Бесплатный фрагмент - Оценка эффективности работы очистных сооружений по гидробиологическим показателям

Введение

Самым распространенным способом очистки бытовых, городских и ряда промышленных сточных вод на сегодняшний день является биологическая очистка методом искусственного аэрирования в специальных сооружениях-бассейнах, получивших название «аэротенки». Процесс очистки в них осуществляет так называемый «активный ил» — особое сообщество микроорганизмов различных таксономических групп (бактерий, грибов, вирусов, одноклеточных и многоклеточных беспозвоночных). Состав такого сообщества формируется самостоятельно. Организмы активного ила не рассеиваются равномерно в сточной воде, а образуют своеобразные хлопьевидные структуры, легко оседающие при непродолжительном отстаивании.

Метод очистки сточных вод искусственным аэрированием был открыт английским химиком Диброном. В 1887 году он писал, что сточная жидкость может быть очищена путем ее выдерживания в условиях энергичного аэрирования в смеси со специальной культурой организмов. Англичане Ардерн и Локетт (Ardern, Lockett) впервые в 1916 г. построили аэротенки в Манчестере; они же впервые ввели термин «активный ил». С тех пор накоплен богатый фактический материал о видовой структуре, морфологии, экологии, динамике сообщества активного ила, что дало возможность совершенствовать технологию очистки воды.

Основную роль в биологической очистке сточной воды играют бактерии. Они способны разрушать любые органические соединения естественного происхождения и некоторые неорганические (нитраты, нитриты, хроматы, сульфаты, фосфаты и т.д.). Бактерии обладают гораздо большей, по сравнению с другими организмами активного ила, устойчивостью к действию ядовитых веществ. Часто при поступлении на очистные сооружения сточных вод, содержащих высокотоксичные соединения, бактерии остаются единственными обитателями аэротенков. Кроме того, бактерии быстро «приобретают» способность утилизировать ранее не существовавшие в природе соединения (детергенты, лекарственные препараты, пестициды и др.). Количество бактерий в активном иле достаточно велико и составляет от 108 до 1014 клеток на 1 г сухого вещества. Состав бактериального населения активного ила в первую очередь определяется составом обрабатываемой воды и условиями, в которых осуществляется процесс очистки. Бактерии, присутствующие в илах городских очистных сооружений, ­являются представителями родов Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Achromobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, а также семейства энтеробактерий.

Кроме бактерий активную роль в очистке воды от органических соединений играют грибы. Однако в обычных условиях их количество незначительно. Развиваются, в основном, многоклеточные плесневые грибы (Fusarium, Nematosporangium и др.), но иногда появляются грибы с одноклеточным мицелием (Mucor) и дрожжи. В водной среде грибы размножаются в основном вегетативным способом, плодовые тела не образуют, и поэтому их определение весьма затруднительно. Массовое развитие грибов нежелательно, т.к. их мицелий препятствует оседанию активного ила. В то же время при очистке некоторых видов сточных вод, содержащие трудноокисляемые и токсичные соединения, в частности фенолы, возможно применение грибных илов, способных эффективнее, чем бактерии, утилизировать эти примеси.

Из животного населения очистных сооружений наиболее многочисленны простейшие: Mastigophora (жгутиконосцы), Sarcodina (амебы), Ciliophora (инфузории). Их функции в активном иле весьма многообразны. Прежде всего, питаясь бактериями, простейшие регулируют их численность в илах и способствуют омоложению ила. Простейшие выполняют также санитарную роль, поедая наряду с сапрофитными бактериями и патогенные микроорганизмы. Установлено, что в присутствии простейших снижение численности БГКП (бактерий группы кишечной палочки) происходит в несколько раз быстрее, чем в чисто бактериальных илах. Важнейшая функция простейших — очистка воды от взвешенных веществ. Прозрачность сточной воды в присутствии простейших значительно повышается. Пропуская через свой организм мелкие взвешенные в воде частицы, простейшие склеивают их и выбрасывают обратно в воду уже в виде сравнительно крупных, легко оседающих компактных комочков.

Кроме простейших фауна аэротенков представлена многоклеточными беспозвоночными (коловратками, нематодами, олигохетами, брюхоресничными червями, тихоходками и др.). Являясь организмами 2 и 3-го трофического уровня пищевой цепи они не только очищают воду от взвешенных частиц и свободных бактерий, но и, поедая хлопья активного ила, способствуют снижению его прироста, и тем самым затрат, связанных с утилизацией приросшей биомассы.

Развитие того или иного вида беспозвоночных определяют условия окружающей среды, поэтому по присутствию некоторых организмов, развивающихся в иле в большом количестве, можно судить об условиях, вызвавших их развитие. Микрофауна активного ила более чутко, чем бактерии, реагирует на любые нарушения технологического режима и связанное с ним ухудшение качества очищенных сточных вод. Вследствие этого представители микрофауны выполняют функцию индикаторов процесса очистки воды в биоокислителях. Использование биологических индикаторов дает возможность не только оценивать качество очистки воды, но и выявлять причины нарушения нормальной работы аэротенков. Поэтому, гидробиологический анализ активного ила является одной из важнейших составляющих технологического контроля работы очистных сооружений. От своевременности и правильности оценки состояния активного ила по гидробиологическим показателям напрямую зависит работа всего комплекса очистных сооружений, а, следовательно, и экологическая обстановка в водоемах-прёмниках сточных вод.

Гидробиологический и гидрохимический
анализ активного ила

Для характеристики работы сооружений биологической очистки сточных вод на станциях в лабораторных условиях осуществляется гидробиологический и гидрохимический анализ активного ила.

Гидробиологический анализ заключается в оценке состояния и структурных особенностей активного ила, организмы которого обладают способностью реагировать качественным изменением и количественным распределением отдельных групп на состав и свойства очищаемых сточных вод, а также на условия жизнеобеспечения, регулируемые режимом эксплуатации сооружений.

Гидрохимический анализ заключается в определении количества активного ила в аэротенках, а также его свойств (способности к оседанию, биохимической активности и др.).

На основании проведенных анализов делается общее заключение о состоянии активного ила и эффективности процесса очистки воды. В случае выявления отклонений от нормы вносятся рекомендации по изменению или корректировке технологического режима работы аэротенков, необходимых для устранения неблагоприятных факторов, ухудшающих эффективность очистки сточных вод.

1. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы, необходимые для осуществления гидробиологического и гидрохимического анализа

1.1. Средства измерений и вспомогательные устройства:

— микроскоп бинокулярный х100–1350;

— микроскоп люминесцентный х100–1350;

— микроскоп стереоскопический (МБС) х3,5–100;

— окуляр-микрометр с измерительной линейкой;

— объект-микрометр;

— устройство для наблюдения методом фазового контраста;

— весы лабораторные общего назначения;

— сушильный электрический шкаф общелабораторного назначения;

— часы сигнальные;

— холодильник для хранения проб;

— счетные камеры типа камер Кольвитца, Горяева, Нажотта, Тома, Фукса-Розенталя;

— пробоотборник любого типа объемом 500–700 см3;

— ящики для переноски проб (облегченного типа), с гнездами и уплотнением для перевозки проб в машине;

— иглы для препарирования;

— пинцеты мягкие и жесткие;

— бумажные фильтры обеззоленные для количественного весового анализа (красная, белая ленты);

— стекла покровные для микропрепаратов размером 24x24 мм (толщина не более 0,15—0,17 мм);

— стекла предметные (толщина не более 1,1–1,4 мм);

— чашки Петри диаметром 40 мм и более;

— лабораторные стаканы или мерные колбы на 100–200 см3,

— пипетки или дозаторы на 0,1 и 1см3

— воронки лабораторные;

— стаканчики для взвешивания (бюксы);

— эксикаторы;

— насосы вакуумные водоструйные;

— цилиндры мерные вместимостью 100 см3;

— бутыли из стекла или полиэтилена с притертыми или винтовыми пробками вместимостью 500–3000 см3 для отбора и хранения проб;

— вода дистиллированная.

1.2. Реактивы для фиксации и окрашивания простейших

Наркотизирующие препараты:

— спирт этиловый 96°(этанол);

— формалин 4–10%-ный водный раствор;

— уксусная кислота 0,1%-ный водный раствор;

— сульфат никеля 1%-ный водный раствор;

— новокаин 2%-ный водный раствор (фармацевтический препарат);

— тизерцин (левомепромазин) 10%-ный водный раствор (фармацевтический препарат);

— фиксатор Утермеля: в 20 см3 дистиллированной воды с 5 г дважды сублимированного йода растворяют 10 г йодида калия, добавляют 50 см3 дистиллированной воды и 5 г уксуснокислого натрия, полученный раствор хранят не более 1 месяца в склянке из темного стекла с притертой пробкой.

Красители:

— нейтральный красный, 0,1%-ный водный раствор;

— жидкость Люголя на глицерине (3 см3 дистиллированной воды, 94 см3 глицерина ч. д. а., 1 г кристаллического йода., 2 г йодистого калия);

— йод 0,3%-ный водный и 1%-ный спиртовой растворы;

— акридиновый оранжевый гидрохлорид — витальный люминесцентный краситель;

— метиленовый синий ч. д. а.;

— азотнокислое серебро 2%-ный водный раствор.

1.3. Условия выполнения гидробиологического анализа

При выполнении гидробиологических анализов необходимо соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.4.021, а также соблюдать антисептические меры предосторожности при работе с активным илом, который содержит потенциально патогенные организмы:

— работать в спецодежде;

— следить за состоянием кожи на лице и руках, раны и ссадины смазывать йодом;

— не допускать разбрызгивания или попадания сточных вод на руки, поверхность стола, оборудование, одежду;

— тщательно убирать и вытирать рабочее место, тщательно мыть руки после работы;

— своевременно мыть бывшие в употреблении стеклянные предметы горячей водой с мылом.

2. Подготовка к выполнению определения

Предварительная подготовка к отбору проб должна обеспечивать полную безопасность работ, подготовку посуды, пробоотборников, места хранения отобранных проб, а также подготовку рабочего места для обработки доставленных в лабораторию проб.

2.1. Подготовка посуды, предметных и покровных стекол

Посуду, предназначенную для проб, тщательно моют синтетическим моющим средством и ополаскивают водой. Посуда должна быть пронумерована карандашом по стеклу.

Счетные камеры, стандартные предметные и покровные стекла перед употреблением необходимо обезжирить.

Покровные стекла, не бывшие в употреблении, обрабатывают смесью равных частей спирта и эфира (смесь Никифорова), такой же смесью следует регулярно обрабатывать открытые оптические части микроскопа. Перед употреблением покровные и предметные стекла вытирают мягким полотенцем.