Экосистемы искусственных аэрационных очистных сооружений

ЭКОСИСТЕМА АЭРОТЕНКА

В настоящее время основное сооружение биологической очистки сточных вод—аэротенк. Существуют два основных типа аэротенков: аэротенк-вытеснитель и аэротенк-смеситель. В первом сточная жидкость подается в начало аэротенка и выходит в его конце, во втором она подается с широкой стороны аэротенка, по всей его длине и собирается в отводной канал, расположенный на противоположной стороне аэротенка (рис. 81). В аэротенке-вытеснителе концентрация загрязнения в начале аэротенка значительно выше, чем в конце. В аэротенке-смесителе поступающая загрязненная вода смешивается со всем объемом воды в аэротенке, и поэтому зоны с повышенной концентрацией загрязнения в аэротенке отсутствуют.

Жидкость в аэротенке очищается активным илом, который представляет собой сложный биоценоз различных организмов. Активный ил имеет вид хлопьев бурого цвета; при отстаивании жидкости, взятой из аэротенка, он выпадает в осадок. Под микроскопом видно, что хлопья активного ила состоят в основном из бактериальных клеток. На поверхности хлопьев; между ними или, реже, внутри них обычно находятся разнообразные простейшие.

Источником питания организмов активного ила служат загрязнения сточных вод. Для снабжения организмов активного ила кислородом жидкость аэрируют. Воздух, подаваемый в аэротенк, выполняет и другую функцию: он перемешивает содержимое аэротенка, тем самым ускоряя процесс очистки и препятствуя осаждению ила.

Сточная жидкость поступает в аэротенк и удаляется из него непрерывно. Время пребывания жидкости в аэротенке, или время аэрации, колеблется в весьма широких пределах: от двух до нескольких

Рисунок

Рисунок

десятков часов. Содержащиеся в сточной жидкости вещества сорбируются поверхностью активного ила. Процесс сорбции чрезвычайно интенсивен и обычно уже через несколько минут после контакта ила со сточной водой концентрация в ней органических веществ снижается более чем наполовину. Растворенные органические вещества переносятся ферментами пермеазами внутрь бактериальных клеток, где они подвергаются разрушению и перестройке. Макромолекулы органических веществ подвергаются воздействию экзоферментов, распадаются на более короткие отрезки и в таком виде поступают в клетку. До сих пор достоверно не установлено, разделены ли во времени процессы абсорбции и адсорбции растворенных веществ. По-видимому, такое разделение существует, во всяком случае, для большинства компонентов, сточных вод. На соотношение абсорбции и адсорбции оказывает влияние состояние активного ила, химический состав сточных вод, а также отношение концентрации активного ила к количеству поступающего загрязнения.

Взвешенные вещества, поступающие в аэротенк, также сорбируются поверхностью активного ила. Частично наряду с бактериями они служат пищей простейшим, коловраткам и червям, а частично под воздействием бактериальных ферментов превращаются в растворенные вещества и усваиваются микрофлорой. Так как процесс минерализации взвешенных веществ протекает медленнее, чем растворенных, то в составе активного ила в большем или меньшем количестве обычно присутствуют непереработанные взвешенные вещества.

Из аэротенка жидкость поступает во вторичный отстойник, где активный ил отстаивается. Отстоявшаяся вода после дезинфекции выпускается в водоем, а осевший активный ил частично возвращается в аэротенк (циркулирующий активный ил), а частично» направляется на переработку (избыточный активный ил). Возвращение активного ила из отстойника в аэротенк требуется для поддержания необходимой концентрации ила в аэротенке, так как естественный прирост нужную концентрацию ила не обеспечивает.

Осевший во вторичном отстойнике активный ил содержит некоторое, иногда значительное, количество непереработанных веществ. Такой ил перед возвращением в аэротенк должен быть подвергнут регенерации, т. е. восстановлению. Регенерация заключается в аэрации активного ила при отсутствии вновь поступающих загрязнений. При этом окисляются вещества, сорбированные активным илом. Регенерация особенно необходима при очистке сточных вод, содержащих медленно окисляемые соединения. Она позволяет сократить общий объем сооружений, способствует снижению анаэробных процессов в активном, иле и вследствие этого регенерацию часто применяют при очистке сточных вод, содержащих легкоокисляемые соединения. Так как в регенератор поступает отстоенный активный ил, то концентрация его в регенераторе обычно в 3—4 раза выше, чем в аэротенке. Если средняя концентрация ила в аэротенке 1,5—2,5 г/л, то в регенераторе 4—8 г/л.

Очистка сточных вод может быть полной и неполной. В первом 'случае концентрация БПКполн. и взвешенных веществ в очищенной •воде не должна превышать 15—25 мг/л, в противном случае очистка считается неполной. Необходимая степень очистки воды в каждом конкретном случае определяется условиями выпуска в водоем или технологическими требованиями, если очищенная вода возвращается в производство.

Тип аэротенка, технологический режим работы, химический состав поступающей сточной воды оказывают большое влияние •на формирование биоценоза аэротенка. Биоценоз аэротенка менее разнообразен, чем биоценозы водоемов. В аэротенке, как правило, отсутствуют водоросли и насекомые, весьма ограниченно представлены черви и членистоногие, состав простейших беднее, чем в водоемах. В аэротенке преобладают организмы, характерные для мезосапробной зоны.

Микробное население активного ила весьма разнообразно. 'Наибольшее распространение имеют псевдомонады, за ними следуют кокковые формы и бациллы. Характерная особенность микрофлоры активного ила—слизеобразование. Бактериальные клетки, составляющие основу хлопьев активного ила, окружены капсулой, благодаря этому они не слипаются друг с другом. Типичный организм активного, ил а—Zoogloea ramigera (см. рис. 69), образующая разветвленные бактериальные скопления.

Нитчатые бактерии, в том числе Schaerotilus natans, обычно содержатся в активном иле в небольшом количестве. Они активно минерализуют органические вещества. Чрезмерное их развитие ухудшает работу аэротенка и потому нежелательно.

Серобактерии постоянно присутствуют в аэротенке и даже служат индикаторными организмами. Они получают энергию, окисляя сероводород до серы и далее до сульфатов. При избытке сероводорода процесс окисления заканчивается образованием элементарной серы, которая откладывается внутри клеток Thiothrix и Beggiatoa: Присутствие сероводорода в жидкости аэротенка возможно только в условиях плохой очистки, и поэтому образование серы внутри нитей серобактерий обычно свидетельствует о плохом качестве очистки.

Актиномицеты присутствуют в активном иле постоянно, но, как правило, в небольшом количестве.

На состав бактерий активного ила большое влияние оказывают внешние факторы и в том числе качественный и количественный состав сточных вод. В активных илах, очищающих промышленные сточные воды со значительным содержанием в них токсичных и медленно окисляющихся соединений, бактериальное население менее разнообразно, чем при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод или стоков, богатых легкоокисляемыми органическими веществами.

Многие вещества, содержащиеся в производственных и городских сточных водах, потенциально мутагенны, и поэтому бактерии «очистных сооружений очень часто по одному или нескольким

признакам отличаются от описанных в определителях. По этой причине определение видового состава бактерий активного ила представляет большие трудности.

Подавляющее большинство бактерий, присутствующих в аэротенке, находится в хлопьях активного ила, только отдельные клетки свободно плавают в иловой жидкости. Причина образования бактериальных скоплений до сих пор точно не установлена. По одной из теорий, образование хлопьев наблюдается при недостатке питательного субстрата и вызвано ослаблением энергии движения, которой не хватает на то, чтобы преодолеть силу взаимного притяжения клеток. В то же время явление слипания бактериальных клеток отмечено и в стареющих монокультурах при избытке питательных веществ. Плотные скопления образуются иногда и в условиях высоких концентраций загрязняющих веществ в среде. По-видимому, ослабление энергии движения вызывается разными причинами.

Бактериальный состав активного ила в очень большой степени зависит от химического состава очищаемых сточных вод.

Один из весьма распространенных способов изучения микробного населения любого исследуемого образца—почвы, воды и т. д.—заключается в анализе его бактериального состава по физиологическим группам. Физиологическими группами микроорганизмов называется комплекс организмов, обладающих сходными пищевыми потребностями и. растущих в одинаковых условиях. Например, при посеве на мясопептонный агар в чашки Петри вырастают колонии аэробных бактерий, споровых и неспоровых, й грибов, у которых потребности в пище удовлетворяются за счет пептона; на безазотистой питательной среде растут микроорганизмы, способные усваивать молекулярный азот из воздуха и т. д.

Физиологические группы бактерий активного ила весьма разнообразны. Такие группы, как аммонифицирующие, денитрифицирующие, использующие углеводы и органические соли, целлюлозоразлагающие, содержатся практически в любом активном иле. Для жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий необходим ряд условий: достаточно высокая степень очистки и присутствие аммонийных солей. Наконец, специфические бактерии обнаруживаются в аэротенках, очищающих производственные сточные воды: при очистке сточных вод, содержащих фенолы,— фенолразлагающие бактерии, при очистке серосодержащих стоков—тионовые и сульфатредуцирующие, при содержании в сточных водах трудноокисляемых соединений, например смол, в иле обнаруживаются микроорганизмы, способные к их активному использованию.

Микрофауна активного ила играет роль санитаров: она поддерживает количество микрофлоры в аэротенке на определенном уровне. Микрофауна более, чем микрофлора, чувствительна к химическим и физическим факторам среды, она более подвержена колебаниям при изменении технологического режима, и поэтому микрофауна, и особенно простейшие, служат показателями работы аэротенка.

Удовлетворительно работающий активный ил характеризуется большим разнообразием простейших по видовому составу при небольшом количественном преобладании какого-либо из видов. Редко встречаются Litonotus, Podophrya, Vorticella microstoma, жгутиковые и мелкие амебы. Постоянно присутствуют брюхоресничные и кругоресничные инфузории, бактерии—преимущественно в зооглейных скоплениях. Простейшие достаточно подвижны. Хлопья ила плотные, компактные. Ил быстро оседает. Вода над илом прозрачная (рис. 82, 83).

В том случае, когда активный ил не справляется с поступающим загрязнением, биоценоз ила характеризуется малым разнообразием видов при количественном преобладании двух-трех из; них. Обычно наблюдается большое количество бесцветных жгутиковых, мелких амеб, Litonotus или мелких инфузорий. Иногда в заметных количествах присутствуют Podophrya, Chilodon, Nema-toda, V. microstoma, Opercularia и нитчатые бактерии. Ил содержит разнообразные включения: органические аморфные частицы, мусор. Хлопья ила темные, плотные, вода над илом опалесцирует (рис. 84).

Рисунок

Рисунок

Повышенная концентрация загрязнений приводит к недостатку растворенного кислорода. При этом вортицеллы отрываются от стебелька и образуют особую свободноплавающую форму «телотрох» с венчиком ресничек на заднем конце (рис. 85).

Рисунок

Рисунок

При дальнейшем снижении концентрации кислорода появляются особи вортицелл, раздувшиеся в виде шара, которые затем лопаются и исчезают, Opercularia с замкнутым ресничным диском, мелкие, неподвижные, коловратки, застывшие в вытянутом состоянии или отмирающие. В большом количестве развиваются жгутиковые; из инфузорий преобладает Parameciuni caudatumr как очень выносливая к недостатку кислорода форма, способная развиваться даже в гниющем иле. В большом количестве присутствуют бактерии во взвешенном состоянии. Хлопья ила распадаются. Вода над илом мутнеет.

При низкой концентрации доступных органических веществ в сточной жидкости активный ил испытывает «голодание». При этом наблюдается постепенное мельчание простейших, которые становятся

Рисунок

Рисунок

прозрачными, их пищеварительные вакуоли исчезают, а инфузории постепенно превращаются в цисты. В клетках нитчатых серобактерий исчезает сера. Зооглеи и хлопья ила становятся прозрачными, а вода над илом опалесцирует.

Если сточная жидкость содержит избыток солей аммония, в очищаемой воде может образоваться большое количество нитритов и нитратов. Процесс активной нитрификации чаще наблюдается при недостатке органических соединений, но бывает и при очистке сточных вод, богатых органикой, содержащей азот, например сточных вод от переработки рыбы, свинооткормочного производства и т. п. В случае полной очистки в иле постоянно присутствуют в заметных количествах коловратки (Callidina, Rotaria и др. виды); количественно преобладают Peritricha (Vorticella-convallaria, Carchesium), Arcella, крупные амебы, пышно развиты Zoogloea ramigera. Возможно присутствие в больших количествах малощетинковых червей Aelosoma. Отсутствуют Chilodon, мелкие амебы, бесцветные жгутиковые. Хлопья ила рыхлые. Характерно всплывание осевшего активного ила.

Рисунок

Рисунок

При залповом сбросе промышленных сточных вод наблюдается уменьшение числа видов. Гидробионты становятся более мелкими, особенно Vorticella convallaria, Opercularia, Carchesium. Общее количество гидробионтов увеличивается или резко уменьшается в зависимости от степени токсичности стока. Реснички инфузорий останавливаются, ресничный диск оперкулярий закрывается. Вследствие уменьшения числа простейших иногда наблюдается вспышка развития бактерий. Хлопья ила мельчают, плохо осаждаются, в них появляются посторонние включения.

При очистке различных промышленных сточных вод картина активного ила может быть другой. Это необходимо учитывать при оценке качества очистки в аэротенке. Для биологического анализа ила требуется достаточно высокая квалификация исследователя, но приблизительно оценить качество ила и состояние очистки можно пользуясь упрощенным методом анализа.

Упрощенный анализ состояния активного ила основан на том, что при ухудшении качества очистки в жидкости аэротенка возрастает концентрация растворенных органических веществ. Это приводит к увеличению числа форм, питающихся растворенными веществами, т. е. в основном бактерий, грибов и частично жгутиковых. Появление свободноплавающих бактерий в большом числе в свою очередь влияет на состав микрофауны. Преимущественное развитие получают формы простейших, не имеющих специальных приспособлений для седиментации пищи, такие, как равноресничные инфузории, кругоресничные со слаборазвитым околоротовым полем, корненожки.

При хорошем качестве очистки бактерии в основном содержатся в хлопьях, свободноплавающих бактерий мало. Простейшие весьма разнообразны, представлены в основном инфузориями, среди которых преобладают брюхоресничные и кругоресничные. Особенно показательны представители рода Vorticella. При хорошей очистке преобладают формы с хорошо развитым околоротовым полем.

При плохом качестве очистки в иловой жидкости содержится много свободноплавающих бактерий. Простейших много, но они представлены малым числом видов. Преобладают мелкие амебы, жгутиковые и мелкие инфузории, преимущественно из отряда равноресничных.

Присутствующие вортицеллы имеют слаборазвитое околоротовое поле.

Частый порок развития активного ила—так называемое «вспухание». Оно заключается в том, что в иле в массовом количестве размножаются нитчатые бактерии или грибы. Их длинные пружинящие нити препятствуют осаждению активного ила во вторичном отстойнике, вследствие чего часть ила выносится с очищенной водой. При этом не только загрязняется водоем, но и снижается количество ила, возвращаемого в аэротенк, и, следовательно, концентрация его в аэротенке. Количество загрязнения, приходящегося на единицу ила, возрастает, и качество очистки ухудшается (рис. 86).

Рисунок

Рисунок

Причины развития нитчатых бактерий Sphaerotilus natans достоверно не установлены. Существует мнение, что оно вызывается нарушением технологического режима и, в частности, недостаточной аэрацией. Для борьбы с вспуханием активного ила Ц. Н. Роговская рекомендует в течение нескольких дней поддерживать рН стока на уровне 9—9,4 или не выше 5. По мнению Н. А. Базякиной, предотвратить вспухание ила можно его регенерацией. Причиной развития нитчатых может быть также нарушение соотношения солей фосфора и азота в очищаемой жидкости.

ПРИРОСТ И ВОЗРАСТ АКТИВНОГО ИЛА

Качество очищаемых сточных вод влияет не только на состав биоценоза активного ила, но и на величину его прироста, т. е. на количество избыточно образующегося активного ила.

Существуют два основных способа наращивания активного ила в аэротенке: адаптация ила, взятого из действующего аэротенка, к новым сточным водам и аэрация сточных вод без предварительного внесения заражения. Какой из этих двух способов лучше, решается конкретно в каждом отдельном случае. Это зависит от того, насколько совпадают по составу сточные воды, какова в них концентрация загрязнения, насколько велик процент легкодоступных микроорганизмам соединений.

Качество очищаемых сточных вод влияет не только на состав биоценоза активного ила, но и на величину прироста. Соотношение конструктивного и энергетического обмена активного ила меняется в зависимости от состава биоценоза, качества стока и степени очистки.

Принято считать, что организмы тратят на конструктивный обмен в среднем 60 % усвоенных питательных веществ и на энергетический 40 %, но у отдельных микроорганизмов это соотношение меняется: например, азотобактер тратит на построение тела только 20 %, автотрофные организмы—единицы и даже доли процентов, а дрожжи в некоторых случаях более 60 %. Таким образом, величина прироста биомассы активного ила уже на первом трофическом уровне может весьма варьировать.

Еще большее значение имеет соотношение в аэротенке организмов, относящихся к различным трофическим уровням. Максимальный прирост активного ила имеет место в случае преобладания в аэротенке бактерий, образующих зооглейные скопления.

В присутствии простейших, питающихся бактериями, прирост активного ила снижается. Минимальный прирост наблюдается в том случае, когда в аэротенке имеются организмы, питающиеся простейшими.

Прирост активного ила зависит от используемых органических соединений. Установлено, что на углеводах он составляет 65—85 %, на спиртах 52—66, на аминокислотах 32—68, на органических кислотах 10—60, на углеводородах 10—30 %.

Помимо органических веществ, для нормальной жизнедеятельности организмам необходимы многие биогенные элементы, и потребность в них в свою очередь зависит от соотношения конструктивного и энергетического обмена. Так, в случае интенсивного прироста биомассы возрастает потребление соединений азота, который входит в состав белков и нуклеиновых кислот, может наблюдаться дефицит калия, хотя обычно потребность в нем невелика и покрывается за счет калия, присутствующего в сточных . водах.

Обычно добавление биогенных элементов в процессе очистки ограничивается солями азота и фосфора. В бытовых водах этих солей достаточно, в производственные их часто необходимо вносить. Соотношение их в сточной жидкости обычно устанавливается эмпирически, так как для расчета необходимо знать не только общее количество органического загрязнения, но и его состав, а также учитывать величину прироста биомассы активного ила. Ниже приведены рекомендуемые соотношения органического загрязнения и биогенных элементов в сточных водах различных производств.

Рисунок

Рисунок

При отсутствии эмпирических данных рекомендуется пользоваться соотношением 100:5:1. При недостатке соединений азота снижается прирост активного ила и относительно возрастает энергетический обмен при снижении общего обмена.

Влияние качества очищенной воды на величину прироста активного ила выражается в том, что в случае высокой степени очистки в иловой смеси снижается концентрация органических загрязняющих веществ. При этом снижается интенсивность обмена и особенно конструктивного (см. гл. V). Это приводит к снижению прироста активного ила. В условиях неполной очистки, когда концентрация загрязняющих веществ в аэротенке велика, прирост возрастает.

С приростом активного ила непосредственно связан так называемый «возраст» активного ила. Под возрастом понимают среднее время нахождения ила в системе «аэротенк—вторичный отстойник». Чем больше прирост ила, чем больше образуется избыточного ила, тем быстрее обменивается весь ил в аэротенке, тем меньше его возраст.

При полной очистке городских сточных вод возраст ила обычно составляет 6—8 дней. При очистке высококонцентрированных сточных вод он может снижаться до 2—3 дней. Молодой быстрорастущий активный ил обладает более активным обменом, интенсивнее минерализует загрязнение. Старый ил, напротив, малоактивен, процесс очистки с ним протекает менее интенсивно.

ОСОБЕННОСТИ БИОЦЕНОЗОВ НЕКОТОРЫХ МОДИФИКАЦИЙ АЭРОТЕНКА

Вопрос о специальном подборе штаммов микроорганизмов для очистки специфических сточных вод вставал неоднократно. Такая работа была проведена в СССР Путилиной Г. А. с сотрудниками. Было выделено несколько культур, выдерживающих концентрацию фенолов до 3000 мг/л и активно их разлагающих. Из них была приготовлена смесь 11 штаммов бактерий, которая была испытана для очистки сточных вод коксохимического производства на нескольких заводах. Испытанный метод показал хорошие результаты: концентрация фенолов снижалась до 0,1—0,5 мг/л. По мере разрушения фенолов в аэротенке появлялись простейшие и коловратки. Непременным условием нормальной работы аэротенка было отсутствие поступления в него бытовых сточных вод, так как в этом случае бактерии переключались на использование более легкодоступных органических веществ. Таким образом, этот метод оказался пригодным только для сточных вод, содержащих один компонент загрязнения и к тому же в достаточно высокой концентрации (для фенолов не менее 1000 мг/л). Это вызвано тем, что бактерии плохо образовывали скопления, не оседали во вторичном отстойнике и, следовательно, не могли быть возвращены в аэротенк. Очистка полностью шла за счет естественного прироста бактерий и, чтобы обеспечить необходимую концентрацию микроорганизмов в аэротенке, концентрация фенолов должна быть не менее 1000 мг/л. Вынос биомассы из аэротенка приводил ко вторичному загрязнению водоемов, и поэтому данный метод очистки мог быть применен только в том случае, если очищенная вода использовалась в технологическом процессе или поступала на доочистку.

Очистка сточных вод с помощью специальных культур бактерий получила название микробного метода. Это название не вполне, правильно, так как помимо специальных культур в аэротенке развивалась и другая микрофлора и даже микрофауна. Применение микробного метода пока весьма ограничено, но не исключено, что в будущем он будет с успехом применяться в качестве первой ступени очистки трудноокисляемых и токсичных сточных вод.

Новой модификацией аэротенка является так называемый биотенк. Особенность его—пластины из пленки, установленные внутри аэротенка. Наряду с обычным активным илом в биотенке на пластинах развивается биопленка, которая также участвует в процессе очистки. Благодаря биопленке количество действующего агента в биотенке по сравнению с аэротенком возрастает и вследствие этого в 1 м3 объема биотенка. может быть переработано больше загрязнения, чем в аэротенке. Другое преимущество биотенка—то, что в нем практически невозможно вспухание активного ила, так как в случае развития нитчатых форм они задерживаются на пленке и не выносятся из сооружения. Условия существования активного ила и биопленки в биотенке несколько различны. К биопленке прилипают взвешенные вещества, сорбированные органические вещества на ней меньше подвергаются десорбции, и поэтому организмы биопленки лучше обеспечены пищей, чем организмы активного ила. Это позволяет в одном сооружении сочетать интенсивность (в биопленке) и высокую степень очистки (в иловой смеси). Биоценоз биотенка более разнообразен, чем биоценоз аэротенка. Недостаток работы биотенка—потенциальная возможность образования анаэробных зон внутри биопленки и, как следствие этого, нестабильность работы сооружения, а также сложность эксплуатации.

ЭКОСИСТЕМА БИОФИЛЬТРА

Биофильтр представляет собой резервуар, прямоугольный или круглый в плане, заполненный щебнем, галькой, керамзитом и другими материалами. Размер кусков загрузочного материала возрастает сверху вниз: верхний слой содержит куски 10—20 мм, средний 20—40 мм, нижний 50—70 мм. В последнее время для загрузки биофильтра применяют пластмассовые блоки. Фильтрующая загрузка образует тело фильтра.

Сточная жидкость подается на биофильтр через специальные водораспределительные устройства, которые обеспечивают равномерное орошение всей поверхности загрузки. В зависимости от размера загрузочного материала изменяется скорость протекания жидкости через биофильтр.

На поверхности загрузочного материала развиваются микроорганизмы, образующие так называемую биопленку. Биофильтр относится к аэробным очистным сооружениям, и подавляющее большинство его населения нуждается в кислороде. Аэрация биофильтра может быть естественной и искусственной. В случае искусственной аэрации воздух в биофильтр нагнетается вентиляторами.

Организмы биопленки извлекают из сточной жидкости необходимые им питательные вещества и используют их в процессах конструктивного и энергетического обмена. В верхних горизонтах концентрация питательных веществ в десятки раз выше, чем в нижних. Вследствие этого именно в этом горизонте интенсивно прирастает биопленка, интенсивно окисляются органические вещества сточной жидкости, активно потребляется кислород. Доминирующая роль в биоценозе верхних слоев биофильтра принадлежит организмам, питающимся растворенными органическими веществами: бактериям, грибам, некоторым видам бесцветных жгутиковых. Развитие нитчатых бактерий и грибов иногда настолько интенсивно, что препятствует прохождению жидкости через биофильтр (рис. 87). На поверхности биофильтра довольно часто развиваются водоросли, которые смываются током жидкости и попадают в более, глубокие слои. Простейшие в верхнем горизонте представлены в основном формами, устойчивыми к дефициту кислорода: Paramecium putrinum, P. caudatum, Colpidium colpoda и др. Как и в загрязненных водоемах, в верхней части биофильтра при большой общей биомассе наблюдается малое разнообразие видов. На поверхности биофильтра в большом количестве развиваются насекомые. Прожорливые личинки Podura, Psychoda активно потребляют простейших, и поэтому количество последних в большой степени зависит от стадии развития насекомых.

Рисунок

Рисунок

Средние слои биофильтра характеризуются меньшим накоплением биомассы и большим разнообразием встречающихся форм. Здесь значительно снижается количество грибов и нитчатых бактерий (Ц. И. Роговская. 1964. Н. И. Ткаченко, 1960). Наряду с равноресничными инфузориями появляются спиралересничные, особенно брюхоресничные. Увеличивается число видов кругоресничных инфузорий.

В нижних слоях биофильтра наблюдается большое разнообразие встречающихся видов при низкой общей биомассе. Преимущественное развитие получают черви, в основном круглые и щетинконогие. Грибы и нитчатые бактерии почти полностью отсутствуют, уменьшается количество зооглеиных бактериальных скоплений. Из простейших в нижних слоях биофильтра преобладают представители брюхо- и кругоресничных инфузорий.

Протяженность каждой зоны зависит от технологического режима работы биофильтра: при работе на неполную очистку третья зона обычно не выражена, при малой нагрузке она может занимать половину всей высоты биофильтра. В зависимости от количества подаваемого загрязнения изменяется и количество бактерий в биофильтре (табл. 5).

Распределение физиологических групп микроорганизмов зависит от состава

Рисунок

Рисунок

стока. В биофильтре, очищающем сточные воды молочного завода, грибы и. молочнокислые бактерии развивались в основном в поверхностном слое, бактерии, разрушающие органические кислоты,— в среднем слое, жирорасщепляющие и аммонифицирующие—в верхнем и среднем слоях. В нижних горизонтах количество бактерий, относящихся ко всем физиологическим группам, снижалось. По данным Ц. И. Роговской (1967), изучавшей очистку сточных вод от производства поливинилацетатной продукции, в биофильтре высотой 1,5 м микрофлора, окисляющая уксусную кислоту и ацетальдегид, преобладала в слое 0—25 м, окисляющая спирты—на глубине 0,0—1,0 м, а янтарную кислоту—на глубине 1,0—1,5 м.

Еще одна особенность биопленки состоит в том, что с очищаемой жидкостью контактирует только ее поверхностный слой. Поэтому наиболее активные клетки микроорганизмов находятся в наружных слоях биопленки, а внутренние, обращенные к фильтрующему материалу, испытывают недостаток кислорода, медленнее окисляют адсорбированные вещества, в них развиваются анаэробные процессы. Вследствие дефицита кислорода и питательных веществ пленка постепенно отмирает и смывается током жидкости с поверхности фильтрующего материала. Она поступает в нижележащие слои, там частично перерабатывается, а частично выносится из биофильтра.

За счет вымываемой биопленки иногда увеличивается общее количество биопленки в средних или даже нижних слоях биофильтра, но количество бактерий, т. е. активных агентов окисления, в ней при этом снижается (табл. 6).

Рисунок

Рисунок

Соотношение перерабатываемой и выносимой биопленки зависит от соотношения в теле биофильтра организмов, относящихся к различным трофическим уровням. Чем больше в экологической системе организмов, относящихся ко второму и третьему трофическим уровням, тем более полно осваивается поступающее органическое вещество, тем ниже коэффициент потребления пищи на прирост (см. гл. XVI). Если поступающие в биофильтр растворенные органические вещества в основном улавливаются биопленкой в верхних горизонтах биофильтра, то в нижних горизонтах на смену бактериям, грибам и мелким бесцветным жгутиковым приходят организмы, питающиеся твердыми частицами. Вести процесс очистки в биофильтре можно в таком режиме, что в нижних горизонтах сооружения население будет состоять преимущественно из червей, питающихся биопленкой. Количество биопленки, выносимой из биофильтра, в этом случае будет минимальным. Таким образом, количество выносимой из биофильтра биопленки зависит от количества поступающего загрязнения и от высоты биофильтра.

<< | >>
Источник: Голубовская Э.К.. Биологические основы очистки воды. Учебное пособие. — М.: Высшая школа. — 268 с.. 1978

Еще по теме Экосистемы искусственных аэрационных очистных сооружений:

  1. Экологические системы естественных аэрационных очистных сооружений
  2. Экосистемы анаэробных очистных сооружений
  3. Глава XIX. Население очистных сооружений канализации
  4. Экологические системы очистных сооружений канализации
  5. § 4. Аренда зданий и сооружений Статья 650. Договор аренды здания или сооружения
  6. ИСКУССТВЕННЫЙ КЛИМАТ
  7. Искусственный отбор
  8. ИСКУССТВЕННОЕ ДЫХАНИЕ И МАССАЖ СЕРДЦА
  9. СВЯЗИ ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ
  10. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОРОШЕНИЯ
  11. § 42. Искусственные спутники Земпи
  12. Экосистема