Podobně jako v domácnostech šetří spotřebu elektrické energie úsporné zářivky, na čistírnách odpadních vod šetří elektřinu mj. anammox bakterie. Tyto nedávno objevené bakterie jsou základním kamenem inovativních biotechnologií, které čistí odpadní vody od sloučenin dusíku úsporněji, než bylo dosud možné. Na VŠCHT Praha vyvíjíme postupy, které anammox bakteriím umožní expandovat, a my více ušetříme na stočném.
Počátky anammox sahají do začátku devadesátých let 20. století, kdy holandský vědec Arnold Mulder objevil, že v jedné z nádob s anaerobními bakteriemi se zcela nečekaně „ztrácel“ dusík. Mulder tento proces nazval „anaerobní oxidace amoniaku“, zkráceně anammox. Jde o mikrobiální proces, ve kterém bakterie anammox čistí vodu přeměnou amoniaku (NH3) a dusitanů (NO2-) na plynný dusík (N2), čímž získávají energii. Příroda pomocí anammox bakterií uvolňuje z moří, oceánů a jezer do atmosféry až polovinu veškerého dusíku. Děje se tak v těch vodách, kde je nedostatek kyslíku a organického uhlíku pro procesy nitrifikace-denitrifikace. Podobná situace je i na čistírnách odpadních vod, kde se snažíme odstranit dusík s co nejnižší spotřebou kyslíku a organického uhlíku. Dodávka kyslíku totiž tvoří největší položku provozních nákladů na čistírně, a organický uhlík v odpadní vodě umíme přeměnit na bioplyn.
Dnes anammox na čistírnách nasazujeme jen na teplou odpadní vodu bohatou na dusík, přičemž drtivá většina dusíku protéká v mnohem chladnějším hlavním proudu odpadní vody. Zde je ale anammox bakteriím zima, a navíc prohrávají souboj o dusitany s konkurenčními nitratačními mikroorganismy. Anammox bakteriím se v těchto podmínkách daří asi jako Kleopatře pod stanem v zasněžených Krkonoších, není zvyklá na zimu ani na boj o rohlíky v samoobsluze s davem nepřizpůsobivých.
Aby mikroorganismy anammox dokázaly vyčistit veškerý dusík na čistírně, je třeba Kleopatru otužit a zbavit konkurence nepřizpůsobivých.
Jak anammox otužit? Jednou možností je Kleopatru aklimatizovat, tj. z Egypta ji nechat přivyknout podmínkám nejprve v Praze, pak v Brdech, na Šumavě, a až pak vyrazit do Krkonoš. Další možnost je ulovit a naverbovat již otužilé anammox mikroorganismy třeba z Arktidy nebo Sibiře. Obě tyto možnosti ale trvají mnoho měsíců až let a nejsou příliš praktické, a proto hledáme způsoby, jak bakterie anammox otužit rychleji a jednodušeji.
Přišli jsme proto s nápadem anammox bakterie vystavovat studeným šokům, tj. krátkým extrémně studeným sprchám. Naše první experimenty ukázaly, že studené šoky mají potenciál anammox bakterie otužit i rychleji než aklimatizací. Tento nápad proto nyní rozvíjíme v týmu doc. Bartáčka za finanční podpory od Grantové Agentury České Republiky. Dále zjišťujeme, jestli otužilé zůstanou i další generace Kleopater, a jaké konkrétní fyziologické změny studené šoky v anammox bakteriích vyvolávají.
Dále anammox potřebujeme zbavit konkurence nežádoucích nitratačních mikroorganismů, tj. zvýhodnit Kleopatru v boji o rohlíky s místními nepřizpůsobivými. Proto jsme zavřeli samoobsluhu a zavedli expresní dodávku rohlíků přímo do Kleopatřina stanu. Anammox bakterie jsme totiž oddělili od nitritačních mikroorganismů (pekaři rohlíků), kteří pro anammox produkují dusitanový dusík.
Aby se nám místní nepřizpůsobiví nevetřeli už do pekárny, podlahu v pekárně jsme přestavěli na jeden rychlý běžící pás a najmuli pekaře sprintery, takže místní krkonošští nepřizpůsobiví jsou z pekárny lifrováni ven a v pekárně se proto nenají. Chytrým řízením nitritačního reaktoru totiž stimulujeme růst rychle rostoucích nitritačních bakterií, a zároveň nežádoucí nitratační bakterie vyplavujeme pryč. Najdou se sprinteři i mezi místními nepřizpůsobivými? Zatím nevíme o žádných nitratačních mikroorganismech s vysokou růstovou rychlostí, co umí růst mimo biofilm, nejrychlejší nepřizpůsobiví tedy zřejmě trénují mimo Krkonoše.
V dalším kroku budeme tuto strategii pro nitritaci optimalizovat v poloprovozu na ČOV Plzeň, a dále zde plánujeme nainstalovat i anammox. Pokud vše dobře nastavíme, nitritační a anammox bakterie budou čistit odpadní vodu na čistírně od dusíku téměř zadarmo. Kleopatra bude odebírat rohlíky přímo od pekařů, a místní nepřizpůsobiví umřou hlady. Bakterie mají těžký život, ale my díky nim šetříme na stočném.
Autor je doktorským studentem na Ústavu technologie vody a prostředí