Повышение активности и устойчивости ила аэротенков очистных сооружений методом химического мутагенеза
Международная
публикация
О.
П. ЧжуБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Чжу
О.
П.,
Ракевич
Ю.
В. Повышение активности и устойчивости ила аэротенков очистных сооружений методом химического мутагенеза // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
3741–3745. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/55013.htm.
Аннотация. Статья посвящена вопросам повышения активности микрофлоры аэротенков очистных сооружений методом химического мутагенеза. Применение метода химического мутагенеза позволило сформировать популяции микроорганизмов с заданными характеристиками, хорошо адаптированные к повышенным содержаниям субстратов и способные подавлять развитие патогенных и нитчатых бактерий.
Текст статьи
Чжу Ольга Петровна,кандидат химических наук, доцент кафедры «Физиология» Сочинского института РУДН, г. Сочиolga.chzhu@mail.ru
Ракевич Юлия Владимировна,главный технолог очистных сооружений ООО «Баллас», г. Сочиnovakjul@yandex.ru
Повышение активности и устойчивости ила аэротенковочистных сооружений методом химического мутагенеза
Аннотация. Статья посвящена вопросам повышения активности микрофлоры аэротенковочистных сооружений методомхимического мутагенеза. Применение метода химического мутагенеза позволилосформировать популяции микроорганизмов с заданными характеристиками, хорошо адаптированные к повышенным содержаниям субстратов и способных подавлять развитие патогенных и нитчатых бактерий.Ключевые слова: активный ил, микрофлора аэротенков, метод химического мутагенеза.
Проводимые в последнее время исследования по экологоэкономическому развитию и совершенствованию различных методовпривели к появлению новых современных технологий и средств очистки воды. При этом одна и та же задача может быть решена несколькими альтернативными методами очистки сточных вод. В связис этим возникает необходимость решения многоуровневой оптимизационной задачи:вопервых,выбор оптимальной технологии, вовторых, условий реализации выбранной технологии.Представленная работа является частью исследований, направленных на создание единого комплексного методологического подхода к биологической очистке сточных вод.Биологическая очистка основана на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве источника питания, при этомпроисходит их окисление или восстановление. Биологическая очистка сточных вод заключаетсявфункционированиисистемы «активный ил—сточная вода», характеризуемой наличием сложной многоуровневой структуры. Хлопья активного ила представляют собой «живую систему» сложнуюмикробнуюассоциацию, внутри которойскладываются разнообразные взаимоотношения.В нормально функционирующем активном иле хлопья достаточно компактные, удовлетворительно оседающие; после 30минутного отстаивания в 1000 см3цилиндре иловая смесь занимает минимальный объем, который не превышает более чем в 40 раз объем его твердых компонентов.При отклонении от нормального функционирования возможно появление «вспухания»
изменениясостояния биоценоза активного ила в неблагоприятных экологических условиях обитания, характеризующееся увеличением объема ила и нарушением его седиментационных свойств.По характеру изменений, происходящих в активном иле, «вспухание»подразделяется на два основных типа
гелевое (ненитчатое)и нитчатое.Возникновение и развитие «нитчатого вспухания» (накоплениенитчатых организмов) рассматривают, как адаптациюбиоценоза активного ила к неблагоприятным условиям. Таким образом, в биореакторах непрерывно происходит самопроизвольный отбор организмов ила,формирующийростинакопление отдельных групп, наиболее приспособленных к конкретным экологическим условиям. Интенсивность такого естественного отборазависит от физиологических характеристик отдельных групп организмов. «Вспухание»активного ила может быть острым и хроническим. Если причины, вызывающие «вспухание», действуют непродолжительно, это приводит к «острому вспуханию», которое характеризуется внезапным началом, быстрым подъемом, интенсивным, но коротким развитием.«Хроническое вспухание»протекает при невысокой интенсивности действия вызывающих его неблагоприятных факторов, долго длится или часто повторяется, что приводит к вырождению биоценоза, постепенному ухудшению и постоянно неудовлетворительному качеству очистки.Именно с проблемой «хронического вспухания» чаще всего приходится сталкиваться при работе очистных сооружений, расположенныхв районе площадок Псехако и Ачипсе. Анализ причин,вызывающих«вспухание», позволил выделить ряд характерных для данных объектов: 1) периодические высокие нагрузки на ил по легкоокисляемым органическим загрязняющим веществам; 2) дисбалансированное питание для активного ила (нарушение пропорционального соотношения в содержании биогенных веществ в очищаемой воде); 3) снижение аэробности.В настоящее время, в том числе и за рубежом,распространенно применение для борьбы с нитчатым «вспуханием»средств,убивающих микрофлору (хлорной извести, карболовой кислотыи т.п.). Но следует отметить отсутствиенадежного резкльтата, поскольку при этом невозможно избирательно уничтожить нитчатых бактерийи страдает весь биоценоз активного ила, что нарушает его окислительную мощность и подавляет весь процесс очистки на 2 4 недели. При этомв результате хлорирования активного ила возрастает токсичность очищенной воды. Под воздействием подобныхсредств нитчатые бактерии погибают, однако главная причина, вызывающая «вспухание», сохраняется иможет периодически возобновлять действие, поэтому «вспухание»повторяется или постоянно присутствует на очистных сооружениях.С нашейточки зрения, т.к. «вспухание»активного ила является ответомбиоценоза на изменение и ухудшение внешних экологическихусловий, то комплексный методологический подходдолжен включать, вопервых, стабильное улучшение экологических условий в аэротенках, вовторых, изменение и активирование ферментативных свойств микрофлорыаэротенков с целью роста и развитияустойчивого стабильного биоценоза с заданными оптимальными характеристиками.Для указанных выше объектов наиболее перспективным методомустранения причин «вспухания»является повышение ферментативной активности микрофлоры стимуляцией ила алкилирующими агентами с последующей его селекцией,т.е. метод химического мутагенеза.Применение метода химического мутагенеза позволилосформироватьпопуляции микроорганизмов, хорошо адаптированных к повышенным содержаниям субстратов и способных конкурентно подавлять развитие патогенныхи нитчатых бактерий. Смена ценоза активного ила идет в направлении приспособленияк физикохимической и биологической спецификезаданногостокаи представляет собой микрофлору, содержащую все ферментные системы, необходимые для деградации характерных для данных объектовзагрязняющих веществ. Активный ил после обработки улучшилсвои седиментационные свойства. При этом был достигнутустойчивый эффект увеличения скорости и глубины изъятия загрязняющих веществ и улучшения влагоотдающих свойств ила.Кроме того,применение методахимического мутагенеза для улучшения свойств активного ила позволилосущественно повыситьнаследственноеразнообразиемикроорганизмов активного ила и значительноулучшитькачествобиологической очистки. Химические мутагены способствуют появлению новых, редких мутаций, полезные свойства которых заключаются в повышении физиологической,повышении его устойчивости к неблагоприятным факторам. В результате мутаций могут возникать совершенно новые ферменты, способные окислять субстрат, не разлагаемый обычным активным илом.Проведенные исследования включали следующий ряд этапов.В качестве агентов химического мутагенеза были выбраны реагенты, представленные в таблице 1.
Таб.1Агенты химического мутагенезаМутагеныЛимонная кислота(А)0,08CuSO4(В)1Хлорная известь(С)0,5
Для полного исключения возможности появления нежелательных мутаций обработке подвергается незначительная часть активного ила —0,00001% от общего объема, находящегося в аэротенках и регенераторах. На практике, обрабатывается не более 25 дм3активного ила влабораторных условиях.Активный ил до обработки не подкармливается.Смесь после добавленияв активный ил химического агента оптимальной концентрации аэрируется по определенной схеме. Затем в активный ил добавляется подкормкаи ампульные препараты витаминов группы В. В режиме подращивания ил выдерживается от 3 до 12 часов, после чегообработанная иловая смесь выливается в аэротенк в зону подачи возвратного ила.Повторная обработка обязательна, их должно быть 2–3 с интервалом 3–5 суток. Полученный эффект регистрируется через 5–10 суток при гидробиологическом контроле (таб. 2) и по изменениюосновныхгидрохимическихпоказателей.Таб. 2.Результаты гидробиологического анализа активного ила до и после обработки мутагеномМикроорганизмыиндикаторы активного илаОСКоличество организмов на мг сухого веса активного илааэротенк(исх. состние)1линия(агент А)2линия (агент В)
3линия(агент С)
4 линия(сравнения)
Сумма свободно плавающих инфузорий4242425250
244
4644Сумма прикрепленных инфузорий62716502404
701Сумма сосущихинфузорий
3558
Сумма коловраток5279410
10Сумма нитчатыхбактерий442524951841
415
4720Сумма раковинных амеб569218154
148
497Сумма Zooglea ramigera3949654
48
315Общее число видов193144
5
24
Ссылки на источники1.Жмур, Н.С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. –М.: Луч, 2007. –172 с.2.ЖмурН.С., Лапшин О.М. Способ подавления бактериального нитчатого вспухания активного ила // Патент 94028293/13 (028252) от 27.07.94.3.ЗАО «НПОЭКОХИМ». Разработка технологии и основных технических решений по реконструкции очистных сооружений канализации г.Челябинска. –Екатеринбург: Мир, 2008. –234 с.
Chzhu Olga,Candidate of ChemicalSciences, assistant professor of chair "Physiology" Sochi Institute RUDN, Sochi
Rakevich Julia,Chief Technologist of treatment facilities, LLC "Ballas", Sochi
Increased activity and stability of sludge aeration treatment plant by chemical mutagenesisAbstract.Article is devoted to increasing the activity of microflora aeration treatment plant by chemical mutagenesis. Application of chemical mutagenesis allowed to form a population of microorganisms with desired characteristics that are well adapted to the increase of substrates and can inhibit the development of pathogenic bacteria and filamentous.Keywords:activated sludge,aeration microflora, chemical mutagenesis method.
Ракевич Юлия Владимировна,главный технолог очистных сооружений ООО «Баллас», г. Сочиnovakjul@yandex.ru
Повышение активности и устойчивости ила аэротенковочистных сооружений методом химического мутагенеза
Аннотация. Статья посвящена вопросам повышения активности микрофлоры аэротенковочистных сооружений методомхимического мутагенеза. Применение метода химического мутагенеза позволилосформировать популяции микроорганизмов с заданными характеристиками, хорошо адаптированные к повышенным содержаниям субстратов и способных подавлять развитие патогенных и нитчатых бактерий.Ключевые слова: активный ил, микрофлора аэротенков, метод химического мутагенеза.
Проводимые в последнее время исследования по экологоэкономическому развитию и совершенствованию различных методовпривели к появлению новых современных технологий и средств очистки воды. При этом одна и та же задача может быть решена несколькими альтернативными методами очистки сточных вод. В связис этим возникает необходимость решения многоуровневой оптимизационной задачи:вопервых,выбор оптимальной технологии, вовторых, условий реализации выбранной технологии.Представленная работа является частью исследований, направленных на создание единого комплексного методологического подхода к биологической очистке сточных вод.Биологическая очистка основана на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве источника питания, при этомпроисходит их окисление или восстановление. Биологическая очистка сточных вод заключаетсявфункционированиисистемы «активный ил—сточная вода», характеризуемой наличием сложной многоуровневой структуры. Хлопья активного ила представляют собой «живую систему» сложнуюмикробнуюассоциацию, внутри которойскладываются разнообразные взаимоотношения.В нормально функционирующем активном иле хлопья достаточно компактные, удовлетворительно оседающие; после 30минутного отстаивания в 1000 см3цилиндре иловая смесь занимает минимальный объем, который не превышает более чем в 40 раз объем его твердых компонентов.При отклонении от нормального функционирования возможно появление «вспухания»
изменениясостояния биоценоза активного ила в неблагоприятных экологических условиях обитания, характеризующееся увеличением объема ила и нарушением его седиментационных свойств.По характеру изменений, происходящих в активном иле, «вспухание»подразделяется на два основных типа
гелевое (ненитчатое)и нитчатое.Возникновение и развитие «нитчатого вспухания» (накоплениенитчатых организмов) рассматривают, как адаптациюбиоценоза активного ила к неблагоприятным условиям. Таким образом, в биореакторах непрерывно происходит самопроизвольный отбор организмов ила,формирующийростинакопление отдельных групп, наиболее приспособленных к конкретным экологическим условиям. Интенсивность такого естественного отборазависит от физиологических характеристик отдельных групп организмов. «Вспухание»активного ила может быть острым и хроническим. Если причины, вызывающие «вспухание», действуют непродолжительно, это приводит к «острому вспуханию», которое характеризуется внезапным началом, быстрым подъемом, интенсивным, но коротким развитием.«Хроническое вспухание»протекает при невысокой интенсивности действия вызывающих его неблагоприятных факторов, долго длится или часто повторяется, что приводит к вырождению биоценоза, постепенному ухудшению и постоянно неудовлетворительному качеству очистки.Именно с проблемой «хронического вспухания» чаще всего приходится сталкиваться при работе очистных сооружений, расположенныхв районе площадок Псехако и Ачипсе. Анализ причин,вызывающих«вспухание», позволил выделить ряд характерных для данных объектов: 1) периодические высокие нагрузки на ил по легкоокисляемым органическим загрязняющим веществам; 2) дисбалансированное питание для активного ила (нарушение пропорционального соотношения в содержании биогенных веществ в очищаемой воде); 3) снижение аэробности.В настоящее время, в том числе и за рубежом,распространенно применение для борьбы с нитчатым «вспуханием»средств,убивающих микрофлору (хлорной извести, карболовой кислотыи т.п.). Но следует отметить отсутствиенадежного резкльтата, поскольку при этом невозможно избирательно уничтожить нитчатых бактерийи страдает весь биоценоз активного ила, что нарушает его окислительную мощность и подавляет весь процесс очистки на 2 4 недели. При этомв результате хлорирования активного ила возрастает токсичность очищенной воды. Под воздействием подобныхсредств нитчатые бактерии погибают, однако главная причина, вызывающая «вспухание», сохраняется иможет периодически возобновлять действие, поэтому «вспухание»повторяется или постоянно присутствует на очистных сооружениях.С нашейточки зрения, т.к. «вспухание»активного ила является ответомбиоценоза на изменение и ухудшение внешних экологическихусловий, то комплексный методологический подходдолжен включать, вопервых, стабильное улучшение экологических условий в аэротенках, вовторых, изменение и активирование ферментативных свойств микрофлорыаэротенков с целью роста и развитияустойчивого стабильного биоценоза с заданными оптимальными характеристиками.Для указанных выше объектов наиболее перспективным методомустранения причин «вспухания»является повышение ферментативной активности микрофлоры стимуляцией ила алкилирующими агентами с последующей его селекцией,т.е. метод химического мутагенеза.Применение метода химического мутагенеза позволилосформироватьпопуляции микроорганизмов, хорошо адаптированных к повышенным содержаниям субстратов и способных конкурентно подавлять развитие патогенныхи нитчатых бактерий. Смена ценоза активного ила идет в направлении приспособленияк физикохимической и биологической спецификезаданногостокаи представляет собой микрофлору, содержащую все ферментные системы, необходимые для деградации характерных для данных объектовзагрязняющих веществ. Активный ил после обработки улучшилсвои седиментационные свойства. При этом был достигнутустойчивый эффект увеличения скорости и глубины изъятия загрязняющих веществ и улучшения влагоотдающих свойств ила.Кроме того,применение методахимического мутагенеза для улучшения свойств активного ила позволилосущественно повыситьнаследственноеразнообразиемикроорганизмов активного ила и значительноулучшитькачествобиологической очистки. Химические мутагены способствуют появлению новых, редких мутаций, полезные свойства которых заключаются в повышении физиологической,повышении его устойчивости к неблагоприятным факторам. В результате мутаций могут возникать совершенно новые ферменты, способные окислять субстрат, не разлагаемый обычным активным илом.Проведенные исследования включали следующий ряд этапов.В качестве агентов химического мутагенеза были выбраны реагенты, представленные в таблице 1.
Таб.1Агенты химического мутагенезаМутагеныЛимонная кислота(А)0,08CuSO4(В)1Хлорная известь(С)0,5
Для полного исключения возможности появления нежелательных мутаций обработке подвергается незначительная часть активного ила —0,00001% от общего объема, находящегося в аэротенках и регенераторах. На практике, обрабатывается не более 25 дм3активного ила влабораторных условиях.Активный ил до обработки не подкармливается.Смесь после добавленияв активный ил химического агента оптимальной концентрации аэрируется по определенной схеме. Затем в активный ил добавляется подкормкаи ампульные препараты витаминов группы В. В режиме подращивания ил выдерживается от 3 до 12 часов, после чегообработанная иловая смесь выливается в аэротенк в зону подачи возвратного ила.Повторная обработка обязательна, их должно быть 2–3 с интервалом 3–5 суток. Полученный эффект регистрируется через 5–10 суток при гидробиологическом контроле (таб. 2) и по изменениюосновныхгидрохимическихпоказателей.Таб. 2.Результаты гидробиологического анализа активного ила до и после обработки мутагеномМикроорганизмыиндикаторы активного илаОСКоличество организмов на мг сухого веса активного илааэротенк(исх. состние)1линия(агент А)2линия (агент В)
3линия(агент С)
4 линия(сравнения)
Сумма свободно плавающих инфузорий4242425250
244
4644Сумма прикрепленных инфузорий62716502404
701Сумма сосущихинфузорий
3558
Сумма коловраток5279410
10Сумма нитчатыхбактерий442524951841
415
4720Сумма раковинных амеб569218154
148
497Сумма Zooglea ramigera3949654
48
315Общее число видов193144
5
24
Ссылки на источники1.Жмур, Н.С. Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. –М.: Луч, 2007. –172 с.2.ЖмурН.С., Лапшин О.М. Способ подавления бактериального нитчатого вспухания активного ила // Патент 94028293/13 (028252) от 27.07.94.3.ЗАО «НПОЭКОХИМ». Разработка технологии и основных технических решений по реконструкции очистных сооружений канализации г.Челябинска. –Екатеринбург: Мир, 2008. –234 с.
Chzhu Olga,Candidate of ChemicalSciences, assistant professor of chair "Physiology" Sochi Institute RUDN, Sochi
Rakevich Julia,Chief Technologist of treatment facilities, LLC "Ballas", Sochi
Increased activity and stability of sludge aeration treatment plant by chemical mutagenesisAbstract.Article is devoted to increasing the activity of microflora aeration treatment plant by chemical mutagenesis. Application of chemical mutagenesis allowed to form a population of microorganisms with desired characteristics that are well adapted to the increase of substrates and can inhibit the development of pathogenic bacteria and filamentous.Keywords:activated sludge,aeration microflora, chemical mutagenesis method.
