Ochrona zasobów wodnych – zadanie dla Małych i Dużych

Co dzieje się z nieczystościami opuszczającymi nasze kuchnie i łazienki? Jak to możliwe, że ścieki płynące z całego miasta do oczyszczalni o wielkości kilku basenów pływackich są oczyszczane do tego stopnia, że do odbiornika (rzeki lub jeziora) trafia czysta woda, niekiedy poprawiając nawet jakość wody w rzece, do której wpływa? Na szczęście żyjemy w czasach, kiedy domy w miastach podłączone są do sieci kanalizacyjnych, a na przedmieściach lub na wsiach gdzie gęstość zabudowy jest mniejsza, ścieki trafiają do szczelnych (w założeniu) szamb, a następnie rurami lub beczkowozami do oczyszczalni. Tyle ogólnie wiadomo. Ale co dalej? Kiedy odwiedzamy oczyszczalnię ścieków, widzimy budynki, rury, skomplikowane instalacje, baseny okrągłe i prostokątne. W miejscu, gdzie do oczyszczalni wpływają ścieki, czujemy nieprzyjemny odór, ale kiedy stajemy nad dobrze pracującym reaktorem biologicznym, do naszych nozdrzy trafia przyjemny zapach świeżej, wilgotnej gleby. Ogrodzoną barierkami komorę wypełnia szaro-brązowa bulgocząca, gęsta ciecz (Ryc. 1).

Ta z pozoru mało atrakcyjna mieszanina jest tętniącym życiem „sercem” oczyszczalni. Tym „sercem” jest osad czynny złożony z tzw. „kłaczków”, czyli posklejanych ze sobą bakterii, cząstek nieorganicznych i śluzowatych substancji wydzielanych przez bakterie. Na bakteriach żerują pierwotniaki: orzęski (film poniżej), ameby nagie, domkowe i mikroskopijne bezkręgowce takie jak wrotki, nicienie czy niesporczaki. Te niewielkie organizmy, żyjące w bioreaktorze w bardzo dużym zagęszczeniu, dzięki nieograniczonemu dostępowi do substancji odżywczych (pożywienia w postaci ścieku) i napowietrzaniu, bardzo szybko rozkładają materię organiczną i wykorzystują ją do budowy własnych komórek i szybkiego namnażania. Jako produkt uboczny wydzielają CO2, wodę i wolny azot.

Tak to wygląda w bardzo dużym uproszczeniu. W najprostszych, konwencjonalnych oczyszczalniach biologicznych, których zasada działania została opracowana sto lat temu, ściek po wstępnym oczyszczaniu mechanicznym wpływa do komory napowietrzania wypełnionej osadem czynnym, gdzie szybko jest rozkładany przez bakterie bytujące w kłaczkach. Potem osad trafia do osadnika wtórnego. Tam, nie poruszany przez mieszadła i pęcherzyki powietrza, opada na dno. Jeśli kłaczki osadu mają odpowiednią budowę, czyli są zwarte i regularne, łatwo sedymentują i tym samym następuje oddzielenie kłaczków osadu od oczyszczonego ścieku. Oczyszczony ściek, który zwykle jest klarowny jak czysta woda, wpada do rzeki lub jeziora, a osad, który zgromadził się na dnie osadnika, jest częściowo zawracany do bioreaktorów. Nadmiar osadu jest wywożony poza oczyszczalnię.

Jednak konwencjonalne oczyszczalnie nie wystarczają, bo ta niemal klarowna ciecz wypływająca z oczyszczalni zawiera azotany i fosforany, stanowiące idealne wręcz nawozy dla glonów i sinic. Płynąca przez lata polskimi rzekami glonowa pożywka w bardzo dużym stopniu przyczyniła się do powstania pojawiających się w okresie letnim toksycznych zakwitów w Bałtyku i licznych jeziorach. W Polsce, dzięki środkom unijnym, od kilkunastu lat intensywnie buduje się i modernizuje oczyszczalnie ścieków tak, by w odpływie z oczyszczalni stężenie azotanów i fosforanów było jak najniższe. Do tego, by azotany zostały zredukowane do wolnego azotu uwalnianego do atmosfery, potrzebne są bakterie denitryfikacyjne, które rozwijają się wtedy, kiedy nie mają dostępu do wolnego, rozpuszczonego w ścieku tlenu, a jedynie ten wbudowany w jony azotanowe. Potrzebne są więc w oczyszczalni strefy lub fazy niedotlenione. Z kolei aby pozbyć się ze ścieku jonów fosforanowych, operator oczyszczalni musi „wyhodować” bakterie kumulujące polifosforany (tzw. bakterie poli-P). Bakterie te w obecności tlenu gromadzą fosfor niejako w nadmiarze, co umożliwia im funkcjonowanie, gdy w środowisku tlenu zabraknie. W odróżnieniu od bakterii denitryfikacyjnych, które docelowo uwalniają azot do atmosfery, bakterie poli-P przy dobrze prowadzonym procesie gromadzą fosfor wewnątrz komórek, dzięki czemu pierwiastek ten opuszcza oczyszczalnię wraz z osadem nadmiernym. Bakterie kumulujące polifosforany do rozwoju potrzebują naprzemiennych warunków tlenowych i beztlenowych, a także łatwo przyswajalnego źródła węgla.

Ażeby osiągnąć pożądany efekt oczyszczania, nie wystarczą same bakterie. W osadzie czynnym roi się od różnorodnych form życia. Orzęski odfiltrowują ze ścieku wolnopływające bakterie nie związane z kłaczkami, poprawiając tym samym klarowność odpływu, a poprzez eliminowanie bakterii luźno związanych z kłaczkami, poprawiają ich strukturę (pierwszy film poniżej). Ameby domkowe i niektóre wrotki mogą odżywiać się bakteriami nitkowatymi (drugi film poniżej), tym samym zapobiegając ich nadmiernemu rozwojowi, którego skutkiem jest tzw. „puchnięcie” osadu, powodujące poważne problemy eksploatacyjne. Wszystkie te organizmy znajdujące się w piramidzie pokarmowej wyżej niż bakterie, mobilizują je do szybszego metabolizmu i wzrostu, a w konsekwencji do szybszego rozkładu ścieków. Z kolei eliminowanie bakterii sprawia, że mniej biomasy przyrasta w oczyszczalni, a co za tym idzie, mniej osadu nadmiernego jest wywożone na składowiska. Zdarza się, że do oczyszczalni dopływają ścieki toksyczne, których nie da się wykryć przy standardowych analizach chemicznych. W takich sytuacjach najlepszym wskaźnikiem jakości dopływającego ścieku jest kondycja orzęsków czy wrotków, którą można ocenić w trakcie obserwacji mikroskopowych. Zdarza się niestety, że w kropli osadu oglądanej pod mikroskopem możemy zobaczyć wyłącznie kłaczki, a to zły znak. W następstwie wytrucia organizmów takich jak orzęski, wrotki czy nicienie, kłaczki rozpadają się, a pomiędzy nimi pojawia się coraz więcej bakterii rozproszonych i zamiast klarownej cieczy, mamy w odpływie mętny, pełen zawiesin płyn.

Ale ochrona wód to nie tylko oczyszczanie ścieków. Chyba większość z nas zdaje sobie sprawę, że czystej wody jest coraz mniej. W związku z postępującymi zmianami klimatu zmienia się też ilość opadów jakich można by oczekiwać. I nie trzeba daleko szukać. To nie jest problem dotyczący tylko Afryki czy krajów bliskiego wschodu, ale, co sami możemy obserwować, znaczne zmniejszenie ilości opadów dotyczy także Polski. Tym bardziej należałoby postawić na działania podnoszące świadomość tego, jak postępować w domu, w życiu codziennym: że kąpiel w wannie warto zastąpić prysznicem, a do płukania zębów używać kubka (bo to oszczędność wody); żeby nie wrzucać do kanalizacji patyczków do czyszczenia uszu, bo mikroorganizmy ich nie rozłożą, a kratki filtracyjne nie zatrzymają. To samo dotyczy nitek dentystycznych i gum do żucia, które zatykają urządzenia w oczyszczalniach. Kupując, na przykład, peeling do ciała, warto zwrócić uwagę na to, czy zawarte w nim „drobinki” ścierające są pochodzenia naturalnego, które ulegną w miarę szybko rozkładowi. Te syntetyczne, kiedy dostaną się do rzeki, mogą szkodzić organizmom żywym. Nie bez znaczenia jest ilość wody zużywanej przy każdej kąpieli, czy ilość proszku użytego przy każdym praniu.

Musimy mieć świadomość, że wody na Ziemi nie przybędzie, a zapotrzebowanie na nią ciągle wzrasta. Nie ma więc innego wyjścia, jak chronić to, co mamy, a każdy z nas powinien w miarę swoich możliwości przyczyniać się do oszczędzania i ochrony zasobów wodnych. Sposobów na to w każdym gospodarstwie domowym znajdziemy sporo, jeżeli tylko uświadomimy sobie, że od nas zależy to, co będziemy pić w niedalekiej już przyszłości.

Agnieszka Pajdak-Stós, Edyta Fiałkowska

—

Dr hab. Agnieszka Pajdak-Stós i dr Edyta Fiałkowska pracują w Instytucie Nauk o Środowisku Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zajmują się ekologią mikroorganizmów wodnych ze szczególnym uwzględnieniem interakcji w osadzie czynnym. Są współautorkami książki „Osad Czynny. Biologia i analiza mikroskopowa” w wydaniach w j. polskim i niemieckim. Współpracują z wieloma oczyszczalniami ścieków i wraz z Zespołem Ekosystemów Wodnych prowadzą szkolenia dla pracowników oczyszczalni.