Αντιδραστήρας θειοαναγωγικών βακτηρίων για την επεξεργασία υγρών βιομηχανικών αποβλήτων που περιέχουν μέταλλα

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η λειτουργία ενός βιολογικού αντιδραστήρα θειοαναγωγικών βακτηρίων, εργαστηριακής κλίμακας σταθερής κλίνης και ανοδικής ροής, προκειμένου να αξιολογηθεί συγκριτικά το θρεπτικό υπόστρωμα μεταξύ δύο πηγών άνθρακα: γαλακτικού και αιθανόλης. Ο αντιδραστήρας λειτούργησε σε κλειστούς διαδοχικούς κύκλους τροφοδοσίας έπειτα από τον εμβολιασμό με μικτή καλλιέργεια θειοαναγωγικών βακτηρίων. Τέθηκε αρχικά σε λειτουργία με διάλυμα που περιείχε γαλακτικό νάτριο, θειικά ιόντα και σίδηρο (100 mg/l). Ακολούθησε η σταδιακή αντικατάσταση του γαλακτικού από αιθανόλη σε διάστημα 30 ημερών. Έπειτα προστέθηκαν τα μέταλλα: Zn, Cu, Ni σε συγκέντρωση 100 mg/l και έγινε η παρακολούθηση της απόδοσης του αντιδραστήρα ως προς την αναγωγή των θειικών ιόντων και την καταβύθιση των μετάλλων Fe, Zn, Cu και Ni. Στη συνέχεια η αιθανόλη ελαττώθηκε στη στοιχειομετρικά απαιτούμενη συγκέντρωση για την αναγωγή των θειικών ιόντων. Μέσω της παρακολούθησης των παραμέτρων του pH, της συγκέντρωσης των θειικών ιόντων, των ιόντων του δισθενούς θείου, του συνολικού οργανικού άνθρακα και των διαλυτών μετάλλων (παράμετροι λειτουργίας του βιοαντιδραστήρα) διαπιστώθηκε η επιτυχής λειτουργία του αντιδραστήρα και η ανοχή του βακτηριακού πληθυσμού στις μεταβολές της σύστασης του διαλύματος τροφοδοσίας. Κύρια συμπεράσματα είναι ότι ο αντιδραστήρας λειτούργησε επιτυχώς καθ’ όλη τη διάρκεια των διαδοχικών κύκλων όπως φαίνεται από την παραγωγή αλκαλικότητας, την αναγωγή των θειικών ιόντων, την οξείδωση του οργανικού υποστρώματος και την ποσοτική καταβύθιση των μετάλλων. Τέλος μελετήθηκε η μεταβολή των παραμέτρων λειτουργίας σε συνάρτηση με το χρόνο ξεκινώντας από καθορισμένες αρχικές συνθήκες (πειράματα κινητικής).

In the present study, the operation of a laboratory-scale sulphate-reducing reactor, operating in upflow mode, is described under two different carbon sources/electron donors: lactate and ethanol. The bioreactor was operating continuously for 115 days at room temperature. A mixed culture of sulphate-reducing bacteria was added in the bioreactor along with a variation of Postgate’s medium, containing lactate, sulphates and iron (Fe, 100 mg/l). Lactate feed was replaced stepwise with ethanol over 30 days. After the replacement of lactate by ethanol, ethanol was inserted in excess to sulphate with iron (Fe, 100 mg/l). In the following days three more heavy metals were inserted in the bioreactor (Zn, Cu and Ni). Finally, ethanol was added stoichiometrically to sulphate. Samples were taken systematically and apart from pH measurement the concentration of sulphates, sulphide, organic matter and soluble metals (operational parameters of the bioreactor) was determined. Out of these measurements it was concluded that the bioreactor was successfully adjusted to the changing medium. In specific as a result of the alkalinity generated during the SRB metabolism, pH reached a value of 7.5-8.5, sulphates were reduced, the organic substrate was oxidized and all metals were quantitatively precipitated. Apart from the experiments on the different carbon source, batch kinetic experiments were also conducted in the bioreactor starting with different conditions each time.