Rola pierwotniaków w osadzie czynnym

Oglądając pod mikroskopem kroplę osadu czynnego, pochodzącą z dobrze funkcjonującej oczyszczalni ścieków, można zauważyć dużą liczbę różnorodnych jednokomórkowych organizmów. Są to pierwotniaki (Protozoa), do których zalicza się m. in. ameby (Rhizopoda), wiciowce (Flagellata) i orzęski (Ciliata, Ciliophora). Spośród wymienionych, orzęski stanowią najbardziej różnorodną i odgrywającą najbardziej istotną grupę pierwotniaków w osadzie czynnym.

Zagęszczenie pierwotniaków w komorach napowietrzania może osiągać od kilku do kilkudziesięciu tysięcy osobników na mililitr, a ich stosunkowo wysokie tempo wzrostu umożliwia szybkie dostosowanie liczebność do aktualnego zagęszczenia bakterii, którymi się żywią. Klasyczne już dzisiaj wyniki eksperymentów wykazały, że obecność orzęsków znacznie poprawia parametry odpływu w laboratoryjnych systemach symulujących procesy biologicznego oczyszczania, powodując nawet kilkunastokrotne zmniejszenie wartości BZT5, ChZT5, liczebności żywych bakterii, stężenia azotu organicznego i wielu innych parametrów ścieku.

Pierwotniaki odgrywają w osadzie czynnym istotną rolę, przede wszystkim jako konsumenci ogromnych ilości bakterii i drobnych cząstek organicznych przyczyniając się tym samym do szybkiej degradacji zanieczyszczeń organicznych.

Ilościowe badania wykazały, że tempo wyjadania bakterii przez orzęski jest bardzo duże i może wynosić nawet 15000 komórek bakteryjnych na dobę. W osadzie czynnym, orzęski zjadają różne rodzaje bakterii wolnożyjących, między innymi pospolite bakterie kałowe (Esherichia coli), ale także bakterie chorobotwórcze wywołujące tężec czy infekcje gronkowcowe. Duże ilości bakterii rozproszonych są odfiltrowywane ze ścieku przez orzęski osiadłe np. Epistylis sp. (fot.1), Vorticella sp. (fot. 2) i orzeski swobodnie pływające np. Colpidium sp. (fot. 3). Orzęski pełzające, odżywiają się niektórymi bakteriami nitkowatymi (Trithigmostoma sp., fot. 4), a także bakteriami zbieranymi z powierzchni kłaczków osadu (Aspidisca sp., fot. 5).

Aktywny ruch pierwotniaków i mikroturbulencje wywoływane przez pozostające w nieustannym ruchu rzęski i membranelle aparatów gębowych, powodują flokulację (skupianie) cząstek materii organicznej i bakterii. Niektóre orzęski, szczególnie te należące do orzęsków osiadłych, wydzielają związki o charakterze polisacharydów i mukoprotein, które ulegają adsorpcji na cząstkach i komórkach bakteryjnych. Zwiększa to znacznie zdolność osadu do tworzenia mocnych i zwartych kłaczków, a w konsekwencji ułatwia ich sedymentację i poprawia klarowność oczyszczanego ścieku. Ponadto wymuszony przez pierwotniaki przepływ wody powoduje stały dopływ niezbędnych dla bakterii substancji i niweluje gradienty ich stężeń w otoczeniu kłaczka.

Zjadając bakterie orzęski stymulują je do intensywnego wzrostu i utrzymują w fazie wysokiej aktywności fizjologicznej. Jest to możliwe dzięki wydzielaniu przez pierwotniaki specyficznych substancji organicznych tj. witaminy, koenzymy czy aminokwasy, które są niezbędne bakteriom do szybkiego wzrostu, a których bakterie nie potrafią syntetyzować. Konsumując bakterie pierwotniaki regenerują także pierwiastki biogenne, przede wszystkim azot i fosfor, które w ścieku są zwykle czynnikiem ograniczającym tempo wzrostu bakterii.

Liczebność i różnorodność orzęsków występujących w osadzie czynnym, jest istotna do oceny jakości osadu czynnego. W dobrze pracującej oczyszczalni mikrofauna charakteryzuje się (1) dużą liczebnością orzęsków (>106/litr), (2) składa się głównie z form pełzających i osiadłych, (3) brak jest wiciowców lub są nieliczne, (4) występuje duża różnorodność gatunkowa, a żaden gatunek nie jest dominujący. Jeśli obraz preparatu w mikroskopie jest inny to jakość pracy oczyszczalni jest obniżona. W takiej sytuacji identyfikacja dominującej grupy pierwotniaków może pomóc w określeniu prawdopodobnej przyczyny zaburzenia procesu oczyszczania ścieków.

Na przykład dominacja małych, bezbarwnych wiciowców może wskazywać na słabe napowietrzenie osadu, przeciążenie lub zagniwanie ścieków. Obecność dużej liczby swobodnie pływających orzęsków bakteriożernych (>50 µm) wskazuje przeciążenie, a dominacja ameb domkowych (Testacea) dobrą nitryfikację i niskie obciążenie osadu. Świadomość roli, jaką pierwotniaki odgrywają w osadzie czynnym oraz umiejętność ich rozpoznawania, umożliwiają operatorom oczyszczalni ocenę jakości osadu czynnego metodą biologiczną w oparciu o np. Indeks Biotyczny Osadu Madoni’ego lub „metodę bawarską”.