Биохимические методы переработки техногенных отходов Часть 1. Биологи

на популяционном уровне: изменение продуктивности или прироста биомассы активного ила, изменения его флокулообразования и седиментационных характеристик;

на биоценотическом уровне: изменение устойчивости и структурной целостности биоценоза активного ила, сохранение оптимального видового разнообразия.

При быстром развитии микрофлоры активного ила наиболее чувствительным является уровень организма. Это связано с быстрой индивидуальной реакцией гидробионтов на внешнее воздействие. Неблагоприятное воздействие факторов на организмы активного ила мгновенно сказывается на изменении их морфологии, быстроты движения, нарушении трофической функции. Эти изменения происходят до тех пор, пока степень влияния не превысит порога адаптации, что приводит к гибели организма. Для диагностики происходящих изменений на уровне организма наиболее ценными индикаторами активного ила являются хищные инфузории.

При воздействии на активный ил токсических веществ можно выделить три основные группы происходящих изменений:

1)структура и основные функциональные возможности сохраняются или изменяются незначительно;

2)структура и функционирование экосистемы коренным образом изменяются;

3)происходит полная деградация биоценоза:

а) с сохранением возможности самовосстановления, б) с потерей способности к самовосстановлению после пре-

кращения стрессового воздействия.

В первом случае в биоценозе активного ила происходят изменения на уровне простейших организмов. Целостность хлопьев ила и численность флокулообразующих бактерий сохраняется или изменяется незначительно, в результате биоценоз при прекращении неблагоприятного воздействия токсикантов быстро восстанавливается. Во втором и третьем случае происходят нарушения и существенные изменения на уровне флокулообразующих бакте-

141

рий, численность которых снижается, нарушается их активность и гелеобразование, приводящее к разрушению хлопьев активного ила.

Обеспечение эффективности биохимической очистки – это поддержание динамического равновесия в экосистеме и сохранение целостности гетеротрофных флокулообразующих бактерий активного ила.

Токсическое воздействие на биоценоз активного ила имеет несколько стадий. На первой стадии из биоценоза активного ила исчезают представители высшего трофического уровня, так как наиболее чувствительные к действию токсикантов: хищники, коловратки, прикрепленные инфузории. На второй стадии прирост активного ила сокращается из-за увеличения его потерь и уменьшения продуктивности флокулообразующих бактерий. На третьей стадии толерантные формы (жгутиконосцы, раковинные планктонные амебы) увеличивают численность и занимают освободившиеся экологические ниши, в результате структура биоценоза упрощается.

Изменения в активном иле при стрессовом антропогенном воздействии представлены в табл. 5.6 [1].

Таблица 5.6

Уровни нарушений и характер изменений в активном иле при стрессовом антропогенном воздействии

Окончание табл. 5.6

в биоценозе формируются нарушения, зависящие от интенсивности этого воздействия и адаптационной устойчивости экосистемы активного ила. Сокращается видовое разнообразие сообществ, функционирующих на более низком уровне, но устойчивость биоценоза к неблагоприятным факторам сохраняется, система

143

возвращается к первоначальному уровню. Обратимые и необратимые преобразования биоценоза приводят к более низкому уровню его организации и возникновению очередной модификации активного ила.

Самовосстановление активного ила после стадии кризиса и разрушения невозможно и требует рекультивационных мероприятий (табл. 5.7) [1]. Для самопроизвольного восстановления функции активного ила необходим длительный период – более месяца.

Таблица 5.7

Индикаторная оценка процесса биохимической очистки и рекомендации по устранению нарушений

Возможность и скорость восстановления состава и структуры биоценоза активного ила после его разрушения зависит от восстановительного потенциала активного ила, применения комплексных мероприятий, устраняющих последствия и обеспечивающих удовлетворительное состояние ила.

Глава 6 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АЭРОТЕНКА

6.1. Методика технологического контроля работы биохимического сооружения

Процесс биохимической очистки на современном сооружении большой мощности зависит от точности контроля за процессом очистки сточных вод и качеством очищаемой воды.

Биохимическая очистка сточных вод в искусственном сооружении принципиально не отличается от процесса самоочищения, происходящего в загрязненных природных водоемах. Оба процесса биохимического окисления протекают под воздействием комплекса микроорганизмов. В результате этого методы контроля качества воды в искусственном сооружении и естественном водо-

146

еме общие и подразделяются на химические, гидробиологические

ибактериологические. Перечисленные группы методов исследования качества воды самостоятельны, но должны применяться одновременно, только при исследовании возможно получить наиболее точные данные.

Методы химического контроля основаны на качественном и количественном определении органических и неорганических веществ, солей тяжелых металлов, биогенов и др. Химический контроль требует длительного времени, он трудоемкий и недостаточно оперативный. Химические методы позволяют определить известные или предполагаемые вещества. Содержание качественно новых веществ в сточных водах требует разработки специальных методов их обнаружения. Поэтому одновременно с химическими методами ведется гидробиологический контроль, который позволяет наиболее быстро оценить качество воды на основе реакции микрофлоры активного ила на влияние различных загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах, не обнаруживаемых типовыми химическими анализами.

Преимуществом биохимического метода является возможность выявления разовых или прерывистых сбросов, влияющих на экосистему активного ила. Применение этого метода при очистке сточных вод зависит от исследователя высокой специализации

иих навыков.

Гидробиологический анализ выполняется в следующем порядке: отбор проб активного ила, его общая характеристика, определение видового состава гидробионтов, численности индикаторных видов, их физиологического состояния и математическая обработка полученных данных, по результатам которых дается заключение о состоянии экосистемы активного ила и эффективности очистки.

Для анализа сточных вод, активного ила и очищенной воды отбираются жидкие пробы с глубины 30–40 см методом зачерпывания при помощи ковша. При отборе проб с разных глубин используют батометры или склянки, закрытые пробкой и привязан-

147

ные к грузу. После погружения склянки до нужного уровня пробка выдергивается с помощью привязанного к ней шнурка. Проба доставляется на анализ в неизменном состоянии. До оседания в пробе взвеси ее переливают в стакан или склянку с широким горлом, заполняя ее до половины, и в открытом виде немедленно доставляют в лабораторию на анализ. Перед началом анализа пробы с активным илом тщательно перемешивают в колбе и из каждой отливают по 100 мл в мерный цилиндр для определения осевшего ила (через 30 мин).

Остальная часть пробы используется для визуальной оценки характера ила и его микроскопии. Анализ должен быть осуществлен в течение 30 мин с момента взятия пробы. При хранении пробы в холодильнике в открытом виде срок исследования может быть продлен до 2 ч.

Пробы для анализа отбираются в постоянно установленных местах с учетом сроков отбора проб, которые обеспечивают контроль за ходом процесса очистки во всех основных узлах сооружения. При возникновении нештатной ситуации и выявлении технологических нарушений применяются специальные схемы отбора проб в местах застоя ила, неравномерного его распределения по глубине и т.д.

6.2. Оценка биохимической очистки сточных вод по состоянию активного ила

Эта оценка включает в себя: определение общих показателей активного ила; микроскопию активного ила и определение его видового состава; оценку физиологического состояния гидробионтов активного ила, их количественный учет и обработку полученных результатов.

Общие свойства активного ила определяются органолепти-

чески при просмотре в стакане или стеклянном цилиндре объемом 100 мл с учетом следующих показателей:

1)скорость оседания хлопка (быстро, медленно);

2)цвет (бурый, рыжеватый, белесый, черный);

148

3)характер надосадочной жидкости (прозрачная, мутная, опалесцирующая, окрашенная);

4)запах (гнилостный, сероводородный, характерный для определенных химических веществ);

5)состояние ила при его вспухании или отстаивании. Перечисленные показатели активного ила являются основ-

ными. В зависимости от характера сточных вод, содержащих специфические органические вещества, могут быть и другие показатели (например, следы нефти, появление пены от синтетических моющих средств и др.).

Микроскопия активного ила осуществляется путем про-

смотра его хлопка. При просмотре определяется его характер (крупный, мелкий, плотный, рыхлый, размытый) и видовой состав гидробионтов в нативном (живом) виде. С этой целью для изготовления препарата пробы отстаиваются в течение 2–3 мин, что необходимо для образования концентрированного осадка. Капля ила, отобранная пипеткой с широким отверстием, помещается на предметное стекло и накрывается покровным стеклом. Просмотр препаратов проводится из каждой пробы с поверхности и дна сосуда из-за неравномерного распределения гидробионтов в пробе.

В очищенной сточной жидкости, в которой гидробионтов незначительное количество, для получения осадка ила применяется центрифугирование или длительное отстаивание. При высокой концентрации активного ила он разбавляется жидкостью, полученной из тех же мест сооружения, что и исходная проба.

Для просмотра препаратов применяется бинокулярный микроскоп. Микроскопия фауны активного ила проводится при увеличении 5×10, в случае, когда диагностические признаки очень мелкие, используется большее увеличение.

Если определению мешает повышенная активность организмов активного ила, производится их фиксация. Для большинства организмов быстродействующим фиксатором являются пары 1%-го водного раствора осмиевой кислоты. В этом случае каплю жидкости с организмами помещают на предметное стекло, кото-

149

рое быстро переворачивают и в течение нескольких секунд выдерживают прижатым к горлышку с 1%-м водным раствором осмиевой кислоты. Пары осмиевой кислоты ядовиты, поэтому рекомендуется применять уретан, мелкие кристаллики которого помещают под покровное стекло препарата.

Замедление движения всех организмов может быть достигнуто введением в препарат веществ, увеличивающих вязкость жидкости – глицерина, вишневого клея и других, доза которых подбирается опытным путем. Для остановки движения организмов нельзя использовать подсушивание препарата, так как происходит значительное искажение их формы, что препятствует правильной оценке их физиологического состояния.

С целью установления видового состава гидробионтов применяют фотографирование и зарисовку. Определение организмов производится по таблицам и рисункам, приведенным в соответствующих книгах и руководствах [2, 11, 21, 22].

Для оценки физиологического состояния гидробионтов активного ила используются следующие показатели:

1)преобладающие группы и виды простейших организмов биоценоза. Индикаторами могут быть только организмы, встречающиеся в активном иле в значительных количествах;

2)степень упитанности (хорошая, удовлетворительная, слабая), важнейшим критерием которой является интенсивность фагоцитоза, оцениваемым по количеству пищеварительных вакуолей и прозрачности цитоплазмы;

3)состояние сократительных (пульсирующих) вакуолей, выполняющих функцию осморегуляции, которое оценивается по степени наполнения вакуолей и скорости их пульсации. При неблагоприятных условиях осморегуляция нарушается и ритм пульсации замедляется;

4)форма тела, которая особенно изменчива у прикрепленных кругоресничных инфузорий. На отклонение от нормы влияют различные факторы. При хорошей упитанности форма тела расширенная, почти округлая или бочковидная; при слабой – происходит вытягивание организма и расширение передней области тела.

150