Введение к работе
Развивающиеся все более быстрыми темпами промышленное, : сельскохозяйственное производство и сопутствующая им урбанизация повлекли за собой небывалую в истории человечества степень концентрации во всех областях жизни. Концентрация и экспоненциальное увеличение численности потребителей природных ресурсов вызвали резкое повышение количества сточных вод, и степени их экологической опасности, что привело к росту непосредственного сброса бточных вод в естественные водотоки, в то время как их способность к биологическому разложению и самоочищению ограничивалась. Естественное очищение сточных вод в,процессе кругооборота должно все более замещаться искусственно созданным промышленным очищением, которое являет- ся своеобразным защитным барьером для природных гидробионтов, активно формирующих биологическую полноценность и качество вода.
Современное состояние качества воды природных водоемов во многом определяется степенью чистоты сточных , вод, прошедших биологическую очистку, поскольку они составляют основную массу от общего объема сточных вод.
В США результаты обследований производственных сооружений биологической очистки показывают, что более половины их работает неудовлетворительно: не,обеспечивают качества очи-стки, предусмотренное проектом. Аналогичные данные получены в Великобритании, ФРГ, Голландии (Tomlinson, 1976, 1982; Gray, 1980; Blkelhoom, 1982; Wagner, 1982).
Поэтому все большие усилия в области очистки сточных вод сосредоточены на повышении ее эффективности на действую-, щих очистных сооружениях. С одной стороны, стало очевидным., что эффективность очистки жестко связана с процессами самоочищения в природных водоемах. С другой стороны, разрабатываемые всевозможные методы интенсификации биологической очи- стки открывают возможности существенного улучшения последней. Это не исключает необходимости применения химических\ методов переработки отходов, что непременно следует использовать на промышленных предприятиях. Биологическую очистку следует рассматривать как обязательное завершающее звено перед сбросом сточных вод в водоем, следовательно, как мощный защитный барьер от загрязнения природных водоемов.
Возросшие требования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы, в связи с утверждением норм предельно допустимых сбросов (ЦДС) загрязняющих веществ и решением вопросов повторного использования биологически очищенных вод в производстве обуславливает необходимость интенсификации работы действующих очистных сооружений, поиска новых возможностей улучшения качества очищенных сточных вод. Интенсификация биологической очистки путем реконструкций действующих сооружений связана с капитальными затратами и техническими трудностями, поэтому в настоящее время более перспективна разработка гидробиологических, микробиологических и биохимических методов улучшения работы сооружений. Такие методы не требуют значительного технического переустройства очистных сооружений, так называемые нетехнологические пути интенсификации: повышение ферментативной активности ила, окисление загрязняющих веществ с последующей нитрификацией-денит-рификацией, разработка способов подавления вспухания актив- ( ного ила, сочетание процессов биохимической деструкции загрязнений активным илом и -биопленкой, размещенной на инертных носителях биомассы и др. Параллельно совершенствованию эффективности очистки сточных вод необходимо развитие методов анализа и контроля этих процессов. V Актуальность проблемы. Концентрация и экспоненциальное увеличение численности потребителей природных ресурсов вызывают непрерывное возрастание объема сточных вод и степени их экологической опасности. Из всех применяемых способов очистки воды от органического загрязнения - биологический являет - 8 ся предпочтительным по экономичности, скорости процесса и эффективности. Успешно разрабатываемые в Последние десятилетия методы интенсификации биологической очистки, предусматривают основное воздействие на активный ил, его деструктивно-ферментативную способность, генетические свойства и функциональную активность различных групп организмов. Исследование последовательных изменений биоценоза под влиянием направленного воздействия позволяет оценить его успешность t прогнозировать последствия и оптимизировать процесс очистки в кратчайшие сроки-и с минимальными затратами. Необходимо завершение инвентаризации структурных характеристик биоценозов активного ила, формирующихся при очистке сточных вод различного состава, при специфических особенностях ведения технологического процесса очистки (Кутикова, 1984).
Проблема отделения активного ила от очищенной воды во вторичных отстойниках при нарушениях седиментации остается нерешенной в мировой практике, главным образом, в аспекте подавления нитчатого бактериального вспухания (Chudoba, 1985), при развитии которого наблюдается существенное загрязнение водоемов. v
Детальное изучение структуры биоценоза требует усовершенствования методов исследования. Разработка методики, позволяющей оценить численность, особенности флокулообразования и пространственного распределения бактерий в хлопьях активного ила, даст возможность оперативно и надежно контролировать состояние и эффективность процесса биологической очистки сточных вод.
Цель и задачи работы. Целью работы служило изучение ос - 9 новных закономерностей структурно-функциональных изменений и характеристика специфического отклика биоценоза активного ила при воздействии факторов, интенсифицирующих процесс биологической очистки. В соответствии с поставленной целью в работе решались еле дующие задачи:
- исследование специфических особенностей активного ила, формирующегося в условиях циклической смены аэробности одно- , стадийного процесса нитрификации-денитрификации при изменении технологических параметров очистки;
- комплексная оценка одновременного функционирования ценозов взвешенного активного ила и биопленки на носителях биомассы в аэротенках действующих очистных сооружений;
- изучение экологических взаимоотношений различных групп бактерий, их структурных особенностей и пространственного распределения при чрезмерйом накоплении хламидобактерий в активном иле , обоснование и практическое применение экологического способа антогонистического вытеснения хламидобактерий микрофлорой ила;
- характеристика отклика биоценозов активного ила с различной спонтанной адаптационной устойчивостью на токсическое действие супермутагенов, стандартизация применения химического мутагенеза для улучшения процессов фюкулящда активного ила и увеличения скорости биодеградации органических загрязнений;
- модификация и использование эпифлуоресцентного анализа для исследования активного ила, определение индикаторной значимости и численных значений отдельных таксономических групп активного ила. .
Научная новизна. Впервые детально описан активный ил, структура которого формируется в одностадийном процессе нит-рификацйи-денитрификации при. циклической смене аэробности .среды. Показана взаимосвязь изменения основных технологических параметров очистки и сукцессии микрофауны активного ила.
На основании детального эпифлуорёсцентного анализа нарушений флокулообразования и седиментационных характеристик активного ила предложен экологический метод подавления нитчатого бактериального вспухания І учитывающий ряд биологических особенностей функционирования различных таксономических групп бактерий.
Экспериментально доказано, что при использовании метода химического мутагенеза положительный эффект зависит от ток личности используемого супермутагена и исходного состояния микрофлоры обрабатываемого активного ила. Выполнена дальней шая унификация и стандартизация метода химического мутагене за, применяемого для повышения эффективности качества очист ки сточных вод,
Впервые для исследований активного ила использован в качестве флуоресцентного красителя флуорескамин, специфически связывающийся, только с живыми клетками бактерий, что позволило пересмотреть количественные характеристики бактерий внутри хлопьев ила, уточнить их морфологическое разнообразие. Предложен метод флуоресцентного анализа для характеристики .основных таксономических групп биоценоза активного ила.
Практическая значимость работы. Полученные новые данные о структуре биоценоза используются при оценке и прогнозировании процессов очистки в аэротенках, при регулировании эксплуатационного режима, что позволяет без существенных затрат улучшить качество очищаемой вода и предотвратить загрязнение водоемов.
Разработан, запатентован и внедрен на очистных сооружениях способ подавления бактериального нитчатого вспухания на основе улучшения фдокулирущих и седиментацйонных свойств активного ила. Рекомендованы в практику использования химического мутагенеза результаты исследований по применению су-пермутагенов с учетом адаптационных свойств спонтанной культуры активного ила, очищающей сточные воды различного состава, а также методика подращивания ила после действия мутагенов, предусматривающая использование комплекса витаминов и фитогормонов для повышений уровня функциональной активности бактерий.
Разработана оригинальная конструкция носителя биомассы с использованием элементов технологии изготовления искусственных рифов и применена на городских очистных сооружениях в Российской Федерации и ЧешскоЙ Республике.
Разработанные метода гидробиологического анализа активного ила применяются при обследовании и выработке рекомендаций по улучшению работы действующих очистных сооружений Российской Федерации.
Комплекс эпифлуоресцентных методов исследования различных таксономических групп активного ила модифицирован и внедрен в практику гидробиологического анализа Центральной инспекции Министерства охраны окружающей, среды и природных ресурсов Российской Федерации, а также в учебный процесс.экологического факультета Казанского государственного универси - 12 тэта и для слушателей специальности "Экология и охрана окружающей среды" в Московском институте нефтегазовой промышленности.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзном симпозиуме "Обобщенные показатели качества вод - 83. Практические вопросы биотести рования и биоиндикации (Черноголовка, февраль 1983 г.), Си мпозиуме специалистов стран-членов СЭВ "Комплексные методы контроля качества природной среды" (Москва, ноябрь 1986 г.), Международной конференции "Биология в очистке воды" (Весп рем, Венгрия, май 1987), секции гидробиологии и ихтиологии Московского общества испытателей природы (Москва, март 1990 г.), III Международной школе по экологической химии (Алма Ата, ноябрь 1990 г.). семинаре "Опыт с применением специализированных микроорганизмов при декаментации почвы и биологической очистке сточных вод/В Чехословакии" (Прага, октябрь 1992 г.). Публикации. По теме диссертации в отечественной и зару- _ бежной печати опубликовано 7 научных работ. Ряд результатов работ изложены в методических и нормативных документах Министерства охраны окружающей среды -и природных ресурсов.
Объем и структура текста, диссертация содержит 150 страниц машинописного текста, 34 рисунка и 30 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 262 названия» из которых 112 -. работы на иностранных языках. Состоит из введения, пяти глав, обсуждения результатов, выводов и заключения Автор глубоко признателен д.б.н., проф. Телитченко М.М., д.б.н. Флерову Б.А., к.б.н. Мицкевич И.Н., к.б.н. Сажину А.Б., - 1.3 Беляевой М.Н., Фроловой А.Л. за консультационную помощь, к.т.н. Лапшину О.М. за техническое содействие в.проведении натурных экспериментов.
Похожие диссертации на Структурные изменения активного ила при интенсификации очистки
