Влияние загрязненных вод на биоструктуру и функции микроценоза активного ила

Активный ил представляет собой комплекс микроорганизмов различных систематических групп, между которыми формируются симбиотические, антагонистические и метабиотические взаимоотношения. Преобладающей группой микроорганизмов являются бактерии. Кроме того, содержится незначительное количество простейших, выполняющих разнообразные функции. В зависимости от вида и состава загрязненных вод создаются определенные ассоциативные взаимоотношения в микроценозе активного ила.

Цель исследования: изучение закономерностей развития организмов активного ила и его энзимологической активности при действии токсичных компонентов загрязненных вод.

Материал и методы исследования. Для исследования в качестве контрольной пробы брали активный ил и загрязненную воду аэраторов первой ступени биологической очистки сточных вод МП «Самараводоканал». В опытные пробы вносили по 40 мг фенола, п -крезола и поверхностно-активных веществ на 1 г ила. Количество бактерий определяли методом [1], количество простейших определяли методом [2], общую дегидрогеназную активность определяли методом [3], БПК 5 определяли методом [4]. Полученные результаты были статистически обработаны.

Результаты исследований и их обсуждение. Как показали исследования, в контрольной серии исходное значения показателя БПК 5 составило 680 мг О 2 /л. В течение последующих 28 часов наблюдалось снижение этого показателя

(рис. 1), что свидетельствует о происходящем очищении загрязненных вод микроценозом активного ила. Процесс изъятия загрязнений неравномерен. Через 4 часа после начала эксперимента величина БПК 5 уменьшилась всего на 10,3%, а через 8 часов сократилась в 1,6 раза. Это свидетельствует о значительной нагрузке на микроценоз ила. Основной объем загрязнений был изъят в интервале первых 12 часов (величина БПК 5 снизилась в 3,5 раза относительно исходного значения). В каждые последующие 4 часа наблюдалось уменьшение БПК 5 относительно предыдущего показателя в среднем в 2,5 раза. Через 28 часов после начала эксперимента показатель достиг величины 7 мг О₂/л, что практически соответствует допустимому значению 6 мг О₂/л. В опытной серии в первые часы после начала эксперимента наблюдалась тенденция к уменьшению показателя: через 4 часа БПК₅ снизился лишь на 5,2%, а через 8 часов – на 12,1% (против 36,8% в контрольной пробе). Сопоставляя величины БПК₅ контрольной и опытной проб через 12 часов можно отметить, что в опытной показатель снизился всего в 1,7 раза (до 413 мг О 2 /л), в то время как в контрольной в 3,5 раза (до 192 мг О 2 /л) (рис.1). Анализ полученных результатов показывает, что в опытных пробах основное количество загрязняющих веществ изымается активным илом в интервале 16-20 часов после загрязнения (БПК 5 составляет 283-166 мг О 2 /л). Таким образом, уменьшение показателя БПК 5 на порядок в контрольных пробах отмечен через 12 часов, а в опытных пробах через 20 часов после начала эксперимента. Следует также отметить, что после начала исследований каждые 4 часа в опытной серии показатель уменьшался в среднем в 1,6 раза, в то время как в контрольной серии – в 2,5 раза. К моменту окончания эксперимента (через 28 часов) показатель БПК 5 в опытной серии в отличие от контрольной не достиг допустимого значения и составил 54 мг О 2 /л, что выше нормы в 9 раз (рис. 1). Это свидетельствует о том, что удаление загрязняющих веществ микроценозом активного ила не завершено.

—•— контроль

— ■ — опыт

Рис. 1. Динамика БПК₅ в процессе очистки загрязненных вод

Изучение динамики общей дегидрогеназ-ной активности ила показало следующее. В контрольных пробах был отмечен подъем активности ферментов: через 4 часа после начала эксперимента на 25,0%; через 8 часов – на 51,2% (рис. 2). Активность дегидрогеназ достигла максимального значения через 12 часов. За это время произошло удаление илом большей части загрязняющих веществ, и было отмечено значимое снижение величины БПК5. Затем наблюдалось снижение активности ферментов (на 28,8% по-сравнению с предыдущим значением) при дальнейшем уменьшении величины БПК5. Через 20 часов после начала эксперимента активность дегидрогеназ достигла минимальных значений (1,39-1,46 мг формазана/г ила), сохранявшихся в течение последующих 8 часов до окончания эксперимента. Одновременно наблюдалась стабилизация показателя БПК5. В опытной серии была установлена следующая динамика активности дегидрогеназ. После добавления суммы экотоксикантов на протяжении 4 часов наблюдалось значительное угнетение активности ферментов (55,5%). Однако по истечении 4 часов был зафиксирован подъем активности энзимов. В интервале 10-12 часов после начала эксперимента активность дегидрогеназ достигла исходного значения, и было отмечено ее дальнейшее увеличение (рис. 2). Максимальное значение активности дегидрогеназ было установлено через 16 часов после начала эксперимента, что свидетельствует об удалении илом из загрязненных вод основного количества экотоксикантов (в контрольной серии эта стадия очистки была зафиксирована через 12 часов после начала эксперимента). Через сутки общая дегидрогеназная активность достигла исходного значения, сохранившегося до конца эксперимента (рис. 2).

—•— контроль

— ■ — опыт

Рис. 2. Динамика общей дегидрогеназной активности микроценоза ила

Таким образом, загрязнение вод экотоксикантами в определенном диапазоне концентраций вызывает значительное угнетение дегидрогеназ микроорганизмов активного ила с последующей стабилизацией их функций. Восстановление активности ферментов происходит с отсрочкой во времени и при снижении диапазона минимума и максимума значений.

В контрольной серии общая численность бактерий в начале эксперимента составляла 185 млн./мл суспензии ила. В течение первых 12 часов было отмечено увеличение их численности на 58,9%. Это повышение, вероятно, связано с процессом удаления загрязняющих веществ. Оно сопровождается повышением активности дегидрогеназ и снижением БПК5. Последующие 4 часа происходит уменьшение численности бактерий (на 29,6%) и количество их в дальнейшем сохраняется на одном уровне до окончания эксперимента (рис. 3). Таким образом, в контрольной серии в интервале от 12 до 28 часов после начала эксперимента наблюдается стабилизация численности бактерий, активности дегидрогеназ при плавном снижении показателя БПК5. В опытных пробах общее число бактерий в течение первых 8 часов эксперимента практически не меняется. За период от 8 до 12 часов количество бактерий увеличивается на 20,0%. В интервале 12-16 часов популяция бактерий достаточно стабильна, а затем отмечается снижение численности бактерий от

241 млн./мл до 194 млн./мл суспензии ила (рис. 3). Сравнивая динамику численности бактерий и активности дегидрогеназ в ходе эксперимента можно отметить однонаправленность изменений этих параметров при постоянном снижении БПК5. В целом динамика количества бактерий в контрольных и опытных сериях носит однонаправленный характер: подъем численности в течение первых 12 часов и снижение в интервале 12-28 часов, а амплитуда более выражена в контрольной, чем в опытной серии.

—•— контроль

— ■ — опыт

Рис. 3. Динамика численности бактерий микроценоза активного ила

Наряду с бактериями, простейшие являются важным компонентом микроценоза ила. В контрольной серии отмечалось значимое снижение числа простейших: на 20,5% через 4 часа после начала исследований и на 53,9% через 8 часов. Минимальное количество простейших было в суспензии ила через 12 часов после начала исследований (1,4 тыс./мл), что на 61,1% меньше первоначального (рис. 4). В интервале 12-24 часов число простейших резко возрастает от 1,4 тыс./мл до 7,2 тыс./мл, оставаясь к концу эксперимента на уровне 6,3 тыс./мл суспензии ила. Сравнивая динамику численности простейших с изменением числа бактерий и колебанием активности дегидрогеназ в начальные 12 часов эксперимента можно отметить снижение количества простейших на фоне роста числа бактерий и активации дегидрогеназ. В период с 12 до 28 часов, наоборот, простейшие активно размножаются, а популяция бактерий уменьшается. Активность дегидрогеназ снижается. В опытных пробах направленность изменений числа простейших аналогична изменениям в контрольной серии. В интервале времени от 0 до 16 часов количество простейших стремительно падает (-87,2%) с 3,9 до 0,5 тыс./мл. Затем за период от 16 до 28 часов их популяция восстанавливается (рис. 4). Анализируя полученные данные можно отметить, что в контрольной и в опытной сериях изменения численности простейших однонаправлены. Абсолютные значения в опытной серии были ниже, чем в контрольной. Сравнение динамики количества простейших с динамикой числа бактерий и активности дегидрогеназ в период от 0 до 12 часов эксперимента показывает, что падение численности простейших происходит на фоне роста числа бактерий и активности дегидрогеназ. В период от 12 до 28 часов, наоборот, подъем – активное размножение простейших происходит при сокращении популяции бактерий и снижения активности дегидрогеназ.

—*— контроль

— ■ — опыт

Рис. 4. Динамика численности простейших микроценоза активного ила

Выводы:

• 1.    Структура микроценоза активного ила зависит от степени загрязнения воды. При низких концентрациях экотоксикантов в воде в микроценозе активного ила преобладают простейшие. Повышение содержания загрязняющих веществ, наоборот, приводит к росту популяции бактерий.

• 2.    При сильном загрязнении воды снижается общая дегидрогеназная активность микроценоза активного ила и резко возрастает величина биохимического потребления кислорода. Целесообразно определять эти показатели для оценки степени загрязнения сточных вод.