Биологическая очистка жидких хозяйственно-бытовых отходов с высоким содержанием органических веществ реализуется как в разных по конструкции сооружениях (аэротенки, биофильтры, пруды, поля фильтрации), так и при участии сложных по составу ассоциаций из микроорганизмов, простейших, которые осуществляют процессы биологического окисления загрязнений [технологии очистки сточных вод] [1].
Очистка сточных вод в аэротенках происходит при участии биомассы активного ила, биота которого может изменяться в зависимости, как от физических факторов, так и химических свойств, состава обрабатываемой среды. Активный ил имеет гетеротрофный биоценоз и включает разные виды бактерий, в том числе и нитевидные, особи ряда микроскопических грибов, одноклеточные и колониальные водоросли, представителей простейших и метазоа. Установлено, что в среднем около 50 % от представителей популяции работоспособного активного ила составляют микроорганизмы [водоотведение и очистка сточных вод] [2].
Доминирующими семействами считаются Pseudomonas и Alcaligenes, на долю которых приходится 5–39 % и 36–84 %, соответственно. Представители семейства Pseudomonas — грамотрицательные палочковидные бактерии, клетки которых могут синтезировать до 150 ферментов, катализирующих реакции окисления органического углерода и участвующие в реакциях нитрификации при переработке веществ стоков.
К семейству Pseudomonas относятся бактерии, окисляющие нитриты -Nitrosomonas, соединения серы — Sulfomonas, Thiobacillus, аммонификаторы — Bacterium micoides, разлагающие органические аминосодержащие соединения (белки, мочевину, аминокислоты) с образованием иона NH4+, свободного аммиака.
Бактериальный состав интенсивных илов стабилен при долговременной эксплуатации. О нарушении процесса очистки судят по изменению численности микроорганизмов- индикаторов — Bacillus, Zoogloea и факультативных анаэробов. Так при перегрузке системы быстро растет численность Zoogloea до 45 %. В илах с низкой активностью насчитывается всего 5–9 особей бактерий, а в илах неестественно работающих очистных систем всего 1–4 клетки [очистка сточных и промышленных вод] [3].
Прослеживается перемена числа простейших от нагрузки на деятельный ил. В интенсивном иле присутствуют индикаторные организмы, по состоянию которых судят о динамике протекания процессов чистки. К ним относятся инфузории — Ciliata, Paramecium, Lacrimaria, Stentor, Stilonichia, Euplofes patella, Aspidisca costata, Opercularia, Vorticella. Простейшие удаляют и переваривают свободно плавающие диспергированные бактерии и другие взвешенные частицы, тем самым улучшают прозрачность сточных вод. Среди простейших присутствуют и анаэробы, и аэробы. Незначительное влияние на очистку оказывают амебы (Amoeba proteus), они отмирают при уменьшении органических веществ в среде. Также активно окисляют органические соединения флагеляты (Flagellare).
Преобладание метазоа отмечают для систем с длительным возрастом эксплуатации. Из семейства метазоа многоклеточные организмы активного ила представлены (Metazoa) — коловратки (Rotifera), нематоды (Nematoda), тардиграды (Tardigrada), использующие для питания клетки свободноплавающих бактерий, водорослей и простейших.
К основным причинам возникновения и развития нитчатых бактерий в активном иле относят появления одного из следующих факторов: низкая концентрация кислорода, слабая нагрузка в реакторе, загнивание сточной воды, наличие соединений серы, маленькая величина pH (менее 6,5), недостаток биогенных элементов (азота и фосфора). Трихобактерии провоцируют проблемы с осаждением, препятствуя процессу и увеличивая размеры хлопьев ила. В результате набухающий ил слабо развивается и оставляет муть в воде.
Из микроводорослей в активном иле присутствуют сине-зеленые Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, диатомовые Bacillariophyta, зеленые Chlorophyta, эвгленовые Euglenophyta. Водоросли пополняют количество в жидкой среде водорастворимого кислорода в результате реакций фотосинтеза. Важная сфера деятельности водорослей синтез вторичных продуктов метаболизма — фитонцидов и других физиологически активных веществ. Водные растения относятся к фотоавтотрофам и не достаточно активные участники систем чистки сточных вод. Их наличие в системе обработки, как правило, указывает перемены рН и старение ила. Известны работы по использованию штамма микроводоросли хлореллы для биочистке, доочистке и обеззараживании всех категорий сточных вод [оценка возможности комплексного использования сточных вод для биосинтеза липидов и молочной кислоты] [4].
На состав биоценозов в процессе биологической очистки сточных вод влияет ряд факторов: температура, интенсивность аэрации, концентрация иловой жидкости или почвенного раствора, наличие ростовых веществ, бактерий-хищников и др. Условно принято разделять весь процесс очистки на два периода: период биологического созревания и период стационарного биохимического окисления.
В период биологического созревания в аэробных условиях с активным илом развивается оптимальное количество активного ила, адаптированного применительно к этому режиму работы установки, количеству и качеству сточной воды. В период стационарного процесса работы очистных установок с аэрацией обычно различают четыре фазы работы активного ила: 1)биосорбция-это процесс в котором аммонийные соли в результате биохимического окисления превращаются в азотистые соединения, 2)декарбонизация-это когда аммонийные соли в результате биохимического окисления превращаются в азотистые соединения, 3) денитрификация- это разложение азотнокислых или азотистокислых солей с выделением свободного азота, 4)эндогенное окисление-это окисление клеточного вещества в аэробных условиях.
Изучено в лабораторных условиях изменения биоценоза активного ила, который помещался органическую среду из послеспиртовой мелассной барды. Исследования показали, что в изучаемом образце наблюдался активный прирост микроорганизмов: Bdellovibrio bacteriovorus, Pseudomonas, Вас. mesentericus, Вас. mesentericus globigii, Corynebacterium, Arthrobacter, Вас. subtilis, Clorella (рисунок 1).
Рис. 1. Биоценоз биодеградированной барды
Показано, что в биологической обработанной барде имеет место феномен сукцессии-последовательной смены доминирующих видов микроорганизмов. Происходит интенсивный прирост микроорганизмов в биологической обработанной барды, а потом резкое снижение концентрации органических загрязнений.
Исследования особенностей поведения популяций бактерий в питательной среде показали, что воздействие биотических и абиотических факторов внешней среды приводит к гетероморфному росту бактерий с разнообразием морфологических проявлений, которые могут рассматриваться как один из этапов L-трансформации бактериальных клеток.
Литература:
- Технологии очистки сточных вод/ Д. С. Дворецкий, Е. В. Хабарова, О. В. Зюзина, М. С. Темнов, И. В. Маркин// Тамб. гос. техн. ун-та- 2017
- Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для вузов / Ю. В. Воронов, С. В. Яковлев. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006.
- Очистка сточных и промышленных вод / Л. П. Сидорова, А. Н. Снигирева// Екатеринбург 2017
- Оценка возможности комплексного использования сточных вод для биосинтеза липидов и молочной кислоты/ Д. С. Дворецкий, М. С. Темнов, И. В. Маркин, А. И. Бушковская, Я. В. Устинская, Р. Д. Санталов, М. А. Еськова// Тамб. гос. техн. ун-та- 2017
