Nanowsparcie dla mikroorganizmów oczyszczających ścieki

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/