ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОГО ИЛА В АЭРОТЕНКАХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТОДОМ ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Вода - единственный природный ресурс, который затрагивает все аспекты человеческой жизни. Жизнь на земле зародилась в воде, и эта связь между жизнью и водой остается неразрывной.
Все мы понимаем, какое это сокровище-река?
И как оно уязвимо, это сокровище!
Можно заново построить разрушенный город.
Можно посадить новый лес, выкопать пруд.
Но реку, если она умирает, как и всякий
Живой организм, сконструировать заново нельзя.
В.Песков

Цель нашей работы – изучение микробиологического состава активного ила и возможность использования его для более полной очистки сточных вод.
Задачи работы:
Исследование простейших активного ила, изучение их биологии, выявление видов – индикаторов.
Определение зависимости между видовым и количественным составом активного ила при обработке химическими реагентами.
Определение типов активного ила по их видовому и количественному составу.
Овладение методом гидробиологического анализа.
Изучение системы очистных сооружений биологической очистки воды, работы аэротенок.

Очистные сооружения биологической очистки сточных вод г. Козьмодемьянска
Приемные камеры
Здание решеток
Песколовки
Измерительный лоток
Распределительная камера
Первичные отстойники
Аэротенки
Вторичные отстойники
Контактные резервуары
Иловые уплотнители

Аэротенки
В аэротенках происходит биологическая очистка осветленных вод после первичных отстойников от загрязняющих веществ. Данный процесс происходит при непосредственном контакте сточных вод с организмами активного ила в присутствии растворенного кислорода. Далее во вторичных отстойниках происходит отделение активного ила от очищенной воды.
Активный ил – это искусственно выращиваемый биоценоз при аэрации осветленных сточных вод, населенный бактериями, простейшими и многоклеточными животными, которые трансформируют загрязняющие вещества и очищают сточные воды в результате впитывания, окисления, поедания.
Окисление органических загрязняющих веществ в аэротенках происходит за счет жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, образующих хлопьевидные скопления – активный ил.
К факторам, определяющим работу аэротенков относятся:
- наличие питательных веществ;
- содержание растворенного кислорода в иловой смеси;
- присутствие токсикантов;
- температура.

Гидробиологический анализ активного ила
Гидробиологический анализ активного ила состоит из следующих этапов:
визуальное исследование ила в стеклянном цилиндре;
определение видов, подвидов организмов (для мелких жгутиконосцев, колоний бактерий ограничиваются более высокими систематическими рангами);
определение численности каждого вида одним из методов количественного счета в зависимости от требуемой точности выводов;
описание функционального состояния, особенностей внутреннего строения, морфологических изменений у индикаторных организмов;
определение размеров некоторых характерных биоиндикаторов проводится в том случае, если при микроскопическом исследовании выявляется их заметное измельчение, а также для уточнения видовой диагностики;
распределение биоиндикаторов на характерные группы организмов, присутствующих в данной пробе ила (основные критерии распределения – это пищевые потребности биоиндикаторов, их отношение к концентрации растворенного кислорода ,адаптационно-экологическая пластичность, понимаемая как способность существовать и приспосабливаться в широком диапазоне изменений окружающей среды, устойчивость к воздействию токсичных сточных вод);
итоговая оценка биоценоза, отнесение его к одному из определенных типов, характеристика установленного типа;
подготовка гидробиологического заключения.

Особенности визуального наблюдения
Измеряют осадок ила по объему в цилиндре объемом 1 дм3 за 30 минут отстаивания, скорость осаждения, цвет хлопьев активного ила.
Запах ила должен быть болотный, без преобладания запаха каких-либо химических веществ.
После 30-минутного отстаивания описывают внешний вид надиловой воды. Она должна быть прозрачная, не окрашенная, не опалесцирующая.
Для характеристики седиментационных свойств активного ила используют иловый индекс. Иловый индекс – это объем, занимаемый одним граммом активного ила за 30 минут отстаивания в литровом цилиндре. условно принято считать для очистных сооружений искусственной биологической очистки оптимальными значения илового индекса от 90 до 120 см 3/г.

Фиксация и окрашивание простейших активного ила
При рассматривании внутреннего строения организмов можно обездвиживать их с помощью фиксации или наркоза. Обычно используют для фиксации этанол (1-2 капли у покровного стекла), формалин 4-10%-ный водный раствор. При передозировке этих препаратов организмы сильно деформируются, сжимаются.

Методы количественного учета организмов
Условные баллы
и частота встречаемости организмов

О.Г. Никитиной был предложен многоступенчатый метод подсчета откалиброванной капли. Подсчет проводится в три этапа, но для оперативного контроля можно ограничится двумя первыми.
Используется увеличение 100х. на предметное стекло микропипеткой наносится калибровочная капля (объем 0,01 см3) предварительно хорошо перемешанной иловой смеси и покрывается покровным стеклом 9х9 мм. Препарат укрепляется в препаратоводителе. Начиная от левого верхнего угла покровного стекла просматривается весь препарат, осторожно перемещаемый слева направо до конца, затем на одно поле зрения вниз и справа налево. Необходимо внимательно следить за тем, чтобы ни одно поле зрения не было пропущено.
Использовать увеличение 70х. На предметное стекло наносится капля хорошо перемешанной иловой смеси объемом 0,1 см3 и покрывается покровным стеклом 24х24. Также, как и на первом этапе, просматриваются все без исключения поля зрения. Подсчитываются только те организмы, которые не встречались на первом этапе.
Используется увеличение 100х. Со дна склянки пипеткой отбирается произвольное количество осевшего ила и зажимается между двумя предметными стеклами. Получается большой препарат, где ил представлен очень обильно. Учитываются организмы, встречающиеся единично.

Приготовление микропрепарата (Батыгина Юлия)

Количественный учет организмов
(Бодулина Мария)

Организмы активного ила
В биоценозах активного ила присутствуют представители шести отделов микрофлоры: бактерии, грибы, диатомовые, зеленые, синезеленые, эвгленовые микроводоросли и девяти таксономических групп микрофауны: жгутиконосцы, саркодовые, инфузории, первичнополостные и вторичнополостные черви, брюхоресничные черви, коловратки, тихоходки, паукообразные.
Активный ил представляет собой сложную экологическую систему, организмы которой находятся на разных трофических уровнях. Гетеротрофные бактерии, водоросли, сапрофитные грибы и сапрофитные простейшие – первичные поедатели – составляют I трофический уровень. Голозойные простейшие – II, а отдельные виды нематод, хищные коловратки, сосущие инфузории, тихоходки, хищные грибы – III трофический уровень

Типы питания простейших активного ила
Сапрозойный тип – это I тип гетеротрофного питания Способ питания характеризуется тем, что питательные вещества поступают в тело организмов осмотически через поверхность тела. Пищей могут служить только растворенные и частично разложившиеся органические вещества (например, промежуточные продукты распада белков: пептон или аминокислоты). Эти вещества потребляют сапрозойные простейшие и бактерии между ними существует конкуренция за питательные вещества, что отражается на структурных особенностях биоценоза активного ила.
Голозойный тип – это II-ой тип гетеротрофного питания, при котором организмы получают сырой материал (белки, жиры и углеводы), поглощая цитоплазму других организмов. Голозойный тип питания предполагает развитие органоидов, служащих для захвата пищи. Одними из первых голозойных в биосинтезе активного ила появляются мелкие жгутиконосцы рода Bodo. Захват твердой пищи у них осуществляется при помощи органов движения – жгутиков. Внутрь пища поступает через пищевой бугорок – участок голой цитоплазмы, расположенных у основания жгутика, который при помощи вызываемого им водоворота подгоняет пищевые частицы к пищевому бугорку. Пищевые частицы поступают в пищеварительную вакуоль, где и происходит их усвоение.

Этапы биологической очистки воды
На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция. Таким образом, на первой стадии очистки загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легко разлагающейся органики. На первой стадии за 0,5-2 часа содержание органических загрязняющих веществ снижается на 50-60%.
На второй стадии полной биологической очистки продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идет их активное окисление экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Продолжительность этой стадии различна в зависимости от состава очищаемых сточных вод и составляет от 2 до 4 часов.
На третьей стадии очистки происходит окисление загрязняющих веществ эндоферментами, доокисление сложноокисляемых соединений, превращение азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, регенерация активного ила. Именно на этой стадии происходит образование полисахаридного геля, выделяемого бактериальными клетками. Скорость потребления кислорода вновь возрастает. Общая продолжительность процесса в аэротенках составляет 6-8 часов для бытовых и может увеличиваться до 10-20 и более часов при совместной очистке бытовых и производственных сточных вод. Продолжительность третьей стадии, таким образом, составляет от 4-6 часов при очистке бытовых сточных вол и может удлиняться до 15 часов.

Биоценоз активного ила
Он формируется из наиболее устойчивых к данным сточным водам бактериальных штаммов с соответствующими пищевыми потребностями, видовое разнообразие простейших определяется степенью разложения органических загрязняющих веществ.
Богатое видовое разнообразие организмов активного ила свидетельствует о благополучии биологической системы аэротенка, высокой эффективности очистки и устойчивости биоценоза к повреждающему воздействию токсичных сточных вод.
Характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как устойчивые становятся еще обильнее. Если действие неблагоприятного фактора нарастает или долго сохраняется, затрагиваются все новые виды биоценоза и, в результате, при минимальном видовом разнообразии наблюдается максимальная численность наиболее устойчивых видов.

По восстановительному потенциалу и устойчивости к действию токсикантов активный ил делится на три группы
Относительно устойчивые биоценозы, Как правило, такие биоценозы восстанавливаются естественным путем и в достаточно короткие сроки.
Слабоустойчивые, но с высоким потенциалом естественного восстановления.
Неустойчивые биоценозы. Возвращение их в исходное состояние требует длительного времени или вообще невозможно естественным путем и необходимо выполнять комплекс работ по его восстановлению

По интенсивности последствий после воздействия токсичных сточных вод нарушения подразделяются на три степени:
Слабо нарушенные биоценозы – инцистируется, погибает и исчезает из биоценоза менее 30% видов гидробионтов.
Среднее нарушение – исчезает 50% видов.
Сильно нарушенные – уничтожается более 50% видов простейших или он погибает полностью.

Характеристика ила
Удовлетворительно работающий ил. В нем большое разнообразие простейших по видовому составу при небольшом количественном преобладании какого-либо из видов. Все организмы достаточно подвижны в оживленном состоянии.
Голодающий ил. Мелкие размеры простейших, организмы становятся прозрачными, пищеварительные вакуоли их исчезают, частично инфузории превращаются в цисты.
Нитроцифирующий ил. Постоянное присутствие в заметных количествах коловраток. Количественное преобладание прикрепленных инфузорий, крупных амеб.
Перегруженный ил. Малое качественное разнообразие при количественном преобладании двух-трех. Большое количество бесцветных жгутиковых, мелких амеб и других мелких инфузорий.
Ил при сборе промышленных стоков. Уменьшение преобладания видов. Измельчение организмов при увеличении их общего количества или при резком уменьшении общего количества в зависимости от степени токсичности стока.
Ил при недостатке кислорода. Большое разнообразие жгутиковых. Коловратки неподвижные, застывшие в вытянутом состоянии, отмирающие.

Методика увеличения количественного и видового разнообразия микроорганизмов в активном иле аэротенков
Для улучшения биологической очистки сточных вод в аэротенках и повышения активности микроорганизмов проводят обработку активного ила химическими реагентами(янтарная, лимонная и аскорбиновая кислоты, марганец сернокислый, медь сернокислая).
В результате данной обработки в активном иле формируются бактерии, хорошо приспособленные к повышенным содержаниям загрязняющих веществ в сточных водах. Кроме того это приводит к улучшению седиментационных (седиментация–осаждение под действием силы тяжести) свойств активного ила, то есть после поступления воды из аэротенков во вторичные отстойники активный ил лучше и быстрее оседает.

Расчет показателей свойств активного ила
Определение дозы ила по объему
V = v * 10 , где V - доза ила по объему, см3/дм3
v - объем ила в цилиндре, см3
10 - переводной коэффициент, дм3
Определение дозы ила по массе
m (г/дм3) = 10 * ( m2 - m1 ) , где m - доза ила по массе
m1 – масса пустого бюкса,г
m2 – масса бюкса с высушенным осадком, г.
Определение илового индекса
I = V / m , где I - иловый индекс см3/г
V – доза ила по объему, см3 / дм3
m – доза ила по массе, г / дм3
Определение количества организмов активного ила
K = Э / Vкап * m , где К – количество организмов в пробе
Э - количество экземпляров
V - объем капли (0,01мл)
m – доза ила по массе

Простейшие активного ила (Коловратки)

Простейшие активного ила (Одиночные прикрепленные инфузории)

Простейшие активного ила (выдвинутые из перистома диски у зооидов инфузории Opercularia sp.)

Простейшие активного ила (колониальные формы прикрепленных инфузорий)

Простейшие активного ила
(круглый червь)

Простейшие активного ила (малощетинковый червь)