Chem. Listy 106, 129135(2012)
Laboratorní přístroje a postupy
tlaku, který je nutný pro zajištění požadovaného hydraulického výkonu MBR. Tato skutečnost zapříčiňuje větší spotřebu elektrické energie, popřípadě častější chemické čištění membrány, což v konečném důsledku znamená výrazný vzrůst provozních nákladů systému6. Zanášení membránového povrchu představuje v provozní praxi vážný problém. Způsobuje pokles intenzity objemového toku permeátu, zvyšuje finanční náročnost, a tedy snižuje efektivnost celého systému. Za majoritní faktor ovlivňující proces zanášení membránového povrchu jsou mnohými autory považovány extracelulární polymery711. V závislosti na provozních podmínkách se mohou extracelulární polymery podílet na zanášení až z 50 % (cit.7).
VLIV PROVOZNÍCH PARAMETRŮ NA KONCENTRACE A SLOŽENÍ MIKROBIÁLNÍCH PRODUKTŮ AKTIVOVANÉHO KALU LUKÁŠ DVOŘÁK, MARCEL GÓMEZ a IVETA RŮŽIČKOVÁ Ústav technologie vody a prostředí, Fakulta technologie ochrany prostředí, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6
[email protected],
[email protected],
[email protected]
Vymezení pojmu extracelulární polymery a jejich funkce
Došlo 19.10.10, přijato 17.10.11.
Za extracelulární polymery (ECP) jsou obecně považovány organické látky produkované mikroorganismy aktivovaného kalu, ať při jejich záměrné metabolické exkreci či při lyzi vlastních buněk. ECP se mohou stát též předmětem biotického (enzymového) a/nebo abiotického rozkladu. Z chemického hlediska jsou ECP organické, makromolekulární látky. Jedná se zejména o sacharidy, proteiny, nukleové kyseliny (DNA i RNA) a (fosfo)lipidy, které se vyskytují na mikrobiálních agregátech či v jejich blízkém okolí12,13. V mnoha případech jsou do skupiny ECP dále zařazovány i huminové látky7,14,15. ECP jsou děleny do dvou základních skupin na rozpuštěné a vázané (Pozn.: Není-li uvedeno jinak, myslí se pod pojmem ECP v tomto příspěvku jejich obě skupiny, tj. rozpuštěné i vázané). Za rozpuštěné ECP jsou obecně považovány takové biopolymerní organické látky, které jsou produkty mikroorganismů aktivovaného kalu a nacházejí se v kapalné fázi suspenze. Vázané ECP jsou též biopolymerní produkty mikroorganismů aktivovaného kalu, které se však vyskytují v bezprostřední blízkosti buněk aktivovaného kalu či jsou na ně různou silou poutány16,17. ECP jsou produkovány za rozdílnými účely, a tudíž plní i různé funkce. Hlavní z těchto funkcí jsou shrnuty v následujících bodech11,1619: přilnavost k povrchu – usnadňují kolonizaci inertního povrchu a následně akumulaci bakterií na výživově bohatých površích v oligotrofním prostředí; strukturální prvky vloček a biofilmu – podílejí se na mechanické stabilitě vznikajících/vzniklých vloček aktivovaného kalu a biofilmů; shromažďování bakteriálních buněk a agregátů – vytvářejí „mosty“ mezi jednotlivými buňkami či malými agregáty vloček; ochranná bariéra – podílejí se na ochraně buněk vůči specifickým i nespecifickým agresorům či jejich látkám; akumulace vody a ochrana buněk před vysycháním; sorpce a akumulace organických látek/substrátu a nutrientů z okolí;
Klíčová slova: extracelulární polymery, stáří aktivovaného kalu, membránový bioreaktor, zanášení membránového povrchu, retence
Úvod Udržitelné zásobování vodou a ochrana vodních zdrojů patří mezi základní potřeby lidského života1. To má za následek mimo jiné i neustále se zpřísňující nároky na kvalitu vody vypouštěné z čistíren odpadních vod (ČOV)2. Jednou z možností, jak zmíněné nároky bez problémů plnit, je instalace membránové technologie3. Pokud je membránová technologie spojena s biologickými procesy odstraňujícími znečištění z odpadních vod, hovoříme o membránovém bioreaktoru (MBR). MBR se jeví jako jedna z nejperspektivnějších technologií pro plošné využití při intenzifikaci procesu čištění odpadních vod. Počet instalací v oblasti čištění průmyslových i komunálních odpadních vod v posledních deseti letech dramaticky vzrostl4. Využití této technologie k separaci aktivovaného kalu, a tím nahrazení doposud nejvíce rozšířené gravitační sedimentace za filtraci, přináší řadu významných zlepšení, např. zvýšení kvality odtoku z ČOV, snížení celkové zastavěné plochy, popřípadě navýšení aktuální kapacity ČOV umístěním membránových modulů do stávajících nádrží2 a provoz při vyšších koncentracích aktivovaného kalu či minimalizace separačních problémů (vzplývání aktivovaného kalu). Vedle uvedených výhod je však membránová technologie spojena s významnou nevýhodou, kterou je postupné zanášení membránového povrchu5. Zanášení lze obecně definovat jako proces, při kterém dochází vlivem prosté akumulace či adsorpce složek filtrované suspenze ke snížení efektivního filtračního povrchu membrány, a to jak povrchu vnějšího, tak i povrchu pórů. Nicméně termín zanášení se v terminologii MBR nejčastěji používá pro veškeré jevy vedoucí ke ztrátě permeability (propustnosti) membrány. Ztráty permeability vedou zejména k nutnosti aplikace vyššího transmembránového 129
Chem. Listy 106, 129135(2012)
Laboratorní přístroje a postupy
mezibuněčná komunikace – zprostředkovávají, umožňují a usnadňují možné symbiotické vztahy bakterií s ostatními biotickými složkami prostředí.
Možnosti ovlivňování koncentrací extracelulárních polymerů Produkce ECP mikroorganismy aktivovaného kalu je závislá na konkrétních provozních parametrech aktivačních nádrží. Další možností je dávkování pomocných aditiv. Jako vhodná aditiva se pro tento účel jeví běžně používané sorbenty a flokulanty33. Je nutné dodat, že tento přístup je účinný především v případě rozpuštěných ECP. Z nejběžnějších sorbentů lze použít práškové aktivní uhlí. To vykazuje vysokou účinnost odstranění rozpuštěných ECP, včetně dalších makromolekul v širokém rozmezí molekulových hmotností33. Optimální dávka práškového aktivního uhlí navíc zlepšuje celkové charakteristiky aktivovaného kalu. Jeho nevýhodou je ovšem relativně vysoká cena a potřeba pravidelné regenerace či náhrady za nové34. Z koagulantů se jako nejvhodnější jeví sloučeniny železa a hliníku. Bylo potvrzeno, že polymerní koagulanty vykazují nejvyšší účinnost35. To je vysvětlováno vlivem většího počtu nábojů a delším řetězcem molekul koagulantu, jelikož k eliminaci rozpuštěných ECP dochází na základě principu nábojové neutralizace, změnou charakteru (destabilizací hydratačního prostorově orientovaného obalu), přemosťováním a částečnou sorpcí na vzniklých vločkách koagulantu35,36.
Vliv extracelulárních polymerů na zanášení membránového povrchu Rozpuštěné ECP ovlivňují proces zanášení membránového povrchu především adsorpcí na stěnách pórů membrány. Vázané ECP ovlivňují velkou měrou charakter filtrační vrstvy vznikající na membránovém povrchu20,21. Poměr sacharidy/proteiny v aktivační směsi je autory (cit.21,22) považován za důležitější faktor ovlivňující zanášení membránového povrchu, než kvantitativní zastoupení jednotlivých složek ECP. Ovšem vliv ECP na zanášení membránového povrchu je zpravidla ovlivněn i dalšími faktory, např. vlastním materiálem membrány (hydrofobní membrány jsou většinou zanášeny rychleji než membrány hydrofilní)2123 či přítomností/nepřítomností zejména vícemocných kationů (vyšší koncentrace kationů způsobují rychlejší zanášení)7,24,25. Kromě přímého vlivu ECP na zanášení membránového povrchu je nutné zmínit i jejich vliv na charakter suspenze aktivovaného kalu, čímž je následně nepřímo ovlivněn i proces zanášení. Vysoké koncentrace ECP např. zvyšují viskozitu aktivační směsi26 či je ovlivněn negativní povrchový náboj buněk aktivovaného kalu8,27.
Experimentální část
Provozní parametry ovlivňující koncentrace extracelulárních polymerů
Membránový bioreaktor
Koncentrace ECP jsou závislé na konkrétní charakteristice aktivovaného kalu, která je přímo ovlivňována mnoha provozními parametry. Z provozních parametrů je nejdůležitější stáří aktivovaného kalu (doba zdržení biomasy v systému). Bylo prokázáno, že při jeho poklesu se koncentrace ECP zvyšují a naopak2830. Ovšem není vhodné, aby bylo stáří aktivovaného kalu zvyšováno příliš. Optimální stáří aktivovaného kalu je uváděno15 v rozmezí 20 až 50 dní. V tomto rozmezí je zachována dostatečná metabolická aktivita přítomných mikroorganismů15. V následujících bodech jsou uvedeny další provozní parametry, které ovlivňují koncentrace ECP12,15,31,32: látkové zatížení aktivovaného kalu – zvýšení látkového zatížení vede k vzrůstu koncentrací ECP; intenzita aerace: i) velikost střihových sil – dlouhodobé vystavení suspenze aktivovaného kalu vyšším střihovým silám snižuje koncentrace ECP; ii) koncentrace rozpuštěného kyslíku – při nízké koncentraci rozpuštěného kyslíku produkují některé mikroorganismy více biopolymerních látek, tedy i více ECP; teplota – výrazný a zejména náhlý pokles teploty zvyšuje koncentrace ECP a naopak.
Složení a koncentrace ECP byly sledovány v membránovém bioreaktoru (MBR) o celkovém aktivním objemu 130 dm3. MBR byl rozdělen přepážkami na tři části v objemovém poměru 1:1:1. První část byla provozována za anoxických podmínek a zbývající dvě části za oxických podmínek. MBR byl osazen ultrafiltrační membránou o velikosti pórů < 0,1 m. Membrána tvořená dutými vlákny byla vyrobena z polyvinylidenfluoridu a byla ponořena v poslední části MBR (viz obr. 1). Plocha membrány činila 0,5 m2. Do MBR byla čerpána reálná komunální odpadní voda po mechanickém předčištění. Schematické znázornění MBR je uvedeno na obr. 1. Extrakce a analýza složek extracelulárních polymerů ECP byly ze vzorku aktivovaného kalu separovány centrigufací v kombinaci s teplotní extrakcí dle Morgana37. Centrifugace sloužila k oddělení vázaných a rozpuštěných ECP ze vzorku aktivovaného kalu. Koncentrace jednotlivých složek ECP byly stanovovány spektrofotometrickými metodami a výpočtem z kalibračních rovnic. Sacharidy byly analyzovány po reakci s kyselinou sírovou podle metodiky Duboise38 a namísto 80% fenolu byl použit 5% (cit.39). Koncentrace DNA byly analyzovány podle Burtona40 – reakce s difenylaminem, kyselinou octovou, kyselinou sírovou a následně s acetaldehydem. Proteiny byly 130
Chem. Listy 106, 129135(2012)
Laboratorní přístroje a postupy a
w, hm . %
60
35
35
30
26
24
12
11
10
Obr. 1. Schematické znázornění MBR; část 1 byla osazena míchadlem, v části 3 byl umístěn membránový modul z dutých vláken
31 31
29
27 28
0
30
stanovovány po reakci s Folin-Ciocalteu fenolovým činidlem podle Lowryho41 a huminové látky na základě principu Sharma a Krishnana42, taktéž po reakci s FolinCiocalteu fenolovým činidlem. Koncentrace proteinů a huminových látek byly dále korigovány dle Frølunda43.
50
80 stáří kalu, d
b 60
w, hm. %
Výsledky a diskuse V následujících odstavcích jsou prezentovány a diskutovány výsledky získané několikaletým sledováním poloprovozní membránové čistírny odpadních vod pracující s reálnou městskou odpadní vodou po hrubém předčištění.
51
36 35 32 28
30
Kvantifikace jednotlivých složek extracelulárních polymerů
30
30
26 20
Výsledky pravidelně prováděných chemických analýz, které byly zaměřeny na identifikaci a kvantifikaci jednotlivých složek ECP, jsou uvedeny na obr. 2. Z uvedených výsledků je patrné, že změna stáří aktivovaného kalu neměla významný vliv na zastoupení složek vázaných ECP. Naproti tomu byl zjištěn vliv stáří aktivovaného kalu na zastoupení jednotlivých složek rozpuštěných ECP. Ovšem nebyly pozorovány jednoznačné trendy. Podle obr. 2 byla jako minoritní složka vázaných ECP identifikována DNA (pod 12 %) pro všechny testované hodnoty stáří aktivovaného kalu. V případě rozpuštěných ECP byly jako minoritní složka zjištěny proteiny (pod 8 %). Při stáří aktivovaného kalu 30 dní byly koncentrace proteinů opakovaně zjištěny pod mezí stanovitelnosti. Ačkoliv huminové látky byly identifikovány jako majoritní složky vázaných i rozpuštěných ECP (v obou případech přes 30 %), nelze je považovat za hlavní složky ovlivňující zanášení membránového povrchu. Bylo totiž zjištěno, že huminové látky byly nejméně zadržovaná složka ECP membránovým povrchem (viz obr. 3). Retence jednotlivých složek ECP byly stanoveny diferenčně. A sice jako podíl mezi součtem sum koncentrací jednotlivých složek vázaných a rozpuštěných ECP získaných ze vzorku aktivovaného kalu a koncentrací rozpuštěných ECP namě-
8 3
0
30
50
80 stáří kalu, d
Obr. 2. Zastoupení jednotlivých složek v hm.% (w) a) vázaných ECP a b) rozpuštěných ECP při rozdílném stáří aktivovaného kalu; v pořadí zleva: huminové látky, sacharidy, proteiny a DNA
řených v odtoku z MBR, resp. ze vzorku odebraného bezprostředně po průchodu membránou. Jak je patrno z obr. 3, sacharidy a proteiny byly zjištěny jako dominantní složky zadržované membránovým povrchem. Z naměřených hodnot ovšem nelze jednoznačně určit, která složka byla membránou zadržena nejvíce, jelikož uvedené retence obou složek jsou téměř shodné. Dosahují průměrných hodnot přes 98 %, přičemž stáří aktivovaného kalu mělo jen velmi malý vliv na jejich retenci. Je 131
Chem. Listy 106, 129135(2012)
Laboratorní přístroje a postupy
Stejný trend byl pozorován i v případě rozpuštěných ECP. Zde byl při zvyšování stáří aktivovaného kalu zjištěn výraznější pokles celkových koncentrací rozpuštěných ECP, než v případě vázaných ECP. Při vzrůstu stáří aktivovaného kalu z 30 na 80 dní byl zjištěn pokles celkových koncentrací rozpuštěných ECP o 5,5 mg gXorg1, neboli pokles o 65 % vůči původní hodnotě (tj. 8,5 mg gXorg1). Grafické znázornění výsledků těchto testů je uvedeno na obr. 4. K podobným závěrům dospěli i jiní autoři2830,45,46, kteří též zaznamenali pokles koncentrací rozpuštěných ECP při zvyšování hodnoty stáří aktivovaného kalu. Avšak enormně vysoké hodnoty stáří aktivovaného kalu jsou spjaty se znatelným poklesem metabolické aktivity mikroorganismů aktivovaného kalu. Snížení metabolické aktivity zapříčiňuje pokles schopnosti odstraňovat látkové zatížení přicházející na ČOV spolu s odpadní vodou, a tedy pokles celkové účinnosti ČOV. Výrazné zvýšení stáří aktivovaného kalu také souvisí s nadměrnou akumulací biologicky inertních látek v systému a s nutností úměrného zvýšení koncentrace aktivovaného kalu za účelem dosažení požadovaného výkonu systému. Velmi vysoké hodnoty koncentrací aktivovaného kalu (nad 20 g l1) jsou dalším jevem působícím negativně na zanášení membránového povrchu. Z tohoto důvodu by mělo být snahou nalézt optimální poměr mezi stářím a koncentrací aktivovaného kalu. To je často u každé ČOV individuální. Dolní hodnota stáří aktivovaného kalu, tj. 30 dní, byla zvolena na základě zkušeností s provozem sledovaného MBR modelu jako nejnižší možná hodnota s ohledem na udržitelnost konstantní koncentrace aktivovaného kalu. Naproti tomu horní hodnota, tj. 80 dní, byla shledána jako nejzazší, kterou bylo možno udržet při minimálním odtahu přebytečného aktivovaného kalu ze systému a udržení koncentrace aktivovaného kalu
95
∂i, % 90
85 Huminové Sacharidy látky
Proteiny
DNA
Obr. 3. Retence jednotlivých složek ECP membránovým povrchem (∂i) za rozdílného stáří aktivovaného kalu; v pořadí zleva: 30 dní, 50 dní a 80 dní
proto zřejmé, že sacharidy a proteiny budou v problematice zanášení membránového povrchu hrát významnou roli. To potvrzují i autoři21,22,27. Ti považují, mimo kvantitativního zastoupení jednotlivých složek ECP, za rozhodující faktor ovlivňující zanášení membránového povrchu také podíl mezi koncentracemi sacharidů a proteinů. Na tomto místě je ovšem nutné podotknout, že na retenci jednotlivých složek ECP se podílí současně několik mechanismů a faktorů. Za hlavní retenční mechanismus složek ECP je považována makromolekulární adsorpce7,44. Jistou roli hrají i faktory biologické. Některé složky rozpuštěných ECP mohou být začleněny do metabolických drah přítomných mikroorganismů a poté sloužit jako zdroj uhlíku či substrátu22. Navíc je nutné zvážit i možnou interakci složek ECP (zejména rozpuštěných) s vlastním materiálem membrány, jehož vlastnosti mohou být v čase změněny. Bude tudíž záviset i na stáří membránového materiálu či dále na koncentraci kationtů a mnoha dalších faktorech.
1-1 c, mg gXorg C, mg·g Xorg.
100
10
← Vázané ECP
-1 1 C, c, mg·g mg gXorg. Xorg
100
50
5
Vliv stáří aktivovaného kalu na koncentrace extracelulárních polymerů
Rozpuštěné ECP →
Výsledky testů zaměřených na sledování vlivu stáří aktivovaného kalu na koncentrace vázaných ECP naznačily, že se zvyšujícím se stářím aktivovaného kalu klesají koncentrace vázaných ECP. Při zvýšení stáří aktivovaného kalu z 30 na 80 dní došlo zároveň ke snížení celkových koncentrací vázaných ECP (tj. sacharidů, proteinů, huminových látek a DNA) z původních 87 mg gXorg1 na konečných 60 mg gXorg1. Tento rozdíl představuje pokles o 31 %.
0 20
40
60
80
0 100
stáří kalu, kalu, d Stáří Obr. 4. Závislost celkových koncentrací složek ECP (c), tj. sacharidů, proteinů, huminových látek a DNA na stáří aktivovaného kalu
132
Chem. Listy 106, 129135(2012)
Laboratorní přístroje a postupy
pod horní hodnotou rozmezí. Na základě těchto skutečností byla zvolena pro další etapu střední hodnota stáří aktivovaného kalu, tj. 50 dní.
koncentracích aktivovaného kalu. Tyto experimenty byly provedeny při koncentracích aktivovaného kalu 6, 9 a 12 g l1, přičemž stáří aktivovaného kalu bylo udržováno přibližně na hodnotách 50 dní. Před zahájením testu s danou koncentrací aktivovaného kalu byl MBR inokulován aktivovaným kalem z městské čistírny odpadních vod. Po stabilizaci systému/vzrůstu koncentrace aktivovaného kalu na požadovanou hodnotu bylo zahájeno sledování změn koncentrací ECP. Z výsledků těchto experimentů uvedených na obr. 5 je patrné, že se celkové koncentrace vázaných ECP při vyšších koncentracích aktivovaného kalu z dlouhodobého hlediska snižovaly. Nejvýraznější pokles byl zjištěn při nejvyšší sledované koncentraci aktivovaného kalu, tj. při 12 g l1. V tomto případě byl za 267 dní sledování zjištěn pokles téměř o 40 mg gXorg1. Naproti tomu pokles celkových koncentrací vázaných ECP při koncentraci aktivovaného kalu 9 g l1 činil za stejné období pouze 17 mg gXorg1. V případě nejnižší testované koncentrace aktivovaného kalu (6 g l1) byl zjištěn mírný nárůst celkových koncentrací ECP, a to o 5 mg gXorg1. V případě rozpuštěných ECP, byl též zjištěn jejich výrazný pokles při nejvyšší testované koncentraci aktivovaného kalu, a to přibližně o 4 mg gXorg1, což představuje celkové snížení o 72 %. Snižující se tendence koncentrace vázaných i rozpuštěných ECP při nejvyšší sledované koncentraci aktivovaného kalu může být vysvětlena buď poklesem látkového zatížení aktivovaného kalu, nebo vyšší viskozitou aktivační směsi. Vzrůst viskozity způsobí menší vliv střihových sil indukovaných aerací na buňky mikroorganismů aktivovaného kalu, a tedy nižší mechanický stres47. Výsledky experimentu zaměřeného na vliv látkového zatížení aktivovaného kalu na koncentrace ECP prokázaly, že při jeho postupném snížení z 0,15 na 0,10 g g1 d1 (počítáno na koncentrace CHSKCr a vztaženo na koncentraci aktivovaného kalu) došlo k poklesu celkové koncentrace vázaných ECP o 18 mg gXorg1, tedy o 22 %. Stejný trend byl pozorován i v případě rozpuštěných ECP. Zde byl zaznamenán pokles celkové koncentrace o 89 % (z 5,8 na 0,7 mg gXorg1). Lze předpokládat, že vlivem nedostatku organického substrátu v surové odpadní vodě a tím s poklesem látkového zatížení mohou mikroorganismy aktivovaného kalu využívat přítomné ECP pro svůj metabolismus. Pokles koncentrací ECP při poklesu látkového zatížení a se zvyšujícím se stářím aktivovaného kalu je ve shodě s literárními údaji48.
Vliv koncentrace a látkového zatížení aktivovaného kalu na koncentrace extracelulárních polymerů Další experimenty byly zaměřeny na vývoj celkových koncentrací vázaných i rozpuštěných ECP při odlišných
1-1 c, mg gXorg C, mg·g Xorg.
a 100
X ~ 6 g l1
X ~ 12 g l1
75
X ~ 9 g l1 50 0
90
180
270
Doba provozu,dd doba provozu,
1-1 c, mg gXorg C, mg·g Xorg.
b 10
X ~ 6 g l1
5
X ~ 12 g l1 X ~ 9 g l1 0 0
90
180
Závěry
270
Z výsledků prezentovaných v tomto příspěvku lze vyvodit několik důležitých poznatků o problematice vázaných a rozpuštěných extracelulárních polymerů (ECP). Vlivem zvýšení stáří aktivovaného kalu z 30 na 80 dní došlo ke snížení celkové koncentrace vázaných ECP o 30 % a rozpuštěných ECP o 65 %. Bylo také zjištěno, že celkové koncentrace jednotlivých složek vázaných i roz-
doba provozu, Doba provozu,dd
Obr. 5. Dlouhodobý průběh celkových koncentrací (c) a) vázaných ECP a b) rozpuštěných ECP v čase za odlišných koncentrací aktivovaného kalu od 6 do 12 g l1
133
Chem. Listy 106, 129135(2012)
Laboratorní přístroje a postupy
puštěných ECP se při nejvyšší testované koncentraci aktivovaného kalu (tj. 12 g l1) z dlouhodobého hlediska výrazně snižovaly. Snížení látkového zatížení aktivovaného kalu vedlo k poklesu koncentrací vázaných i rozpuštěných ECP. Dále bylo prokázáno, že změna stáří aktivovaného kalu neměla na rozdíl od rozpuštěných ECP významný vliv na zastoupení jednotlivých složek vázaných ECP. Huminové látky byly identifikovány jako majoritní složka vázaných i rozpuštěných ECP a jako minoritní složka vázaných ECP byla zjištěna DNA a proteiny v případě rozpuštěných ECP. Sacharidy a proteiny byly nejvíce zadržované složky membránovým povrchem. Stáří aktivovaného kalu nemělo významný vliv na retenci jednotlivých složek ECP membránovým povrchem.
17. Nielsen P. H., Jahn A., Palmgren R.: Water Sci. Technol. 36, 11 (1997). 18. Gessesse A., Dueholm T., Petersen S. B., Nielsen P. H.: Water Res. 37, 3652 (2003). 19. Wilén B. M., Jin B., Lant P.: Water Sci. Technol. 47, 95 (2003). 20. Kim J. S., Lee C. H., Chum H. D.: Water Res. 32, 3443 (1998). 21. Yamato N., Kimura K., Miyoshi T., Watanabe Y.: J. Membr. Sci. 280, 911 (2006). 22. Lesjean B., Rosenberger S., Laabs C., Jekel M., Gnirss R., Amy G.: Water Sci. Technol. 51, 1 (2005). 23. Gray S. R., Ritchie C. B., Tran T., Bolto B. A.: Water Res. 41, 3833 (2007). 24. Savaria F., Zwiener Ch., Frimmel F. H.: Desalination 192, 280 (2006). 25. Liang S., Zhao Y., Liu C., Song L.: J. Membr. Sci. 310, 503 (2008). 26. Nagaoka H., Ueda S., Miya A.: Water Sci. Technol. 34, 165 (1996). 27. Liao B. Q., Allen D. G., Droppo I. G., Leppard G. G., Liss S. N.: Water Res. 35, 339 (2001). 28. Ahmed Z., Cho J., Lim B. R., Song K. G., Ahn K. H.: J. Membr. Sci. 287, 211 (2007). 29. Al-Halbouni D., Traber J., Lyko S., Wintgens T., Melin T., Tacke D., Janot A., Dott W., Hollender J.: Water Res. 42, 1475 (2008). 30. Ouyang K., Liu J.: J. Environ. Sci. 21, 1329 (2009). 31. Wang Z., Wu Z., Tang S.: Water Res. 43, 2504 (2009). 32. Menniti A., Kang S., Elimelech M., Morgenroth E.: Water Res. 43, 4305 (2009). 33. Iversen V., Mehrez R., Horng R. Y., Chen C. H., Meng F., Drews A., Lesjean B., Ernst M., Jekel M., Kraume M.: J. Membr. Sci. 345, 21 (2009). 34. Ng C. A., Sun D., Fane A. G.: Sep. Sci. Technol. 41, 1447 (2006). 35. Wu J., Chen F., Huang X., Geng W., Wen X.: Desalination 197, 124 (2006). 36. Wei J., Gao B., Yue Q., Wang Y., Li W., Zhu X.: Water Res. 43, 127 (2009). 37. Morgan J. W., Forster C. F., Evison L.: Water Res. 24, 743 (1990). 38. Dubois M., Gilles K. A., Hamilton J. K., Reber P. A., Smith F.: Anal. Chem. 28, 350 (1956). 39. Raunkjaer K., Hvited-Jacobsen T., Nielsen P. H.: Water Res. 28, 251 (1993). 40. Burton K.: Biochem. J. 62, 315 (1956). 41. Lowry O. H., Rosebrough N. J., Farr A. L., Randall R. J.: J. Biol. Chem. 193, 265 (1951). 42. Sharma O. K., Krishnan P. S.: Anal. Biochem. 14, 11 (1966). 43. Frølund B., Griebe T., Nielsen P. H.: Appl. Microbiol. Biotechnol. 43, 755 (1995). 44. Liang S., Liu C., Song L.: Water Res. 41, 95 (2007). 45. Kimura K., Naruse T., Watanabe Y.: Water Res. 43, 1033 (2009).
Tento příspěvek vznikl v rámci řešení výzkumného záměru MSM6046137308 financovaného MŠMT ČR. Financováno také z účelové podpory na specifický vysokoškolský výzkum (MŠMT č. 21/2011). LITERATURA 1. Janosova B., Miklankova J., Hlavinek P., Wintgens T.: Desalination 187, 103 (2006). 2. Brepols Ch.: Operating Large Scale Membrane Bioreactors for Municipal Wastewater Treatment. IWA Publishing, London 2011. 3. Futselaar H., Schonewille H., Vente D., Broens L.: Desalination 204, 1 (2007). 4. Lesjean B., Huisjes E. H.: Desalination 231, 71 (2008). 5. Kim M. J., Sankararao B., Yoo C. K.: J. Membr. Sci. 375, 345 (2011). 6. Drews A.: J. Membr. Sci. 363, 1 (2010). 7. Lyko S., Al-Halbouni D., Wintgens T., Janot A., Hollender J., Dott W., Melin T.: Water Res. 41, 3894 (2007). 8. Meng F., Zhang H., Yang F., Zhang S., Li Y., Zhang X.: Sep. Purif. Technol. 51, 95 (2006). 9. Vocks M., Bracklow U., Drews A., Lesjean B., Mante J., Kraume M.: Desalination 199, 381 (2006). 10. Günder B.: The Membrane-Coupled Activated Sludge Process in Municipal Wastewater Treatment. Lancaster, Pennsylvania 2001. 11. Li J., Li Y., Ohandja D. G., Yang F., Wong F. S., Chua H. C.: Sep. Purif. Technol. 59, 238 (2008). 12. Judd S., Judd C.: The MBR Book: Principles and Applications of Membrane Bioreactors in Water and Wastewater Treatment. Elsevier, London 2006. 13. Wilén B. M., Jin B., Lant P.: Water Res. 37, 2127 (2003). 14. Eriksson L., Alm B.: Water Sci. Technol. 24, 21 (1991). 15. Meng F., Chae S. R., Drews A., Kraume M., Shin H. S., Yang F.: Water Res. 43, 1489 (2009). 16. Laspidou C. S., Rittmann B. E.: Water Res. 36, 2711 (2002).
134
Chem. Listy 106, 129135(2012)
Laboratorní přístroje a postupy
46. Pan J. R., Su Y., Huang Ch.: Desalination 250, 778 (2010). 47. Dvořák L., Gómez M., Dvořáková M., Růžičková I., Wanner J.: Bioresour. Technol. 102, 6870 (2011). 48. Li J., Yang F., Li Y., Wong F., Chu H. Ch.: Desalination 225, 356 (2008).
L. Dvořák, M. Gómez, and I. Růžičková (Department of Water Technology and Environmental Engineering, Institute of Chemical Technology, Prague): Influence of Operation Parameters on Concentration and Composition of Microbial Products in Wastewater Treatment Extracellular polymeric substances of microorganisms are responsible for fouling of membrane surface. The fouling affects the hydraulic efficiency and economics of membrane processes. The concentrations and composition of these products depend on sludge parameters, especially on sludge retention times. Concentrations of the microbial products, mostly decrease with increasing the sludge retention time and with decreasing the activated sludge loading. A significant decrease in the concentrations of extracellular polymeric substances was observed at the highest activated sludge concentration (12 g L1). No important changes in the extracellular polymeric substances composition or in their retention on membrane surface were observed on changing the sludge retention time. Saccharides and proteins were the most retained compounds.
135
