Состав БИОЦЕНОЗА активного ила установок ЮБАС
В результате процессов биологической очистки сточная вода может быть очищена от многих органических и некоторых неорганических примесей. Процесс очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших, ряда высших организмов - в условиях аэробиоза, т. е. наличия в очищаемой воде растворённого кислорода переменной концентрации.
Микроорганизмы активного ила усваивают загрязнения сточной воды, используя растворенный в ней кислород в период активации, и связанный кислород в период деактивации аэротенков. В условиях интенсивного питания происходит синтез и прирост биомассы активного ила. По мере исчерпания питания из-за уменьшения количества загрязнений в сточной воде прирост биомассы активного ила замедляется. В условиях недостаточности питания в биоценозе активного ила начинают развиваться процессы избирательного лизиса. В условиях голодания, когда в сточной воде остаются только трудноусваиваемые соединения, микроорганизмы одного вида начинают ингибировать микроорганизмы другого вида, которые при этом разлагаются. По мере все более усиливающегося процесса голодания метаболизм биоценоза активного ила все более интенсифицируется. Получают все большее развитие процессы селекции микроорганизмов, борьбы за существование и выживание микроорганизмов в биоценозе активного ила. Периодическое отсутствие питания приводит также к интенсивному флокулообразованию микроорганизмов, что способствует улучшению одного из основных показателей очистки -- осаждаемости активного ила. Под воздействием избирательного лизиса в процессе ритмовой аэрации смеси сточной воды с активным илом происходит уменьшение биомассы активного ила. В результате селекции формируется популяция микроорганизмов активного ила, отличающаяся преобладанием флокулирующих микроорганизмов, умеренной концентрацией нитчатых микроорганизмов, а также наличием паразитирующих бактерий и простейших микроорганизмов хищников. Формируется и устойчиво сохраняется здоровый, жизнеспособный, хорошо функционирующий активный ил, характеризующийся интенсивной флокуляцией и хорошей осаждаемостью. Вспухания активного ила не происходит.
Процесс полной биологической очистки протекает в три стадии. На первой стадии, сразу же после смешения сточных вод с активным илом, на его поверхности происходят адсорбция загрязняющих веществ и их коагуляция (укрупнение частиц несущих органические вещества), причём адсорбция обеспечивается как хемосорбцией, так и биосорбцией с помощью полисахаридного геля активного ила и благодаря огромной поверхности ила, один грамм которого занимает 100 м2. Таким образом, на первой стадии очистки загрязняющие вещества в сточных водах удаляются благодаря механическому изъятию их активным илом из воды и началу процесса биоокисления наиболее легкоразлагающейся органики. Высокое содержание
поступающих загрязняющих веществ, способствует на первой стадии высокой
кислородопоглощаемости, что приводит к практически полному потреблению кислорода в зонах поступления сточных вод в АЭРОСКРИНе. На первой стадии за
0.5-2.0 часа содержание органических загрязняющих веществ, характеризуемых
показателем БПК5, снижается на 50-60%.
На второй стадии полной биологической очистки в аэротенке приемной камеры продолжается биосорбция загрязняющих веществ и идёт их активное разложение экзоферментами (ферментами, выделяемыми активным илом в окружающую среду). Благодаря снизившейся концентрации загрязняющих веществ, начинает восстанавливаться активность ила, которая была подавлена к концу первой стадии очистки. Скорость потребления кислорода на этой стадии меньше, чем в начале процесса, и в воде может накапливаться растворённый кислород в период активации. Во второй стадии экзоферментами окисляется до 75% органических
загрязняющих веществ, характеризуемых показателем БПК5, и до 60% азота аммонийных солей до уровня нитратов и нитритов. В периоды деактивации аэротенка начинаются процессы денитрификации с выделением газообразного азота. Продолжительность этой стадии различна в зависимости от состава очищаемых сточных вод и составляет ориентировочно от 2.0 до 4.0 часов.
На третьей стадии очистки в аэротенке второй ступени происходит дальнейшее окисление загрязняющих веществ эндоферментами, но преимущественно внутри клетки, происходит доокисление сложноокисляемых соединений. Также происходит завершение процесса окисления азота аммонийных солей в нитриты и нитраты, а в периоды деактивации аэротенка, под действием циркуляционного активного ила первого аэротенка, завершаются активные процессы денитрификации, и происходит регенерация активного ила. Именно на этой стадии (стадии внутриклеточного питания
активного ила), происходит образование полисахаридного геля, выделяемого
бактериальными клетками. Скорость потребления кислорода вновь возрастает.
Общая продолжительность процесса в аэротенках составляет 6-8 часов, продолжительность третьей стадии, таким образом, составляет 4-6 часов.
Благополучие фазы эндогенного питания определяется величиной нагрузки,
возрастом активного ила и временем пребывания его в аэротенках. Увеличение
возраста активного ила, времени его пребывания в системе очистки, падение
удельной нагрузки на него продлевает фазу эндогенного питания и создаёт
благоприятный режим для её протекания, что способствует активному
гелеобразованию, укрупнению хлопьев активного ила, улучшению его
флокулирующих свойств. Внезапное увеличение нагрузки, сокращение возраста,
токсические вещества, присутствующие в поступающей на очистку воде,
оказывают подавляющее воздействие на процесс ферментативного окисления в
целом и на фазу эндогенного питания. Таким образом, флокуляция хлопьев, а,
следовательно, эффективность очистки, зависит от характеристик поступающих
сточных вод и условий ведения технологического процесса очистки.
2. Видовое разнообразие активного ила установок ЮБАС
Биоценоз установок ЮБАС состоит преимущественно из бактерий родов Pseudomonas, Zoogloea, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Bacterium, Brevibacterium, Caulobacter, Hyphomicrobium, Bdellovibrio, Sphaerotilus, Nocardia и некоторых других. Указанный консорциум микроорганизмов, сформированный из микрофлоры сточной воды, состоит из двух основных морфологических типов флокулирующих микроорганизмов при умеренном содержании нитчатых. При этом нитчатые микроорганизмы внедрены в структуру флокул активного ила в комплексе с флокулирующими микроорганизмами, для создания армирующего воздействия на последние. Причем консорциум дополнительно содержит выделенные в условиях дефицита кислорода (при деактивации аэротенков) внеклеточные биополимеры. Они служат для адсорбирования на поверхности клеток трудно усваиваемых коллоидных и мелкодисперсных органических частиц, а также для взаимной адгезии клеток микроорганизмов. Немалая роль биополимеров и в качестве связующего, для образования флокулирующей матрицы. Структурная композиция активного ила может быть представлена агломератом агрегатов клеток микроорганизмов с компактной и особо плотной структурой, при этом клетки упакованы в агрегаты таким образом, что взаимно соприкасающиеся стенки клеток при агломерации деформированы. Основная часть нитчатых микроорганизмов может быть образована в результате нитчатого роста простековых почкующихся бактерий рода Sphacratilus natans, обладающих развитым чехлом. При этом основным элементом структуры чехла могут являться регулярные спирали, состоящие из внеклеточных биополимеров, причем спирали соприкасаются между собой для образования пространственной сетчатой структуры, а образованная элементарными спиралями пространственная структура является многослойной. Консорциум микроорганизмов может включать простековые почкующиеся бактерии рода Hyphomicrobium, бактерии-нитрификаторы вида Nitrosospira briensis для окисления аммиака до нитрита и бактерии-нитрификаторы видов Nitrobacter winogradskyi и Nitrococcus mobilis для окисления нитритов до нитратов, бактерии со значительными внутриклеточными отложениями запасных питательных веществ и плотной интеграцией клеток для улучшения осаждаемости активного ила, споpы бактерий в условиях длительного голодания микроорганизмов в эндогенный период цикла очистки. Активный ил может также содержать бактериофаги, паразитирующие бактерии вида Bdellovibrio bacteriovorus, а также простейшие микроорганизмы хищники типа Protozoa рода Opercularia и коловратки Potifera рода Notommata. Богатое видовое разнообразие организмов активного ила свидетельствует о благополучии биологической системы связанных аэротенков с ритмовой противофазной аэрацией, высокой эффективности очистки и устойчивости биоценоза к повреждающему воздействию токсичных сточных вод.
Как и в других водных сообществах, характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие, проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как устойчивые становятся ещё обильнее. Если действие неблагоприятного фактора нарастает или долго сохраняется, затрагиваются все новые виды биоценоза и, в результате, при минимальном видовом разнообразии наблюдается максимальная численность наиболее устойчивых видов.
Усложнение биоценоза сопровождается последовательным включением в
него всё более совершенных видов вплоть до хищников: мелкие жгутиконосцы, мелкие раковинные амёбы, свободноплавающие брюхоресничные, прикреплённые и сосущие инфузории, коловратки, черви, водные клещи и др. Своеобразие биоценоза активного ила в наибольшей степени определяется нагрузкой по органическим загрязняющим веществам и эффективностью их разложения.
При сниженных нагрузках на ил до 250-300 мг/г, используемых в установках ЮБАС, обеспечивается полное окисление растворённых органических веществ.
Довольно неоднородное, многокомпонентное загрязнение среды обитания, даёт возможность микроорганизмам ила приобрести и сохранять необходимый уровень приспособленности в широком спектре непрерывно меняющихся условий. Биоценозы в установках ЮБАС разнообразны по видам, динамичны, подвижны и чутко реагируют на внешнее воздействие. При нормально протекающем процессе очистки в них отсутствуют численно доминирующие виды или такое доминирование минимально. За счёт богатого видообразия, расширяется возможность ила адекватно реагировать на неблагоприятные воздействия и увеличивается его способность поддерживать эффективное и устойчивое качество очистки. При воздействии концентрированных сточных вод, биоценоз устойчиво сохраняет свою структурную
целостность и удовлетворительный уровень ферментативного окисления.
В условиях устойчивых нагрузок на активный ил при отсутствии токсичных
примесей в сточных водах, поступающих на очистку, значительная часть
микробной популяции связана с хлопком активного ила. Хлопья ила крупные,
компактные, хорошо флокулирующие. В биоценозе возрастает численность
организмов, непосредственно связанных с хлопьями, - ползающих
брюхоресничных инфузорий, прикреплённых инфузорий, нематод, коловраток и
т. д.
Однако, в неблагоприятных условиях перегрузок, при поступлении на
очистку токсичных сточных вод, различных нарушений технологического режима
очистки, хлопья активного ила диспергируются, измельчаются, возрастает
число бактерий, не связанных с хлопьями активного ила, и, следовательно,
возрастает число их поедателей - свободноплавающих инфузорий, мелких
раковинных амёб, жгутиконосцев и проч.
Следует отметить, что прирост биомассы активного ила в экзогенный период цикла очистки компенсируется ее уменьшением в эндогенный период в результате самоокисления части биомассы. Этому способствует жизнедеятельность бактериофагов, паразитирующих бактерий и микроорганизмов-хищников. А это серьезно влияет на снижение выхода избыточного активного ила.
Сопоставительный анализ показывает, что заявленный биоценоз активного ила отличается наличием новой совокупности признаков, состоящей в том, что консорциум сформирован при периодическом чередовании режимов достаточного наличия кислорода и его дефицита, а также при постоянных колебаниях питания. Он состоит в основном из флокулирующих микроорганизмов при умеренном содержании нитчатых, при этом нитчатые микроорганизмы внедрены в структуру флокул активного ила в комплексе с флокулирующими микроорганизмами для создания армирующего воздействия на последние. Причем биоценоз дополнительно содержит выделенные внеклеточные биополимеры для адсорбирования на поверхности клеток трудно усваиваемых коллоидных и мелкодисперсных органических частиц. Он также служит для взаимной адгезии клеток микроорганизмов и в качестве связующего для образования флокулирующей матрицы. Этим обеспечивается высокая эффективность очистки сточных вод.
