieć, że badana dawka tego związku w warunkach naszego eksperymentu nie działa negatywnie na zbiorowisko bakterii, które są odpowiedzialne za proces. Jest to bardzo ważne z punktu widzenia utrzymania bakterii anammox w dobrej kondycji” – dodaje.

Okazuje się również, że pomimo braku wyraźnego wpływu RGO na zbiorowisko bakterii funkcjonujących w bioreaktorze eksperymentalnym, mikroorganizmy te nie pozostają obojętne na użyty w tym eksperymencie nanomateriał, co więcej, traktują go jako potencjalny pokarm. W obrazie z mikroskopu elektronowego oraz wynikach spektroskopii strat energii elektronów (EELS) widoczne jest „nadgryzienie” i modyfikacja struktury RGO, jej utlenienie i przyłączenie jonów wapnia.

Co to dla nas znaczy? „Takie wyniki pokazują, że nanomateriały mogą być również degradowane przez bakterie. A w czasach, w których nanostruktury wkraczają we wszystkie gałęzie przemysłu, a potem - jako zanieczyszczenia, występują powszechnie we wszystkich elementach środowiska i mają nadal nie do końca poznany wpływ na człowieka, dobrze jest wiedzieć, że bakterie środowiskowe mogą być +mikrostrażnikiem+ naszego zdrowia” – ocenia doktorant.

PAP - Nauka w Polsce, dr hab. Aleksandra Ziembińska-Buczyńska

Dr hab. Aleksandra Ziembińska-Buczyńska jest mikrobiologiem z Politechniki Śląskiej. Od 2017 roku kieruje Centrum Popularyzacji Nauki PŚ. W 2015 roku zajęła trzecie miejsce w trzeciej, polskiej edycji konkursu FameLab. W CANAL+ DISCOVERY prowadziła program „Wynalazcy przyszłości”, w którym pokazywała polskie wynalazki i odkrycia, które zmienią w niedalekiej przyszłości nasz świat. Jest finalistką konkursu Popularyzator Nauki 2017, współorganizowanego przez serwis PAP - Nauka w Polsce oraz Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Tekst jest jednym z efektów programu Rzecznicy Nauki, zorganizowanego przez Centrum Nauki Kopernik i Fundację British Council. Program umożliwia nawiązanie współpracy pomiędzy popularyzującymi wiedzę naukowcami, a dziennikarzami zajmującymi się sprawami nauki.

ekr/