Publikacja prezentuje nowoczesne i konwencjonalne technologie biologicznego oczyszczania ścieków komunalnych i bioprzemysłowych . Wyjaśniona wszystkie procesy biologicznego oczyszczania ścieków oraz tworzenie różnych struktur biologicznych zbudowanych w mikroorganizmów, typy hodowli i typy bioreaktorów stosowanych do hodowli mikroorganizmów. Podręcznik Biologiczne aspekty oczyszczania ścieków prezentuje nowoczesne i konwencjonalne procesy biotechnologicznego oczyszczania ścieków organicznych, opartych na wykorzystaniu mikroorganizmów, jako katalizatorów reakcji biochemicznych do usuwania zanieczyszczeń organicznych oraz różnych form azotu nieorganicznego, fosforu oraz siarczanów. Autor opisuje metody biologicznego oczyszczania ścieków bioprzemysłowych i wybranych ścieków pochodzących z różnych gałęzi przemysłu, utylizacji odpadów komunalnych i odcieków składowiskowych, a także skład jakościowy i ilościowy głównych taksonów tworzących wspólnoty mikroorganizmów w różnego typu bioreaktorach, uczestniczących w biologicznym oczyszczaniu ścieków. Podręcznik jest adresowany do studentów biologii, biotechnologii, ochrony środowiska, bioinżynierii środowiska.

Od Autora 13 1. Bakteryjny metabolizm w procesie oczyszczania ścieków w warunkach beztlenowych 15 1.1. Wprowadzenie 15 1.2. Ektoenzymy i egzoenzymy zewnątrzkomórkowe 17 1.3. Fermentacje węglowodanów 18 1.4. Fermentacja białek 20 1.5. Beztlenowa degradacja tłuszczów i lipidów 25 1.6. Metagenomy bakterii fermentujących ścieki 26 1.7. Produkcja metanu 27 Literatura 35 2. Fizykochemiczna charakterystyka ścieków 37 2.1. Wprowadzenie 37 2.2. Charakterystyka fizyczna ścieków 39 2.3. Chemiczna charakterystyka ścieków 40 2.3.1. Związki nieorganiczne 42 2.3.2. Związki organiczne 44 2.4. Priorytetowe zanieczyszczenia 45 2.5. Przykłady ilości produkowanych ścieków 46 2.6. Wody podgrzane 46 2.7. Ścieki radioaktywne 47 2.8. Typy ścieków przemysłowych 50 Literatura 51 3. Wspólnoty mikroorganizmów w biologicznych systemach oczyszczania ścieków 53 3.1. Wprowadzenie 53 3.2. Kłaczki osadu czynnego 54 3.2.1. Bakterie w osadzie czynnym 55 3.2.2. Metagenomy bakterii w osadzie czynnym 56 3.2.3. Analiza funkcjonalna wspólnoty mikroorganizmów osadu czynnego 58 3.2.4. Grupy mikroorganizmów występujące w osadzie czynnym 59 3.2.5. Charakterystyki osadu czynnego 64 3.2.6. Gromadzenie substancji zapasowych w osadach czynnych 65 3.2.7. Analiza metagenomiczna bakterii w beztlenowych osadach w komorach fermentacyjnych (anaerobic sludge digester) 67 3.3. Biofilm 68 3.3.1. Mikroorganizmy błony biologicznej 70 3.3.2. Pierwotniaki w błonie biologicznej 71 3.3.3. Zalety biofilmu 71 3.3.4. Ograniczenia biofilmu 72 3.4. Osady granularne 72 3.4.1. Tlenowe osady granularne 73 3.5. Beztlenowe osady granularne 79 3.5.1. Inoculum do granulacji osadu w UASB 79 3.5.2. Skład granul beztlenowego osadu 80 3.6. Eukaryota w rożnych bioreaktorach w procesie oczyszczania ścieków 81 Literatura 84 4. Bioreaktory powszechnie stosowane w hodowlach mikroorganizmów 87 4.1. Wprowadzenie 87 4.2. Bioreaktory rozproszonego wzrostu mikroorganizmow (zawiesina bakterii i/lub osad czynny sflokulowany) 88 4.2.1. Bioreaktory osadu czynnego (Activated Sludge) 88 4.2.2. Proces ACP 90 4.2.3. Bioreaktory typu CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactor) 91 4.2.4. Bioreaktory typu ALR (Airlift Reactors) 92 4.2.5. Bioreaktory typu SBR (Sequencing Batch Reactor) 93 4.3. Bioreaktory do wzrostu mikroorganizmów w postaci osadu granularnego 95 4.3.1. Bioreaktory typu UASB (Upfl ow Anaerobic Sludge Blanket) 95 4.3.2. Bioreaktory typu EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) 98 4.3.3. Bioreaktory typu SPAC (Spiral Automatic Circulation) 100 4.3.4. Bioreaktory typu SGBR (Static Granular Bed Reactor) 101 4.3.5. Bioreaktory typu ABR (Anaerobic Baff led Reactor) 102 4.4. Bioreaktory stosowane do wzrostu mikroorganizmów na powierzchni fazy stałej w postaci biofilmu 104 4.4.1. Złoża nieruchome 105 4.4.2. Złoża ruchome (Moving Beds) 108 4.4.3. Wetlandy inżynieryjne (Constructed Wetland) 112 4.5. Bioreaktory membranowe (Membrane Bioreactors) 113 Literatura 115 5. Usuwanie azotu i fosforu ze ścieków z zastosowaniem nowych technologii 117 5.1. Biologiczne usuwanie azotu 117 5.1.1. Wprowadzenie 117 5.1.2. Badania ilości azotu w ściekach 117 5.1.3. Rekomendowane systemy intensywnego usuwania azotu ze ścieków 120 5.2. Biologiczne usuwanie fosforu 138 5.2.1. Wprowadzenie 138 5.2.2. Opis procesu EBPR 139 5.2.3. Biochemiczne aspekty procesów EBPR 140 5.2.4. Mikroorganizmy PAO i GAO 142 5.2.5. Powstawanie struwitu 145 Literatura 146 6. Naturalne metody biologicznego oczyszczania ścieków 149 6.1. Wprowadzenie 149 6.1.1. Nawadnianie pól (Irrigation of fields) 149 6.1.2. Pola filtracyjne (Filtration fields) 155 6.1.3. Stawy biologiczne 155 6.1.4. Napowietrzane laguny (Aeration lagoons) 162 6.1.5. Filtry piaskowe 163 6.1.6. Wetlandy inżynieryjne 165 Literatura 166 7. Nowoczesne biologiczne systemy oczyszczania ścieków 171 7.1. Wprowadzenie 171 7.2. Konwencjonalne systemy beztlenowego oczyszczania ścieków 172 7.2.1. Fermentory osadów 173 7.2.2. Szamba 175 7.2.3. Rowy utleniające 175 7.3. Rozwój technologii reaktorów beztlenowych o wysokiej efektywności 177 7.4. Podsumowanie 179 7.5. Rodzaje beztlenowo-tlenowych systemów oczyszczania 180 7.5.1. Systemy beztlenowo-tlenowe z wykorzystaniem oddzielnych wysokowydajnych bioreaktorów 180 7.5.2. Systemy zintegrowane beztlenowo-tlenowych bioreaktorów 187 Literatura 197 8. Ścieki przemysłu spożywczego i ich oczyszczanie 201 8.1. Wprowadzenie 201 8.2. Ścieki rolno-spożywcze 201 8.3. Przemysłowe wykorzystanie kukurydzy 203 8.3.1. Ścieki i ich charakterystyka 205 8.3.2. Oczyszczanie ścieków z procesowania kukurydzy 205 8.4. Produkcja drożdży piekarniczych 206 8.4.1. Skład ścieków z produkcji drożdży i ich charakterystyka 207 8.4.2. Oczyszczanie ścieków z produkcji drożdży 208 8.5. Przemysł cukierniczy 209 8.5.1. Ścieki i ich charakterystyka 209 8.5.2. Oczyszczanie ścieków cukierniczych 210 8.6. Przetwórstwo ziemniaków 211 8.6.1. Ścieki i ich charakterystyka 211 8.6.2. Oczyszczanie ścieków z przeróbki ziemniaków 212 8.7. Przemysł mleczarski 214 8.7.1. Podatność ścieków mleczarskich na degradację 216 8.7.2. Oczyszczanie ścieków mleczarskich 217 8.8. Przemysł browarniczy 225 8.8.1. Ścieki browarnicze 226 8.8.2. Oczyszczanie ścieków browarniczych 228 8.9. Przemysł mięsny 229 8.9.1. Oczyszczanie ścieków przemysłu mięsnego 231 8.10. Produkcja soków z owoców i warzyw 233 8.10.1. Soki z owoców cytrusowych 233 8.10.2. Sok jabłkowy 234 8.10.3. Przetwórstwo pomidorów 235 8.10.4. Przetwórstwo marchwi 235 8.10.5. Nektary 236 8.10.6. Ścieki z przetwórstwa owoców i warzyw 236 8.10.7. Oczyszczanie ścieków z przetwórstwa owoców i warzyw 237 Literatura 238 9. Oczyszczanie ścieków farmaceutycznych 243 9.1. Wprowadzenie 243 9.2. Mikrobiologiczna produkcja antybiotyków 243 9.2.1. Historia penicyliny 244 9.3. Komercyjna produkcja penicylin 245 9.4. Ścieki farmaceutyczne 247 9.5. Oczyszczanie ścieków farmaceutycznych 250 9.5.1. Bioreaktor typu AnMBR (Anaerobic Membrane Bioreactor) 254 9.5.2. Bioreaktor UASB 255 9.5.3. Bioreaktor typu EGSB (Expanded Granular Sludge Blanket) 256 9.5.4. Bioreaktor UASR (hybryda – czterostopniowy system bioreaktorów UASB) 257 9.5.5. Bioreaktor typu AnSBR 257 9.5.6. Hybrydowe systemy beztlenowo-tlenowe 257 9.6. Kluczowa mikroflora w oczyszczaniu ścieków farmaceutycznych 258 9.6.1. Analiza metagenomiczna w biologicznej oczyszczalni ścieków farmaceutycznych 258 9.6.2. Analiza metagenomiczna wspólnot mikroorganizmów w beztlenowych bioreaktorach oczyszczających ścieki farmaceutyczne 259 Literatura 261 10. Oczyszczanie ścieków rafineryjno-petrochemicznych 265 10.1. Wprowadzenie 265 10.2. Skład ścieków rafineryjno-petrochemicznych 267 10.3. Oczyszczanie ścieków rafineryjno-petrochemicznych 269 10.3.1. Degradacja fotokatalityczna 270 10.3.2. Zasadnicze oczyszczanie ścieków rafineryjno-petrochemicznych 273 10.3.3. Analiza metagenomiczna osadów w komorach konwencjonalnych i reaktorach membranowych w procesie oczyszczania ścieków rafineryjno-petrochemicznych 275 10.3.4. Analiza metagenomiczna wspólnot bakterii oczyszczających ścieki petrochemiczne w dwustopniowym systemie mikroaerofilno/anoksy tlenowym 277 10.4. Szlaki degradacji węglowodorów przez mikroorganizmy obecne w osadach 279 10.4.1. Szlaki degradacji węglowodorów w warunkach tlenowych 279 10.4.2. Mikrobiologiczna degradacja węglowodorów w warunkach beztlenowych 282 10.5. Podsumowanie 284 Literatura 285 11. Oczyszczanie ścieków celulozowo-papierniczych 289 11.1. Wprowadzenie 289 11.2. Charakterystyka odpadów i ich źródło 292 11.3. Skład chemiczny ścieków 293 11.4. Minimalizacja odpadów 294 11.5. Oczyszczanie ścieków celulozowo-papierniczych 294 11.5.1. Laguny z napowietrzaniem (baseny stabilizacyjne) 297 11.5.2. Oczyszczanie ścieków w warunkach beztlenowych 297 11.6. Analiza metagenomiczna wspólnoty bakterii degradujących drewno 300 11.7. Usuwanie zanieczyszczeń w ściekach celulozowo-papierniczych z zastosowaniem grzybów 302 11.8. Inne metody oczyszczania ścieków celulozowo-papierniczych 303 11.8.1. Koagulacja/strącanie 303 11.8.2. Adsorpcja 304 11.8.3. Utlenianie chemiczne 304 11.8.4. Filtracja membranowa 304 11.9. Odpady stałe i ich utylizacja 305 11.9.1. Fermentacja 305 11.9.2. Kompostowanie 306 11.9.3. Wprowadzanie do gruntu 306 11.9.4. Spalanie odpadów 306 11.9.5. Piroliza 306 11.9.6. Reforming parowy 307 11.9.7. Katalityczne utlenianie na mokro 308 11.9.8. Emisja gazów 308 11.10. Podsumowanie 309 Literatura 309 12. Oczyszczanie wód kopalnianych przez bakterie redukujące siarczany(VI) 313 12.1. Wprowadzenie 313 12.2. Charakterystyka biotechnologiczna bakterii redukujących siarczany(VI) 314 12.3. Skład fizyko-chemiczny AMD 321 12.4. Wspólnota mikroorganizmów w kwaśnych wodach kopalnianych 323 12.5. Biotechnologie usuwania zanieczyszczeń z AMD 324 12.5.1. Ekstensywne biotechnologie 327 12.5.2. Bioreaktory 330 12.5.3. Mikroorganizmy występujące w systemach oczyszczających AMD 333 12.5.4. Podsumowanie 334 Literatura 334 13. Odpady organiczne i ich utylizacja 341 13.1. Wprowadzenie 341 13.2. Rodzaje odpadów 343 13.2.1. Odpady komunalne 343 13.2.2. Odpady przemysłowe 343 13.2.3. Odpady niebezpieczne 343 13.2.4. Odpady płynne 344 13.2.5. Komunalne osady ściekowe 344 13.3. Ilości produkowanych odpadów w Polsce 344 13.4. Gospodarka odpadami stałymi 345 13.5. Hierarchia w sektorze gospodarki odpadami 347 13.6. Składowisko odpadów komunalnych 348 13.7. Mikrobiomy składowisk odpadów komunalnych 350 13.8. Technologie odzyskiwania materiałów i energii 351 13.8.1. Kompostowanie 352 13.8.2. Zgazowanie 360 13.8.3. Piroliza 360 13.8.4. Spalanie 361 13.8.5. Zagospodarowywanie osadów ściekowych pierwotnych i wtórnych 362 13.9. Akta prawne 363 13.10. Podsumowanie 364 Literatura 371 14. Biologiczne oczyszczanie odcieków ze składowisk odpadów komunalnych 375 14.1. Wprowadzenie 375 14.2. Składowanie odpadów komunalnych 376 14.3. Tworzenie odcieków składowiskowych 377 14.4. Oczyszczanie odcieków ze składowisk komunalnych 382 14.4.1. Fizykochemiczne usuwanie zanieczyszczeń w odciekach 383 14.4.2. Biologiczne oczyszczanie odcieków składowiskowych 385 14.5. Naturalna biologiczna oczyszczalnia odcieków 391 14.6. Wspólnoty mikroorganizmow w procesie oczyszczania odcieków składowisk komunalnych 392 14.6.1. Relacje między charakterystykami stawów oczyszczających odcieki a liczebnością OTU 393 14.6.2. Bakterie w stawach doczyszczających z roślinnością 394 14.6.3. Populacje archeonów w procesach oczyszczania odcieków 394 14.6.4. Wspólnoty bakterii występujące w odciekach, w stawach biologicznych i w bioreaktorach oczyszczających odcieki 395 14.7. Grzyby w oczyszczaniu odcieków 396 14.7.1. Oczyszczanie odcieków w bioreaktorach z grzybami 396 Literatura 397 15. Mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków komunalnych w Ostrzeszowie 401 15.1. Wprowadzenie 401 15.2. Schemat technologiczny oczyszczalni ścieków 403 15.3. Efektywność oczyszczania ścieków komunalnych 406 Literatura 408