РОЛЬ НАЙПРОСТІШИХ ТА ІНШИХ ГІДРОБІОНТІВ У ДООЧИЩЕННІ ВОДИ ВІД ДИЕТИЛЕНГЛІКОЛЮ

Л.І. Несинова, П.І. Гвоздяк, Л.І. Глоба, Л.В Невинна

Інститут колоїдної хімії і хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, м. Київ

Для повного очищення стічної води від диетиленгліколю у біореакторі необхідно сформувати постійно діючі ценози, які є просторовою сукцесією мікроорганізмів – деструкторів диетиленгліколю, і трофічного ланцюга найпростіших та інших гідробіонтів, що доочищають воду від органічних речовин у низькій кон­центрації, мікроорганізмів і детриту. Це дозволяє одержувати воду, яка задовольняє вимоги до води рибо­господарських водоймищ. Вивчено оптимальні умови технологічного режиму процесу доочистки води від диетиленгліколю.

Відомо, що “Формирование биологически чистой (полноценной) воды, не содержащей токсических и радиоактивных веществ, патогенных организмов, имеющей все необходимые соли, микроэлементы и метаболиты, протекает под влиянием гидробионтов” (1). І вирішити проблему отримання високоякісної води можна створенням у біореакторі трофічного ланцюга з бактерій, грибів, найпростих і інших гідробіонтів, в якому повинні бути представлені ценози всіх трофічних рівнів (деструктори, седиментатори, фільтратори, хижаки). Ці процеси широко використовуються в “біоконвейєрних” технологіях при очищенні як побутових, так і промислових стічних вод (2).

За наявності в стічній рідині гідробіонтів тієї або іншої групи можна судити про рівень забрудненості води, про ступінь її токсичності, а також про ефективність очищення стічних вод (3,4). Якщо в спорудах очищення води є представники всіх перерахованих трофічних рівнів, і вони знаходяться в активному фізіологічному стані, можна з упевненістю говорити про хорошу роботу споруд і повне очищення води.

Обов’язковою умовою при цьому є прямоточність рідини і іммобілізація на волокнистому носієві представників усіх трофічних рівнів, оскільки в цих умовах формуються постійно діючі біоценози, які не вимиваються з очисної споруди і здатні переносити різні стресові ситуації (5,6).

Попередніми дослідженнями встановлено, що деструкція диетиленгліколю (ДЕГ) при його концентрації до 5г/дм3 проходить повністю при добре сформованій просторовій сукцесії асоціації мікроорганізмів-деструкторів, заснованої на трофічній взаємодії. Показано також, що в багатосекційному біореакторі на волокнистому носієві утворюється чітка зміна груп бактерій в залежності від продуктів трансформації ДЕГ (7,8). Проте, залишкові концентрації органічних сполук, детрит, тверді частинки забруднень, велика кількість бактерій роблять цю воду непридатною для використання в технічних цілях і, тим більше, для повернення її в поверхневі водойми. Тому завданням наших досліджень було створення в біореакторі на волокнистих носіях трофічного ланцюга з найпростіших та інших гідробіонтів, вивчення їх складу і доведення рівня очищення води від ДЕГ до показників для рибогосподарських водоймищ.

■ МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Вивчення гідробіонтів проводили в 18-секційному біореакторі (7) використовуючи п’ятибальну систему оцінки знаходження організмів: 1 – одиничне знаходження у полі зору мікроскопа; 2 – мало; 3 – порядно; 4 – багато; 5 – маса /9/.

Для вивчення матеріалу з кожної секції витягували частину волокна, ретельно відмивали його у фізіологічному розчині і загальний об’єм рідини доводили до 10 см3. На предметне скло наносили 0,1 см3 рідини, покривали покривним склом і переглядали під мікроскопом (“Polivar”, при збільшенні в 400 разів) не менше 20 полів зору. Одночасно проводили фотографування найпростіших та інших гідробіонтів.

Заселення секцій біореактора здійснювали шляхом введення у біореактор, крім музейних мікроорганізмів – деструкторів ДЕГ, активного мулу з аеротенків міських очисних споруд. Аналізували дані після досягнення стійкого ефекту в очищенні та доочищенні води від ДЕГ і продуктів його трансформації.

Аналіз і визначення гідробіонтів проводили, використовуючи відомі посібники (10,11,12).

Визначення ХСК і розчиненого у воді кисню проводили загальноприйнятими методами (13), а кількості мікроорганізмів- шляхом розведення проб рідини з колонок біореактора, висіву їх на щільне живильне середовище і підрахунку колоній, що виросли (14).

Масову концентрацію ДЕГ визначали газовим хроматографом “Цвет -152” (7).

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

ДЕГ з початковою концентрацією у воді 5 г/дм3 і продукти його трансформації токсичні для зоогідробіонтів і в перших секціях біореактора вони відсутні. У 4 і 5 секціях зустрічаються цистовані форми найпростіших (рис.1,а). У міру зниження концентрації ксенобіотика в середовищі починають з’являтися найпростіші і зміна видового складу гідробіонтів відповідає ступеню очищення води (табл.1).

У 6 і 7 секціях гідробіонти представлені, в основному, безкольоровими жгутиконосцями, представниками родів Chilomonas, Katodinium, Bodo, Monas, Oicomonas, а також Amoeba (рис.1,б) і окремими нематодами. Ці гідробіонти живуть в забрудненій воді, харчуються розчиненими органічними речовинами, бактеріями, представляють сапрозойно-голозойний тип харчування і є представниками другого рівня трофічного ланцюга – седиментаторами. Про несприятливу дію забруднень на гідробіонтів свідчить наявність великої кількості цистованих форм найпростіших, гіфів грибів. Вміст ДЕГ у цих секціях складає від 0,8 до 0,6г/дм3.

У наступих секціях (8,9) число цист зменшується, присутні в біль­шій кількості джгутиконосці родів Chilоmonas, Monas, вільноплаваючі інфузорії родів Vоrticella (рис.1,г), Paramecium, а також представники класу Nematodes (рис1,д). Вміст ДЕГ тут складає від 0,7 до 0,4 г/дм3.

Таблиця 1. Гідробіологічна характеристика процесу доочищення води від диетиленгліколю у багатосекційному біореакторі

Tab1_S40

У міру зниження навантаження за органічними речовинами росте різноманітність найпростіших. У 10-13 секціях виявлено багато джгутиконосців з хорошою рухливістю, збільшується різноманітність інфузорій родів Colpidа, Oxytricha, Uronema, Paramecium, прикріплених перитрих родів Epistylis, Carchesium (рис.1.е.). Зустрічаються вже одиничні цисти амеб і дорослі особини роду Pelomyxa (рис.1,в). Це свідчить про розвиток представників третього рівня трофічного ланцюга – фільтраторів, які характеризуються голозойним типом живлення. Вони можуть вживати в їжу залишки органічних речовин, бактерій і невеликих найпростіших. Тут з’являються перші коловертки родів Habrotrocha, Cephalodella, а в цих і наступних секціях постійно мешкає коловертка Rotaria elongata, тобто відбувається зародження четвертого рівня трофічного ланцюга – хижацтва.

Ris1_S40

Рис.1. Представники найпростіших та інших гідробіонтів,які створюють трофічний ланцюг у багатосекційному біореакторі: а – цистовані форми найпростіших; б – Amoeba proteus; в – Pelomyxa polustris; г – Vоrticella convallaria; д – Monhystera sp.; е – Cаrchesium batorligetiense; ж – Rotaria elongata; з – Hydrocarina

Особливо багатою різноманітністю і кількістю найпростіших відрізняються 14-16 секції. У них концентрація ДЕГ варіює в межах від 0,3 до 0,1г/дм3. В цих секціях знаходять собі живлення гідробіонти всіх трофічних підрівнів. Наявність бактерій дає можливість існувати інфузоріям, деяким іншим найпростішим. Велика кількість джгутиконосців та інфузорій дає можливість добре розвиватися коловерткам та іншим багатоклітинним.

У 17 і 18 секціях видова різноманітність найпростіших зберігається, але переважають представники четвертого рівня трофічного ланцюга – коловертки (рис.1,ж), водяні кліщі (рис.1,з). Знижується кількість жгутиконосців, інфузорій, нематод. Вміст ДЕГ тут мінімальний і не перевищує 1мг/дм3. У цій частині установки особливо багато зелених мікроводоростей (протокових, діатомових), які починають з’являтися вже в 11 і 12 секціях біореактора.

Кількість мікроорганізмів в останній секції знижується на три порядки (табл.2). З таблиці також видно, що рН середовища має велике значення в деструкції ДЕГ як регулюючий і контролюючий чинник. При концентрації ДЕГ до 5 г/дм3 і рН 7,2 у вихідній воді відбувається повне очищення води від всіх забруднень, рН середовища в перших секціях знижується до 4,5, а потім підвищується до 7,6-8,2. При цьому формуються всі трофічні рівні гідробіонтів, які мають велику здатність до саморегулювання. Отже, формування на волокнистому носієві в біореакторі трофічного ланцюга з гідробіонтів приводить до повного вилучення ДЕГ з води.

Таблиця 2. Деструкція ДЕГ мікроорганізмами у багатосекційному аеробному біореакторі та кількість бактерій у водній фазі секцій

Tab2_S40

Важливим чинником в доочистці води є наявність розчиненого у воді кисню. Як видно з даних табл.3, вміст кисню у воді нижче 3 мг/дм3 значно погіршує процес доочистки. Різноманітність найпростіших настільки зменшується, що характеризується присутністю, в основному, одного виду інфузорій Paramecium caudatum, яка і є індикаторним організмом, що свідчить про брак кисню у воді.

Таблиця 3. Очищення води від ДЕГ (за ХСК) при різному вмісті розчиненого кисню у воді біореактора

Tab3_S40

Збільшивши подачу повітря в секції біореактора і, таким чином, довівши вміст кисню у воді до 3,5-6,0 мг/дм3, ми досягаємо швидкого поліпшення процесу доочистки, різкого зменшення кількості інфузорій Paramecium caudatum, відновлення різноманітності, чисельності найпростіших і відповідного трофічного ланцюга.

Таким чином, успішне доочищення стічної води від ДЕГ залежить від величини рН, який повинен бути в межах 6,5-8,0, від вмісту розчиненого кисню у воді, якого повинно бути не меншого 3,5 мг/дм3, а також концентрації ДЕГ, що не перевищує 300-500 мг/дм3 на початку процесу доочищення.

Слід зазначити також, що при очищенні стічних вод від ДЕГ необхідно використовувати багатосекційний біореактор з розміщеним у секціях волокнистим носієм для закріплення бактерій та інших гідробіонтів. Критерієм роботи реактора може служити рН середовища, що вимірюється у кожній секції, оскільки величина рН віддзеркалює напрям процесу трансформації ДЕГ бактеріями. Закріплення мікроорганізмів на носієві і прямоточність рідини, що очищається, формує в реакторі відповідні трофічні рівні, що забезпечує повне очищення води від усіх забруднень.

Робота виконана при частковому фінансуванні Міністерства освіти і науки України за проектом № 06.07/00036 Державного фонду фундаментальних досліджень.

РЕЗЮМЕ

Для повного очищення стічної води від диетиленгліколю у біореакторі необхідно сформувати постійно діючі біоценози, які утворюють просторову сукцесію мікроорганізмів – деструкторів диетиленгліколю, і трофічний ланцюг найпростіших та інших гідробіонтів, що доочищають воду від залишків органічних речовин, мікроорганізмів, детриту і доводять чистоту води до вимог рибогосподарських водойм. Вивчено оптимальні умови технологічного режиму процесу доочищення води від диетиленгліколю.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

  1. Телитченко М.М. Формирование биоло­гической полноценности воды гидроби- онтами // Биол. самоочищение и формирование качества воды. – М.:Наука, 1975. – с. 9-14.
  2. Гвоздяк П.// Вісн.НАН України.-2003.-№3.-С.29-36.
  3. Яковлев С.В.,Карелин Я.А., Ласко Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственых сточных вод.// М.Стройизд.-1985.-335с.
  4. Липеровская Е.С. Гидробиологические индикаторы состояния активного ила и их роль в биологической очистке сточних вод. (Итоги науки и техники “Общая экология. Биоценология. Гидробиология”. – т.4) // М.: ВИНИТИ АН СРСР. – 1977.- С.169-217.
  5. Гвоздяк П.І. // “Ойкумена”. Укр. екологічний вісник. – 1992.-№5-6. – С.58-70.
  6. Гвоздяк П.И. //Химия и технол.. воды. – 1989.- . 11, №8.-С.854-858.
  7. Гвоздяк П.И., Несынова Л.И.,Удод В.М., и др.// Химия и технол. воды -1990.- Т12, №7.- С.652-654.
  8. Несынова Л.И.,Удилова О.Ф., Венгжен ГС.// Химия и технол. воды .-1997.- Т19, №6.- С.652-657.
  9. “Методика проведения технологического контроля работы очисных сооружений городской канализации” // М.: Лит-ра по строительству, 1971. – 162 с.
  10. Библиографический указатель по теме: “Биологический анализ качества вод с применением списка организмов – индикаторов загрязнения”. /Сост. А.В. Макрушиным// Л:. ЗИ АН СРСР, 1974.- 60с.
  11. Фауна аэротенков (Атлас). – Л.: Наука.- 1984.- 264с.
  12. Определитель пресноводных безпозвоночных европейской части СРСР (планктон и бентос). – Л.: Гидрометеоиздат. 1977.-510с.
  13. Унифицированые методы анализа вод /Под ред.Ю.Ю.Лурье. – М.:Химия, 1973.­376 с.
  14. Методы общей бактериологии /Под ред. Ф.Герхарда и др.- М.: Мир, 1983.- т. 1.- 71с.