Rola bakterii w osadzie czynnym.

Bakterie, mikroskopijne jednokomórkowe organizmy, występują we wszystkich środowiskach: wodzie, powietrzu, glebie, ściekach oraz innych organizmach żywych. Pomimo swoich niewielkich rozmiarów bakterie pełnią w przyrodzie ogromną rolę. Jedną z najważniejszych funkcji bakterii jest rozkład materii organicznej – zdolność wykorzystywana w oczyszczalniach ścieków, gdzie licznie występujące bakterie rozkładają substancje organiczne zawarte w ściekach.

O tym, że to właśnie bakterie odgrywają tak ważną rolę w rozkładzie materii organicznej decyduje kilka czynników:

- bakterie mogą wykorzystywać materię organiczną występującą w różnych postaciach: jako materię rozpuszczoną, występującą w nawet bardzo małych stężeniach lub jako materię w postaci cząstek dzięki temu, że wydzielają na zewnątrz enzymy (tzw. egzoenzymy) które rozkładają cząstki materii do postaci łatwiej przyswajalnych.
- dzięki wytwarzaniu na zewnątrz komórek substancji egzopolisacharydowych bakterie łatwo przylegają do cząstek organicznych, tym samym przyczyniając się do tworzenia kłaczków osadu.

Proces rozkładu materii organicznej przebiega w oparciu o dwa przeciwstawne procesy zachodzące w komórkach bakterii. Pierwszym z nich jest odżywianie czyli całość procesów biochemicznych prowadzących do syntezy składników komórki. W zależności od tego z jakich substratów korzystają bakterie w procesie odżywiania dzielimy je na:
- autotrofy – czyli bakterie które węgiel ze środowiska pobierają z CO2
- heterotrofy – czyli bakterie które węgiel pobierają ze związków organicznych (metanolu, cukrów, kwasów tłuszczowych).

Oddychanie jest drugim ważnym procesem zachodzącym w komórkach, w czasie którego następuje rozkład substancji organicznej, a uwolniona energia wykorzystywana jest w wielu procesach życiowych komórek jak np. rozmnażanie czy ruch. W zależności od tego czy i w jakiej formie bakterie w procesie oddychania zużywają tlen, można wyróżnić różne typy oddychania:
- oddychanie tlenowe- w którym bakterie wykorzystują tlen obecny w środowisku. Jest to najbardziej efektywny sposób oddychania, w czasie którego uwalniane są znaczne ilości energii.
-oddychanie beztlenowe – w którym bakterie nie mogą korzystać z tlenu cząsteczkowego. Rozróżniamy dwa typy oddychania beztlenowego:
a) fermentacja – proces beztlenowy, w którym organiczny substrat nie ulega całkowitemu rozkładowi, a ilości uwalnianej energii są niewielkie.
b) oddychanie z nieorganicznym akceptorem elektronów, w którym zamiast tlenu zużywane są np. azotany lub siarczany. W procesie tym ilości uwalnianej energii są podobne do oddychania tlenowego.
W związku z tym, że w osadzie czynnym występuje wiele różnych typów bakterii, z których wiele nie zostało do tej pory zidentyfikowanych, warto zapoznać się raczej z pewnymi grupami funkcjonalnymi bakterii niż poszczególnymi gatunkami. I tak pod względem roli jaką poszczególne bakterie pełnią w osadzie czynnym można wyróżnić trzy podstawowe grupy funkcjonalne:
- heterotroficzne bakterie rozkładające substancje organiczne czyli związki węgla,
- bakterie usuwające azot
- bakterie usuwające fosfor.
Bakterie usuwające związki węgla należą do bakterii chemoheterotroficznych, co oznacza, że korzystają z węgla występującego w postaci związków organicznych, a niezbędną energię czerpią z rozkładu związków chemicznych. Ta grupa bakterii jest chyba najliczniej reprezentowaną w osadzie przez wolnożyjące bakterie jednokomórkowe, bakterie kłaczkujace jak i bakterie nitkowate.

Bakterie usuwające azot reprezentowane są w osadzie przez dwie grupy: do jednej należą bakterie nitryfikacyjne, czyli te które utleniają amoniak do azotynów (Nitrosomonas, Nitrosospira),

a także te, które utleniają azotyny do azotanów (Nitrospira, Nitrobacter). Drugą grupę stanowią bakterie denitryfikacyjne, które w warunkach beztlenowych redukują azotany do azotu cząsteczkowego, uwalnianego następnie do środowiska .

Bardzo ważną rolę w osadzie czynnym odgrywają bakterie usuwające fosfor. Mechanizm ich działania jest dość skomplikowany. W strefie beztlenowej bakterie te pobierają kwasy tłuszczowe i w cyklu przemian biochemicznych tworzą związki PHA czyli polyhydroksyalkanole (m.in. PHB), a jednocześnie do środowiska uwalniają fosfor. Następnie w strefie tlenowej pobierają fosfor, który w komórkach jest gromadzony w dużym nadmiarze. Dzięki temu znaczna ilość fosforu zgromadzona w komórkach jest wraz z osadem nadmiernym usuwana poza układ.

Opisane bakterie maja podobną morfologię, niektóre z nich (bakterie nitryfikacyjne i kumulujące polifosforany) występują w postaci monokolonii i w preparatach przyżyciowych bardzo trudno

jest określić ich przynależność do powyższych grup. Najbardziej popularnym i wygodnym sposobem odróżnienia bakterii poli-P (kumulujących polifosforany) jest barwienie Neissera. W takim preparacie bakterie są widoczne jako zgrupowania fioletowo lub ciemnobrązowo wybarwionych komórek.

Bardziej zaawansowanych technik wymaga odróżnienie bakterii nitryfikacyjnych. Najbardziej wiarygodne wyniki daje metoda FISH, w której bakterie znakowane są barwnikami fluorescencyjnymi specyficznymi dla danych grup (Ryc. 2).
Znajomość biologii powyższych grup bakterii oraz umiejętność ich rozpoznawania w próbach osadu może być bardzo pomocna we właściwym sterowaniu procesem oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego.