В.Б. Викулина, A.O. Фролова

Приведены уравнения отражающие взаимосвязь кинетики роста микроорганиз­мов, потребления загрязнений и растворенного кислорода. Рассмотрены метод осу­ществления биоиндикаторного контроля, общая характеристика активного ила.

Биохимическая очистка сточных вод является эффективным и перспективным процессом. Она реализуется технически двумя способами: в аэротенках или био­фильтрах. Происходящие в аэротенке процессы отличаются значительной сложно­стью, а их теоретическое изучение до сих пор нельзя назвать завершенным. Для ус­пешного решения задач, связанных с прогнозированием, планированием, оперативным управлением и контролем за качеством водной среды, необходимо комплексное опи­сание гидродинамических и микробиологических процессов в аппаратах. Рассмотрим кинетику процесса изъятия субстрата микроорганизмами и контроль за биологической очисткой сточных вод в аэротенке.

Биологическая очистка в аэротенках осуществляется в целях удаления из сточной воды органических веществ, а также соединений азота и фосфора. Этот метод заклю­чается в способности различных видов микроорганизмов, в определённых условиях, поглощать загрязняющие вещества, для использования их в качестве своего питания и получении из них энергии и обеспечения своего функционирования. Биосистему ак­тивного ила представляют несколькими трофическими уровнями: первый уровень - это в основном гетеротрофные бактерии, второй уровень - инфузории и коловратки, питающиеся бактериями, третий уровень - хищные инфузории. Динамика развития микроорганизмов и их физиологическое состояние находятся в прямой зависимости от количества и скорости растворения кислорода в сточной воде. [5].

Интенсивность потребления кислорода этими микроорганизмами различна. Мел­кие коловратки средним весом 10^-3 - 10^-4 мг потребляют 6,6 мг 0₂/г-ч, а крупные коло­вратки - 1,3 мг 0₂/г-ч. В то же время одна инфузория за один час потребляет до 30 тыс. бактерий. Один миллиграмм бактерий в период логарифмического роста потреб­ляет до 1000 мкл кислорода. Следовательно, потребление кислорода связано не только с процессом окисления субстрата микроорганизмами, но и с процессами потребления бактерий простейшими.[1].

Система описывает изъятие n компонентов органических веществ в процессе рос­та m видов микроорганизмов. При этом происходит потребление растворенного ки­слорода и одновременно идет процесс реаэрации.

Микроорганизмы обладают способностью реагировать, количественным распре­делением и качественным изменением отдельных групп, на изменение условий суще­ствования: нагрузку на ил, обеспеченность кислородом, наличие токсичности, степень регенерации активного ила и т.п. Численное преобладание того или иного компонента биоценоза служит индикатором стабильности и эффективности технологического процесса очистки сточных вод. Таким образом, можно сказать, что микроорганизмы являются эффективным индикатором для определения качества ила в аэротенке.

Для осуществления биоиндикаторного контроля проводят гидробиологический анализ методом микроскопирования, в процессе которого определяются структурные особенности биомассы активного ила. Этот метод позволяет выявить отклонения мик­роорганизмов и изменение видового состава биомассы от нормального состояния. По степени таких отклонений можно прогнозировать сроки перспективы изменения нор­мального протекания технологического процесса биологической очистки сточных вод.

Гидробиологическое тестирование включает следующие процедуры:

1.  Отбор проб - предполагает использование следующих способов:

-   взятие жидких проб (активный ил, сточная вода);

-   обрастания на предметных стеклах, опускаемых в среду на установленное

время;

-   соскабливание с поверхностей сооружений.

2.  Выдача общих характеристик пробы - с учетом следующих свойств пробы:

-  скорость оседания хлопьев,

-  цвет пробы,

-   характер жидкости над осевшим илом,

-  структура активного ила (под микроскопом),

-  запах.

3.               Микроскопирование - на предмет видового состава ила и организмов с опре­делением:

-  характера хлопьев и условий их образования (голодающий ил, перегружен­ный ил и т.п.),

-  качества воды.

4.  Оценка физиологического состояния организмов - с учетом свойств:

-  преобладающая группа, пригодная для индикации с широкой сапробной ва­лентностью,

-  степень упитанности индикаторных организмов,

-  состояние сократительных (пульсирующих) вакуолей,

-  форма тела (у прикрепленных инфузорий),

-  состояние ресничного диска (у прикрепленных круглоресничных инфузо­рий),

-  интенсивность работы ресничного аппарата (у свободноплавающих инфузо­рий),

-  размеры индикаторных организмов,

-  характер размножения индикаторных организмов,

-  наличие цист и погибших организмов.

Жидкие пробы - берутся из сточных вод, активного ила, а также очищенной воды. Устройства для взятия жидких проб могут быть различными - от батометра или стеклянного сосуда с закрывающейся пробкой, открываемой на нужной глубине, обычно 30 - 40 см. или на разных глубинах, до обезжиренного предметного стекла, закрепленного в прорези резиновой пробки. Места отбора проб могут быть постоянными (при контроле за ходом технологического процесса) и переменными при выявлении отклонений от технологического процесса. Анализ отобранных проб должен быть выполнен в течение 0,5 - 1 часа с момента отбора. Перед началом анализов жидкие пробы тщательно перемешиваются и часть жидкости отливается для вспомогательных анализов. Взятые пробы отстаивают 2 - 3 мин., для образования концентриро­ванного осадка. Пробы, отбираемые пипеткой, помещаются на предметное стекло. Предметные стекла, при необходимости, помещают в чашку Петри и фиксируют па­рами 25%-ого глутарового альдегида в течении 30 - 40 мин.

В условиях эксплуатации вполне доступны дальнейшие исследования отобран­ных проб на уровне световой микроскопии. Крупной лаборатории могут быть доступ­ны средства сканирующей электронной микроскопии. Для световой микроскопии можно подкрасить препарат метиленовой синью или парами 1 - 2%-го водного раство­ра четырехокисосьмия (в течении 3 - 5 мин.). Микроскопирование проводится при увеличении 5x10 или 5x20, 5x40 или ином, по необходимости. После обработки микроорганизмы четко различаются в их естественном расположении, получаются контрастными.[3].

Качество активного ила определяют по состоянию зооглея и составу простейших форм. Нормальный активный ил состоит из компактных зооглейных скоплений бакте­рий, иногда с небольшим количеством нитчатых бактерий и нитей плесневых грибков. Он имеет средней крупности компактные хлопья. В нормально работающем активном иле может насчитываться до 15-35 видов организмов. Основные формы: бактерии, грибы. В активном иле развиты разнообразные виды простейших, при количественном преобладании нескольких видов над другими: так наличие коловраток (Rotifera), Vorticella convallaria, Carchesium Arcella является показателем хорошо нитрофицирующего ила. Существуют илы почти без простейших, за исключением мелких амеб и бесцветных жгутиковых. Такие илы обычны для сооружений, работающих на непол­ную очистку.

Наличие в активном иле отдельных, не связанных в зооглеи бактерий, говорит об ухудшении работы аэротенка. При нарушении работы аэротенка в нем сильно развиваются ветвистая зооглея ramigera и грибы. Эти организмы благодаря большой по­верхности их тела, вызывают вспухание активного ила, который плохо оседает в отстойнике и выносится с очищенной водой. [4].

Выводы: Биохимическая очистка сточных вод в аэротенках является перспек­тивным и эффективным методом, однако требует более глубокого изучения гидродинамических и микробиологических процессов. Эффективность очистки зависит от качества и состава активного ила и достаточного количества растворенного кислорода. Знание биохимической активности илов является одним из ключевых показателей, определяющих путь скорейшей ликвидации последствий нарушения режима работы аэротенка.

Литература:

1.  Алексеев М.И., Ермолин Ю.А. «Теоретические основы управления процессами очистки сточных вод» уч. пособие/ СПб. гос. архит.-строит. ун-т. - СПб.,2009.-174с.

2.  Комиссаров Ю.А. «Анализ и синтез систем водообеспечения химических производств: учеб. пособие для вузов/Ю.А. Комиссаров, Л.С. Гордеев, Нгуен Суан Нгуен - М.:Химия.,2002. - 496 с.

3. Макрушин А.В. «Биологический анализ качества вод» Л.: ЗИН АН СССР, 1974. 60с.

4. «Технологический регламент биологической очистки», 2008г.

Яковлев С.В., Воронов Ю.В. «Водоотведение и очистка сточных вод»/ Учебник для ву­зов: - М.АСВ, 2004 -704с.