Биологический анализ активного ила

1. Цель работы.Научиться оценивать состояние активного ила и процесс биологической очистки в аэротенке по результатам микроскопирования.

2. Основные положения.Простейшие и коловратки очень чувствительны к химическим и физическим факторам среды. Они быстро реагируют на изменение концентрации органических веществ и кислорода, на содержание токсичных примесей и другие факторы. Это позволяет использовать их как индикаторные организмы, характеризующие работу аэротенков, и по результатам микроскопирования определять состояние процесса биологической очистки, а также оперативно выявлять нежелательные изменения, ведущие к нарушению нормальной работы очистных сооружений.

Биологический анализ активного ила включает анализ состава биоценоза с учетом структуры хлопьев ила. В основе биологического анализа лежит корреляция между качеством среды (сточной воды) и состоянием активного ила. Цель биологического анализа – оперативный контроль процесса биологической очистки. Преимущества биологического анализа в том, что изменения биоценоза активного ила начинаются раньше, чем происходят заметные изменения технологических параметров, например, эффективности очистки. Поэтому контроль процесса путем биологического анализа позволяет на самых ранних стадиях заметить ухудшение очистки и вовремя нормализовать работу очистных сооружений.

Зависимость состава биоценоза активного ила от качества среды (сточной воды) определяется следующими факторами:

· бактерии более устойчивы к токсичным примесям и высокой концентрации органических веществ, чем простейшие;

· различные виды простейших имеют различную чувствительность к токсичным примесям, концентрации растворенных органических веществ и кислорода;

· различные группы простейших используют разные способы питания (голофитное, сапрозойное, голозойное).

Голофитное питание – это использование неорганических веществ в качестве источника углерода для биосинтеза, а света – в качестве источника энергии. Такой тип питания имеют окрашенные жгутиковые.

Сапрозойное питание – использование растворенных органических веществ. Эта форма питания присуща мелким бесцветным жгутиковым.

Голозойное питание – использование взвешенных органических веществ (в основном, бактерий). По голозойному типу питаются крупные бесцветные жгутиковые и все другие простейшие (амебы, инфузории).

Голозойное питание делится на 3 типа:

· заглатывание – используют все амебы, крупные бесцветные жгутиковые и некоторые равноресничные инфузории;

· осаждение или седиментация (движение ресничек около ротового отверстия создает водоворот в виде воронки, в которой взвешенные частицы осаждаются и поступают в ротовое отверстие) – используют все кругоресничные и спиралересничные инфузории, а также часть равноресничных инфузорий, например, инфузория туфелька (Paramecium caudatum); эти микроорганизмы называют седиментаторами;

· высасывание – используют сосущие инфузории.

По мере уменьшения концентрации растворенных органических веществ в сточной воде снижается концентрация свободноплавающих бактерий, которые питаются растворенными веществами. При дальнейшем уменьшении концентрации органических веществ начинают развиваться простейшие, наиболее устойчивые к высокой концентрации растворенных органических веществ (амебы, сосущие инфузории) и использующие их в качестве источника питания (мелкие бесцветные жгутиковые). Затем появляются другие простейшие и коловратки (рис. 3.1). При низкой концентрации бактерий (что отвечает низкой концентрации субстрата) преимущество получают седиментаторы, имеющие более эффективный аппарат потребления взвешенных веществ (бактерий) из среды.

Рис. 3.1. Изменение биоценоза активного ила по мере уменьшения концентрации растворенных органических веществ ( ) и свободноплавающих бактерий ( ):

1 – область, где в биоценозе присутствуют только бактерии (простейших и коловраток нет); 2 – простейшие представлены жгутиковыми, амебами, реже развиваются сосущие инфузории; 3 – развиваются многие виды инфузорий (в основном использующие голозойное питание путем заглатывания пищи), а также амебы и жгутиковые; 4 – присутствуют все виды простейших, развиваются коловратки; 5 – жгутиковых очень мало, среди ресничных инфузорий преобладают седиментаторы, много коловраток

При низкой концентрации органических веществ начинают испытывать голодание бактерии. При недостатке внепланового субстрата бактерии получают энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности, путем самоокисления. Потребление кислорода в процессе самоокисления называется эндогенным дыханием, а продукты самоокисления (минеральные вещества) – эндогенными веществами. Эти эндогенные вещества скапливаются в хлопьях ила в виде минеральных частиц, которые в световой микроскоп наблюдаются как темные зерна (участки минерализации).

В соответствии с рассмотренными тенденциями характеристику состояния активного ила в зависимости от качества биологической очистки упрощенно можно представить следующим образом.

1. Высоконагруженный активный ил, развивающийся в аэротенках неполной биологической очистки (эффект очистки по БПК₅ меньше 90 %), имеет следующие характеристики:

· хлопья активного ила в основном мелкие (размер менее 50 мкм), участки минерализации отсутствуют;

· много свободноплавающих бактерий (около 10⁸ 1/мл);

· коловраток нет;

· мало или отсутствуют кругоресничные и спиралересничные инфузории;

· много (преобладают) мелких жгутиковых, а также амеб.

2. Средненагруженный активный ил, развивающийся в аэротенках полной биологической очистки (эффект очистки по БПК₅ около 90¸95 %):

· хлопья активного ила компактные, среднего размера (около 100 мкм), участков минерализации мало (встречаются в отдельных хлопках);

· концентрация свободноплавающих бактерий 10⁶¸10⁸ 1/мл (при концентрации ила около 1г/л);

· в небольшом количестве имеются коловратки;

· наблюдается большое разнообразие видов простейших без существенного (в десятки раз) преобладания какого-либо вида, встречаются все группы простейших (амебы, жгутиковые, равноресничные, спиралересничные и кругоресничные инфузории, сосущие инфузории).

3. Низконагруженный активный ил, развивающийся в аэротенках полной биологической очистки с нитрификацией (эффект очистки по БПК₅ до 95¸97 %):

· хлопья активного ила рыхлые с большим разнообразием размеров (много обрывков хлопьев размером около 10 мкм), много участков минерализации;

· количество свободноплавающих бактерий невелико (10⁵¸10⁶ 1/мл);

· простейших сравнительно мало, преобладают седиментаторы (кругоресничные и спиралересничные инфузории), практически отсутствуют мелкие бесцветные жгутиковые;

· присутствуют коловратки (могут развиваться в большом количестве).

Примерная количественная характеристика биоценоза активного ила для трех рассмотренных состояний приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Ориентировочное содержание индикаторных микроорганизмов в активном иле в квазистационарном режиме работы аэротенков при хорошей аэрации, невысокой токсичности и средней концентрации БПК₅ (150¸500 мг/л) сточных вод, поступающих на очистку

Микроорганизмы	Количество микроорганизмов (тыс. шт. на 1 г активного ила)
Низконагру-женный ил	Средненагру-женный ил	Высоконагру-женный ил
Жгутиковые	10¸200	200¸2 000	1000¸20 000
Амебы	10¸100	100¸1 000	100¸5 000
Равноресничные инфузории	10¸100	100¸500	100¸1 000
Спиралересничные инфузории	20¸200	100¸500	0¸100
Кругоресничные инфузории	100¸500	100¸1 000	0¸100
Сосущие инфузории	10¸50	10¸100	100¸1 000
Цисты простейших	50¸200	10¸100	1000¸5 000
Коловратки	20¸200	10¸100
Свободноплавающие бактерии	105¸106	106¸108	108¸109

Приведенная характеристика состояния активного ила может существенно изменяться в случае нестационарности режима биологической очистки (изменение концентрации сточных вод, кислорода, температуры, рН и т.д.). Существенно влияет на биоценоз активного ила токсичность сточных вод. При биологической очистке промышленных стоков с высоким содержанием токсичных примесей количество простейших будет ниже, чем в табл. 3.1, меньше разнообразие видов, могут отсутствовать коловратки (или развиваться только наиболее устойчивые из них, такие как Notommata).

Некоторые типичные изменения биоценоза активного ила при изменении характеристики сточных вод и параметров процесса очистки приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2