Анализ и обсуждение экспериментального исследования

В работе были проведены систематические исследования состояния биоценоза активного ила, формирующегося на сточных водах производств органического синтеза в условиях его стабильной работы: ХПК: 325 – 445 мг/л; С_фенол < 5 мг/л, С_{гликоль} < 200 мг/л.

В качестве примера в приложениях 4-5 приведены результаты микроскопирования активного ила при его смешении со сточной водой при различных концентрациях праестола и ПЭО соответственно.

Обобщение и анализ данных наблюдения за активным илом в условиях изменения концентраций СПАВов различной природы в сточных водах показало следующее.

Влияние полиэтиленоксида. В условиях эксперимента - ХПК в пределах - 325 - 445 мг/л; концентрация фенола не превышает 5 мг/л при дозе 1,5 г/л в среднем - характеристика промышленного ила отвечает требованиям удовлетворительно работающего ила. При этом хлопки ила компактные, достаточно крупные; надиловая жидкость прозрачная, достаточно большое разнообразие простейших. Наличие простейших Vorticella указывает на низкую нагрузку ила, Opercularia - на созревший ил, а коловратки Rotifera на нитрифицирующий ил [11].

При низких концентрациях ПЭО - 5 мг/л состояние биоценоза активного ила стабильное ингибирующее действие НСПАВа начинает проявляться с 15 мг/л, которое проявляется в состоянии простейших и коловраток (приложение 6-7).

Увеличение дозы до 15 мг/л приводит к заметному ухудшению состояния активного ила, что проявляется в изменении подвижности коловраток, и состоянии ресничной зоны простейших - она замкнута. Даже Aspidisca - наиболее распространенная и толерантная к разнообразным факторам среды и из-за этого часто встречающаяся в илах различных условий очистки - находится в малоподвижном состоянии.

Следует отметить длительность воздействия ПЭО на биоценоз активного ила. Даже по истечении 5 часов состояние активного ила полностью не восстанавливается(малоподвижные инфузории, а также наличие мути в надиловой жидкости). Что касается результатов после 24 часовой выдержки, то при описании состояния ила необходимо учитывать и длительность аэрирования, несоответствующая производственным условиям (16-18 часов), что также отрицательно влияет на ряд индикаторных микроорганизмов, состояние хлопков ила и надиловой жидкости.

Согласно проведенным исследованиям концентрации НПАВ 10-15 мг/л являются критическими.

Концентрации 30 мг/л и выше (50 мг/л) можно отнести к недопустимым для базовых очистных сооружений, т.к. способствуют дестабилизации работы биостанции: резко изменяются размеры хлопков ила, появляются обособленные бактериальные клетки, поврежденные коловратки и простейшие, надиловая жидкость имеет мелкую неоседающую муть, наличие цист, причем, чем выше концентрация, тем больше цист и свободно плавающих бактериальных клеток (приложение 8-9).

Влияние праестола. В отличие от ПЭО праестол оказывает заметное негативное влияние на активный ил (приложение 4) уже при концентрации 5 мг/л, что вероятно связано с  адаптированостью микроорганизмов биоценоза к катионоактивному СПАВу (отсутствие в сточных водах ОАО «КазаньОргсинтез»). Это выражается в уменьшении размера хлопка ила, уменьшением подвижности амеб, закрытым состоянием ресничной зоны инфузорий (приложение 10). Следует отметить продолжительности воздействия праестола на индикаторные микроорганизмы активного ила, наблюдаемые в течение 5-ти часов. Однако ил восстанавливается по истечении 24 часов.

Увеличение концентрации праестола до 10 мг/л (реально до 15 мг/л) приводит к измельчению хлопков активного ила и простейших, деформации и инцистирования последних, вызывает помутнение надиловой жидкости (приложение 11). Через 24 часа происходит восстановление активности индикаторных микроорганизмов.

Критические дозы катионоактивного СПАВов 30-50 мг/л оказывает значительный повреждающий эффект на индикаторные организмы активного ила, происходит еще большее увеличение числа цист и более значительное увеличение свободноплавающих бактериальных клеток (приложение 12).

После длительного аэрирования ил восстанавливается только в отдельных случаях(при низких концентрациях СПАВов). Это свидетельствует о том, что продукты распада исследуемых соединений с большой долей вероятности не обладают токсическими свойствами, что подтверждают визуальные наблюдения (приложения 13-14).

     С целью получения количественной картины влияния различных концентраций СПАВов на биоценоз промышленного ила на основании изменений, наблюдаемых в активной биомассе, каждому состоянию активного ила была дана количественная оценка в пределах 1 - 5 баллов с учетом его состояния в настоящий момент согласно принятым оценочным критериям (приложение 15).

Количественная оценка состояния микроорганизмов смешанной популяции приведена в приложении 4-5 (в качестве примера).

Обобщение этих данных позволило  выявить закономерности влияния  концентраций и природы исследуемых  СПАВов на промышленный ил сточных  вод производств органического синтеза (приложения 16-17).

Как видно из представленного графического материала, для всех исследованных  концентраций неионогенного полиэтиленоксида наблюдаются аналогичные кривые изменения состояния активного  ила во времени, что подтверждает общий характер выявленной зависимости. С течением состояние индикаторных микроорганизмов ухудшается, особенно через 5 часов воздействия СПАВов, после чего происходит постепенное восстановление биоценоза активного ила. Полное его восстановление зависит от концентрации поллютанта (приложение 16).

Кроме того, следует отметить влияние  ХПК сточных вод на восстановительный  потенциал биоценоза (приложение 17). Увеличение ХПК способствует улучшению состояния активного ила, что можно объяснить фактором голодания.

Ниже приведены данные по влиянию на активный ил катионоактивного праестола (приложение 18-19). Как видно из рисунков, для данного поллютанта получены подобные зависимости по влиянию концентрации праестола в динамике. Наряду с микробиологическими исследованиями в работе начаты исследования по фотоколориметрическому исследованию ассимиляции СПАВов промышленным активным илом. В приложение 20 приведены данные по извлечению праестола при его содержании в сточных водах 10 мг/л. Как видно из графического материала, максимальное изъятие СПАВа наблюдается в первые 5 часов аэрирования сточных вод, после чего процесс стабилизируется. Максимальный процент изъятия праестола после суточной аэрации достигает 94%. При этом его остаточное содержание в сточных водах 1,9 мг/л, т.е.качество очищенных вод по содержанию СПАВов не достигает нормативных требований (ПДК=0,5 мг/л, ВДК=0,59 мг/л [12]). Это свидетельствует о том, что исследуемый СПАВ не относится к «мягким».

94%.

 

       Выводы

          Таким образом, полученные результаты свидетельствуют:

Все исследованные ВМС проявляют ингибирующие действия по отношению к активному илу даже при низких их концентрациях;

Более значительное ингибирование наблюдалось в случае ПЭО;

Пороговая концентрация для всех исследованных ВМС - 15 мг/л;

При длительной аэрации максимальное изъятие катионоактивного СПАВа достигает.

 

Заключение

1. Изучено влияние СПАВов различной природы: неионогенного полиэтиленоксида и катионоактивного праестола на состояние промышленного ила сточных вод производств органического синтеза.

2. Рассмотрены особенности изменения структуры хлопка активного ила и состояния индикаторных микроорганизмов под действием исследованных концентраций контрольного загрязнителя: 5 - 50 мг/л.

Показано длительное ингибирование активного ила при концентрациях выше 15мг/л для всех изученных ВМС.

3. Осуществлена количественная оценка состояния активного ила по пятибалльной системе учета и получены кривые, описывающие закономерности изменения состояния биоагента при различных концентрациях гликолей в динамике.
4. Начаты исследования по динамике извлечения СПАВов промышленным илом.

 

 

Литература

1. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Яковлев С.В., Воронов Ю.В. / Учебник для ВУЗов: - М: АСВ, 2002 - 704с.
2. Жмур, Н. С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками / Н. С. Жмур. - М.: Луч, 1997. _ 172 с.
3. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности / Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г - М.: Химия, 1987. - 160с.
4. В. Г. Каплин. Биоиндикация состояния экосистем. Учебное пособие для студентов биологических специальностей университетов и с/х вузов / Самарская ГСХА Самара, 2001.- 143с.
5. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / под ред. Шуберта. - М.: Мир, 1988.-348с.
6. Липеровская, Е. С. Гидробиологические индикаторы состояния активного ила и их роль в биологической очистке сточных вод / Е.С Липеровская // Самоочищение водоемов и биологическая очистка сточных вод. - М.: ВИН и ТИ, 1997. - С. 169-217.
7. Абакумов В.А. О наблюдениях и сравнительных оценках состояния экологических систем. - В кн.: Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т.1. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - с.64-70.
8. В. Г. Каплин. Биоиндикация состояния экосистем. Учебное пособие для студентов биологических специальностей университетов и с/х вузов / Самарская ГСХА Самара, 2001.- 143с.
9. Экологический мониторинг окружающей среды: Учебное пособие для вузов в 2т. Т. №1. Р. А. Комиссаров, Л. С. Гордеев, Ю.Д. Эдельштейн, Д.П. Вент. - М.: Химия, 2005.-365с.
10. Теппер Е.З. / Практикум по микробиологии / Микробиология. Работа с микроорганизмами // Учебное пособие для вузов/Е.З. Теппер., В.К. Шилькова и др. - 5-е издание - М.: Дрофа 2004. - 256 с.
11. Кутикова, Л. А. Фауна аэротенков / Л. А. Кутикова. - Л.: Наука, 1984. - 263 с.
12. Моисеенко Т.И. Экотоксикологический подход к оценке качества вод / Т.И. Моисеенко // Водные ресурсы. - 2005. №2. С. 184 – 187.

 

Приложения

 

Наименование	Характер	Формула звена	Молекулярная масса
Полиэтиленоксид (ПЭО)	Неионогенный	-CH2-CH2-O-	1,2-1,5*106
Полиаминоалкиловый эфир метакриловой кислоты (праестол)	Катионный		8*106

Приложение 1 – Изучаемые  синтетические поверхностно-активные вещества

 

Приложение 2– Схема  экспериментальной установки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тип	Подтип	Класс	Род
Кольчатые черви Annelida		Малощетинковые  черви Oligochaeta	Chaetogaster
Немательминты Nemathelminthes		Коловратки Rotifera	Callidina Philodina Rotaria Notommata Lecane Euchlanis Colurella
		Нематоды Nematodes	Tobrilus Nematoda
Инфузории Ciliophora	Ресничные Ciliata	Kinetophragminophora	Hemiophrys
		Oligohymenophora	Paramecium
		Peritricha	Epistylis Vorticella Opercularia Thuricola Carchesium Zoothamnium
		Polyhymenophora	Aspidisca
	Сосущие Suctoria		Podophrya Tokophrya Rhabdophrya
Саркомастигофоры Sarcomastigophora	Жгутиконосцы Mastigophora	Растительные  жгутиконосцы Phymomastigophorea	Astasia Trachelomonas Euglena
		Животные жгутиконосцы Zoomastigophorea	Bodo
	Саркодовые Sarcodina	Настоящие амебы Lobosea	Acanthamoeba Vahlkamphia Tetramitus Arcella Centropyxis
		Филозеи Filosea	Trinema Euglypha
		Солнечники Heliozoea	Lithocolla

Приложение 3 –  Индикаторные микроорганизмы

 

 

Исходная вода	СПр, мг/л	Характеристика состояния  объектов микроскопирования	Состояние активного  ила, час
			0-1	3	5	24
1	2	3	4	5	6	7
ХПК = 445мг/л   Сфенол = 5,0мг/л   Сспав = 7,3мг/л   Доза ила =1,5г/л	5	Надиловая жидкость	прозрачная	прозрачная	прозрачная	прозрачная
		Хлопки ила	крупные, компактные	крупные, компактные	средние, компактные	крупные, компактные
		Коловратки	крупные, подвижные	крупные, подвижные	крупные, подвижные	крупные, подвижные
		Инфузории	крупные, активные, без  повреждений	крупные, средние активные, без повреждений	крупные, средние, активные, без повреждений	крупные, активные, без  повреждений
		Амебы	подвижные, достаточно много	подвижные, достаточно много	подвижные, достаточно много	подвижные, достаточно много
		Черви	отсутствие	отсутствие	отсутствие	отсутствие
		Цисты	отсутствие	отсутствие	отсутствие	отсутствие
		Нитчатые  бактерии	отсутствие	отсутствие	небольшое скопление	отсутствие
		Состояние активного  ила, баллы	5	4,5	4	5

Приложение 4 – Результаты микроскопирования промышленного ила (праестол)

 

 

 

 

 

1	2	3	4	5	6	7
ХПК = 445мг/л   Сфенол = 5,0мг/л   Сспав = 7,3мг/л   Доза ила =1,5г/л	50	Надиловая жидкость	прозрачная	прозрачная	мутная	прозрачная
		Хлопки ила	крупные, компактные	средние, компактные	мелкие, некомпактные	средние, компактные
		Коловратки	крупные, подвижные	крупные, подвижные	мелкие, слабо подвижные  или неподвижные	крупные, подвижные
		Инфузории	крупные, активные, без  повреждений	крупные, средние, активные, без повреждений	мелкие, слабоактивные, с  закрытой ресничной зоной, единицы  поврежденных	крупные, средние, активные, без повреждений
		Амебы	подвижные, достаточно много	подвижные, достаточно много	неподвижные	подвижные, достаточно много
		Черви	отсутствие	отсутствие	отсутствие	отсутствие
		Цисты	отсутствие	отсутствие	много	отсутствие
		Нитчатые  бактерии	отсутствие	небольшое скопление	скопление	небольшое скопление
		Состояние активного  ила, баллы	5	4	2,5	4