Главная » 2014 » Сентябрь » 1 » Скачать Структурные изменения активного ила при интенсификации очистки. Жмур, Наталья Сергеевна бесплатно
7:08 AM
Скачать Структурные изменения активного ила при интенсификации очистки. Жмур, Наталья Сергеевна бесплатно
Структурные изменения активного ила при интенсификации очистки
Диссертация
Автор: Жмур, Наталья Сергеевна
Название: Структурные изменения активного ила при интенсификации очистки
Справка: Жмур, Наталья Сергеевна. Структурные изменения активного ила при интенсификации очистки : диссертация кандидата биологических наук : 03.00.18 Москва, 1993 290 c. : 61 93-3/1180-4
Объем: 290 стр.
Информация: Москва, 1993
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ,
Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1И Современные методы количественного учета организмов активного ила
12 Направленные на совершенствование условий обитания и структуру биоценозов активного ила способы оптимизации и интенсификации ции биологической очистки
121 Особенности процесса нитрификации-денит-рификации в аэротенках
122 Иммобилизация организмов активного ила
13 Седиментационные характеристики активного ила, обусловленные структурой биоценоза л методы их улучшения
Глава 2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
21 Методы предварительной подготовки проб и количественного учета бактерий активного ила
22 Методы учета простейших активного ила 23 Изучение особенностей формирования биоценозов активного ила при воздействии интен-дифицирущих биологическую очистку факторов
Глава 3 УТОЧНЕНИЕ ИНДИКАТОРНОГО ЗНАЧЕНИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ' ГРУПП АКТИВНОГО ИЛА С ПОМОЩЬЮ ЭПИФЛУОРЕСШЖНОИ
J МИКРОСКОПИИ
31 Определение количественных характеристик бактериальных клеток
32 Динамика распределения водорослей в сооруже ниях биологиче ской очис тки
33 Витальное флуорохромирования для совершенствования методов качественного и количественного учета распределения простейших
Глава 4 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БИОЦЕНОЗОВ АКТИВНОГО ИЛА ПРИ ОДНОСТАДИЙНОЙ ШТРИФЖАЦИИ-ДЕНИТРИФИ-КАЦИИ И ПРИ РАЗМЕЩЕНИЯ БИОМАССЫ ИЛА НА НОСИТЕЛЯХ
41; Сукцессия активного ила в условиях одностадийной нитрификации-денитрификации при* изменении различных технологических параметров процесса биологической очистки 86 ? \ 42 Повышение пространственного разделения функций ценозов активного ила при использо-• вании носителей биомассы на разных участ- ? ках биологической очистки
Глава 5 ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОЦЕНОЗОВ ПРИ НАРУШЕНИИ ОТДЕЛЕНИЯ АКТИВНОГО ИЛА ОТ ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ И ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВОССТАНАВЛИВАЮЩИХ ФАКТОРОВ
51 Нитрифицирующее сообщество активного ила и явление денитрификации во вторичных отстойниках
52 Естественная селекция хламидобактерий и ее подавление в условиях конкурентного роста re леобразующей микрофлоры
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИИ
Введение:
Развивающиеся все более быстрыми темпами промышленное, : сельскохозяйственное производство и сопутствующая им урбанизация повлекли за собой небывалую в истории человечества степень концентрации во всех областях жизни. Концентрация и экспоненциальное увеличение численности потребителей природных ресурсов вызвали резкое повышение количества сточных вод, и степени их экологической опасности, что привело к росту непосредственного сброса Сточных вод в естественные водотоки,
1 v в то время как их способность к биологическому разложению и самоочищению ограничивалась. Естественное очищение, сточных вод в,процессе кругооборота должно все более замещаться искусственно созданным промышленным очищением, которое являет-' ся своеобразным защитным барьером для природных гидробионтов, активно формирующих биологическую полноценность и качество воды. ' ' : -ч ?
Общая производительность очистных сооружений в странах СНГ достигает 70 млн.м3 в год. В результате из воды извлекав, ется и перерабатывается около 7 млн.т органических веществ в год. Сброс этих веществ в водоемы мог бы привести к загряз- . нению 460 млрд.м3 речных вод (Яковлев, Скирдов, 1987).
Т ' ---- - - :. -- ^ ^й. i> i •
•<'--. . j. ------ "i
Современное состояние качества воды природных У водоемов во многом определяется степенью чистоты сточных , г вод, прошедших биологическую очистку, поскольку они составляют основную массу от общего объема сточных вод. Общее ко1 личество очистных сооружений в России - 8048 (данные 2-ТП т- ВОДХОЗ на конец 1990 г.) ,в том числе биологической очистки
4412 (54,8 % от общего количества). Суммарное водоотведение составляет 20822,49 млн.м3 в год, объем сточных вод, прошед-' ших биологическую очистку, - 16424,07 млн.м3 в год (78,9 % от общего объема). Около 70 % всех сооружений биологической очистки в России работает неэффективно по многочисленным причинам, основными из. которых являются: а) несоответствие проекта составу и количеству очищаемых сточных вод и б) неудовлетворительный.контроль и управление процессом биологической очистки.
В США результаты обследований производственных сооружений биологической очистки показывают, что более половины их работает неудовлетворительно: не,обеспечивают качества очи. v с тки, предусмотренное проектом. Аналогичные данные получены в Великобритании, ФРГ, Голландии (Tomlinson, 1976, 1982;
Gray, J980; Elkelboom, 1982; Wagner, 1982).
Поэтому все большие усилия в области очистки сточных вод сосредоточены на повышении ее эффективности Hai действую-, щих очистных сооружениях. С одной стороны, стало очевидным., что эффективность очистки жестко связана с процессами самоочищения в природных водоемах. С другой стороны, разрабатываемые всевозможные методы интенсификации биологической очи- * стки открывают возможности существенного улучшения последней. Это не исключает необходимости применения химических \ методов переработки отходов, что непременно следует исполь-ф зовать на промышленных предприятиях. Биологическую очистку следует рассматривать как обязательное завершающее звено перед сбросом сточных вод в водоем, следовательно, как мощный f защитный барьер от загрязнения природных водоемов.
Возросшие требования к качеству очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы, в связи с утверждением норм предельно допустимых сбросов (НДС) загрязняющих веществ и решением вопросов повторного использования биологически очищенных вод в производстве обуславливает необходимость интенсификации работы действующих очистных сооружений, поиска новых возможностей улучшения качества очищенных сточных вод. Интенсификация биологической очистки путем реконструкций действующих сооружений связана с капитальными затратами и техническими трудностями, поэтому в настоящее время более перспективна разработка гидробиологических, микробиологических и биохимических методов улучшения работы сооружений. Такие методы не требуют значительного технического переустройства очистных сооружений, так называемые не технологические пути интенсификации: повышение ферментативной активности ила, окисление загрязняющих веществ с последующей нитрификацией-денит-рификацией, разработка способов подавления вспухания актив- ( ного ила, сочетание процессов биохимической деструкции загрязнений активным илом и -биопленкой, размещенной на инертных носителях биомассы и др. Параллельно совершенствованию эффективности очистки сточных вод необходимо развитие методов анализа и контроля этих процессов. V '
Актуальность проблемы. Концентрация и экспоненциальное увеличение численности потребителей природных ресурсов вызы-?ф вают непрерывное возрастание объема сточных вод и степени их экологической опасности. Из всех применяемых способов очистки воды от органического загрязнения - биологический являетit ся предпочтительным по экономичности, скорости процесса и эффективности. Успешно разрабатываемые в последние десятилетия методы интенсификации биологической очистки; предусматривают основное воздействие на активный ил, его деструктивно-ферментативную способность, генетические свойства и функциональную активность различных групп организмов. Исследование последовательных изменений биоценоза под влиянием направленного воздействия позволяет оценить его успешность, прогнозировать последствия и оптимизировать процесс очистки в кратчайшие сроки-и с минимальными затратами. Необходимо завершение инвентаризации структурных характеристик биоценозов активного ила, формирующихся при очистке сточных вод различного состава, при специфических особенностях ведения тёс хнологического процесса очистки (Кутикова, 1984). & Проблема отделения активного ила от очищенной воды во вторичных отстойниках при нарушениях седиментации остается* нерешенной в мировой практике, главным образом, в аспекте подавления нитчатого бактериального вспухания (Chudoba, 1985), при развитии которого наблюдается существенное загрязнение водоемов. v
Детальное изучение структуры биоценоза требует усовершенствования методов исследования. Разработка методики, позволяющей оценить численность, особенности флокулообразования и пространственного распределения бактерий в хлопьях активного ила, даст возможность оперативно и надежно контролировать состояние и эффективность процесса биологической очистки сточных вод. .
Цель и задачи работы. Целью работы служило изучение основных закономерностей структурно-функциональных изменений и характеристика специфического отклика биоценоза активного ила при воздействии факторов, интенсифицирующих процесс биологической очистки. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
• исследование специфических особенностей активного Ила, формирующегося в условиях циклической смены аэробности одно- ., стадийного процесса нитрификации-денитрификации при изменении технологических параметров очистки;
• комплексная оценка одновременного функционирования ценозов взвешенного активного ила и биопленки на носителях биомассы в аэротенках действующих очистных сооружений;
• изучение экологических взаимоотношений различных групп бактерий, их структурных особенностей и пространственного распределения при чрезмерном накоплении хЛамидобактерий в активном иле, обоснование и практическое применение экологического способа антагонистического вытеснения хламидобакте-рий микрофлорой ила;
• характеристика бтклика биоценозов активного ила с различной спонтанной адаптационной устойчивостью на токсическое действие супермутагенов, стандартизация применения химического мутагенеза для улучшения процессов флокуляции активного ила и увеличения скорости биодеградации органических загрязнений;
• модификация и использование эпифлуоресцентного анали-t за для исследования активного ила, определение индикаторной значимости и численных значений отдельных таксономических групп активного ила. *
V Научная новизна. Впервые детально описан активный ил, структура которого формируется в одностадийном процессе нит-рификации-денитрификации при. циклической смене аэробности -среды. Показана взаимосвязь изменения основных технологических параметров очистки и сукцессии микрофауны активного ила.
На основании детального эпифлуорёсцентного анализа нарушений флокулообразования и седиментационных характеристик активного ила предложен экологический метод подавления нитчатого бактериального вспухания * учитывающий ряд биологических особенностей функционирования различных таксономических групп бактерий.
Экспериментально доказано, что при использовании метода химического мутагенеза положительный эффект зависит от. токсичности используемого супермутагена и исходного состояния микрофлоры обрабатываемого активного ила. Выполнена дальнейшая унификация и стандартизация методе химического мутагенеза, применяемого для повышения эффективности качества очистки сточных вод. . .
Впервые для исследований активного ила использован в качестве флуоресцентного красителя флуорескамин, специфически связывающийся только с живыми клетками бактерий, что позволило пересмотреть количественные характеристики бактерий внутри хлопьев ила, уточнить их морфологическое разнообразие. Предложен метод флуоресцентного анализа для характеристики .основных таксономических групп биоценоза активного ила.
Практическая значимость работы. Полученные новые данные о структуре биоценоза используются при оценке и прогнозировании процессов очистки в аэротенках, при регулировании эксф плуатационного режима, что позволяет без существенных затрат улучшить качество очищаемой воды и предотвратить загрязнение водоемов.
Разработан, запатентован и внедрен на очистных сооружениях способ подавления бактериального нитчатого вспухания на основе улучшения флокулирующих и седиментационных свойств активного ила. Рекомендованы в практику использования химического мутагенеза результаты исследований по применению супермутагенов с учетом адаптационных свойств спонтанной культуры активного ила, очищающей сточные воды различного состава, а также методика подращивания ила после действия мутагенов, предусматривающая использование комплекса витаминов и фитогормонов для повышений уровня функциональной активности бактерий.
Разработана оригинальная конструкция носителя биомассы с использованием элементов технологии изготовления искусственных рифов и применена на городских очистных сооружениях в Российской Федерации и'Чешской Республике.
Разработанные методы гидробиологического анализа активного ила применяются при обследовании и выработке рекомендаций'по улучшению работы действующих очистных сооружений Российской Федерации.
Комплекс эпифлуоресцентных методов исследования различных таксономических групп активного ила модифицирован и внедрен в практику* гидробиологического анализа Центральной инспекции Министерства охраны окружающей, среды и природных ресурсов Российской Федерации, а также в учебный процесс , экологического факультета Казанского государственного университэта и для слушателей специальности "Экология и охрана ок ' ружающей среды" в Московском институте нефтегазовой промышленности.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзном симпозиуме "Обобщенные показатели качества вод - 83. Практические вопросы биотестирования и биоиндикации'* (Черноголовка, февраль 1983 г.), Си. ' - мпозиуме специалистов стран-членов СЭВ "Комплексные методы контроля качества природной среды" (Москва, ноябрь 1986 г.), Международной конференции "Биология в очистке воды" (Весп-рем, Венгрия, май 1987), секции гидробиологии и ихтиологии Московского общества испытателей природы (Москва, март 1990 г.), III Международной школе по экологической химии (Алма-Ата, ноябрь 1990 г.), семинаре "Опыт с применением специализированных микроорганизмов при декаментации почвы и биологической очистке сточных вод/в Чехословакии" (Прага, октябрь 1992 г.). '
Публикации. По теме диссертации в отечественной и зару-бекной печати опубликовано 7 научных работ. Ряд результатов работ изложены в методических и нормативных документах Мини. стерства охраны окружающей среды -и природных ресурсов.
Объем и структура текста. Диссертация содержит 150 % страниц машинописного текста, 34 рисунка и 30 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 262 названия, из которых 112 -работы на иностранных языках. Состоит из введения, пяти глав, обсуждения результатов, выводов и заключения.
Автор глубоко признателен д.б.н., проф. Телитченко М.М., д.б.н. Флерову Б.А., к.б.н. Мицкевич И.Н., к.б.н. Сажину А.Б.,
Беляевой М.Н., Фроловой А.Л. за консультационную помощь, к.т.н. Лапшину О.М. за техническое содействие в.проведении натурных экспериментов .
