вспухание ила что делать

Проблемы эксплуатации сооружений очистки сточных вод и их решения: вспухание и пенообразование активного ила

Эксплуатация сооружений биологической очистки сточных вод требует от технологов очистных сооружений высокой квалификации и знания как базисных основ биохимических процессов, так и особенностей технических и конструктивных решений конкретных сооружений. В реальных условиях нестационарности качественных и количественных характеристик сточных вод, поступающих на биологическую очистку, принятие грамотных оперативных решений является залогом обеспечения проектного качества очищенной воды в штатных ситуациях эксплуатации и сведения до минимума последствий нештатных и аварийных ситуаций. В настоящей статье будут рассмотрены причины и проблемы развития таких процессов, как вспухание и пенообразование активного ила, и предложены пути их решения.

Процессы вспухания и пенообразования активного ила создают серьезную проблему при эксплуатации канализационных очистных сооружений и приводят к ухудшению качества очистки сточных вод по таким показателям, как взвешенные вещества и БПК, а также к сбросу активного ила в водные объекты. Вспухание ила, его всплытие и пенообразование вызываются многими причинами и связаны как с деятельностью различных групп микроорганизмов, так и с условиями формирования хлопка активного ила. Для начала разберемся, что представляют собой рассматриваемые процессы.

К СВЕДЕНИЮ
Вспухание активного ила возникает вследствие низкой способности активного ила к осаждению (удельный вес вспухшего активного ила незначительно больше плотности воды).
Пенообразование представляет собой процесс развития всплывающей на поверхность очистных сооружений пены, которая отделяется от основной массы активного ила, находящегося в объеме сооружений (удельный вес пены в разы меньше удельного веса воды).
Всплытие активного ила происходит за счет прикрепления к агломерациям хлопков активного ила пузырьков газа.
Чтобы принять верное технологическое решение по ликвидации указанных процессов, для начала необходимо определить, какой именно процесс развивается в данный момент на очистных сооружениях.

ВСПУХАНИЕ АКТИВНОГО ИЛА
Основной причиной возникновения процесса вспухания активного ила является развитие филаментных форм микроорганизмов (рис. 1).

Рис. 1. Филаментные бактерии в хлопке ила (А) и филаментная бактерия M. parvicella (Б)

Отличить процессы вспухания активного ила от пенообразования можно в первую очередь визуально: если на поверхности сооружений (аэротенков, регенераторов, вторичных отстойников) наблюдается пена (рис. 2), это говорит о развитии процесса пенообразования.

Рис. 2. Пена на поверхности очистных сооружений при развитии процессов пенообразования

Процессы вспухания характеризуются отсутствием пены на поверхности сооружений. При этом седиментационные свойства активного ила резко ухудшаются.

Рабочий диапазон значений илового индекса активного ила аэротенков, в которых реализуются процессы окисления органических соединений, составляет 80–120 см 3 /г. Значение илового индекса более 140 см 3 /г говорит о наличии процессов вспухания активного ила.

Основные причины развития тех или иных типов филаментных микроорганизмов, ответственных за возникновение процессов вспухания активного ила, указаны в табл. 1.

Типы филаментных микроорганизмов как индикаторы причин развития процессов вспухания активного ила

Источник

Причины нитчатого вспухания активного ила

Поэтому численное преобладание тех или иных организмов является показателем благополучия (в случае доминирования флокулообразующих бактерий), или же нарушения экологического равновесия в биоценозе активного ила (при повышении численности нитчатых микроорганизмов и бактерий). В этом существует тесная связь с устойчивостью организмов к неблагоприятным изменениям внешней среды и их адаптивными свойствами к стрессовому воздействию. Так как при гибели флокулообразующих бактерий освобождается пищевая ниша, то ее занимают устойчивые к резким перепадам концентраций, кислотности и температуры нитчатые организмы.

В частности, рабочие зоны аэротенков-вытеснителей и технологический процесс аэротенков-смесителей соответствуют проведению последовательных фаз очистки стоков, соответствующих адсорбированию загрязнений, их ферментации и периоду эндогенного дыхания, или нитрификации, характерный для жизнедеятельности гетерофтрофных флокулообразующих бактерий. Поэтому именно они и составляют в нормальных условиях работы аэротенков основную долю организмов биоценоза активного ила.

Это приводит к вспуханию активного ила, как к реакции биоценоза на изменение условий среды, при которой происходит вывод на первый план бактерий, характеризующихся медленным потреблением пищи, а значит и более устойчивых к повышению нагрузки. К доминированию организмов, имеющих низкий метаболизм и менее восприимчивых к действию токсинов в сравнении с гетеротрофами, характеризующимися его высоким уровнем. К таким видам принадлежат хламидобактерии, а так же наиболее устойчивые к токсическому воздействию серобактерии и цианобактерии.

Тем не менее, несмотря на общую схожесть, каждый род нитчатых бактерий имеет свои особенности и характеризуется наибольшей устойчивостью к определенному фактору нарушения искусственной экосистемы. Поэтому, по доминированию определенного вида можно более точно определить причину вспухания активного ила и разработать комплекс мер по его подавлению и устранению.

Источник

Нарушения в работе активного ила и определение их причин

1. При плохом перемешивании, недостатке кислорода, а так же внезапных переменах в свойствах среды, связанных с изменениями кислотности, температуры и воздействием токсинов происходит разрушение и измельчение хлопьев активного ила. При этом повышается количество не осаждаемой мелкодисперсной фазы, которая выносится вместе с очищенной водой, что значительно ухудшает качество очистки, а так же не позволяет обеспечить необходимую массу и возраст активного ила.

3. При денитрификации хлопьев, происходящей за счет образования газообразного азота, наблюдается всплывание активного ила в виде крупных хлопьев с краями черного цвета.

5. При активизации популяций нитчатых и гибели флоккулообразующих бактерий, наблюдается резкое увеличение объема, при сохранении или уменьшении массы активного ила, определяемое как нитчатое вспухание. При этом нитчатые бактерии занимают освободившуюся пищевую нишу, образуя разветвленные структуры, внедряющиеся в хлопья активного ила и способствующие их разбуханию, с одновременным снижением адсорбционных свойств и способности к осаждению.

6. В результате развития популяции пенообразующих бактерий, актиномицетов, или повышенных концентраций поверхностно-активных веществ в сточной воде, подаваемой на биологическую очистку, происходит вспенивание биомассы активного ила и ее подъем на поверхность.

Источник

Методы санитарно-биологического контроля. Методическое руководство по гидробиологическому контролю нитчатых микроорганизмов активного ила

Настоящий документ устанавливает методику контроля сточных вод при развитии вспухания активного ила. Вспухание нарушает осаждаемость ила и приводит к избыточному выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников, значительному ухудшению качества биологической очистки. Гидробиологический контроль состояния биоценоза активного ила в период вспухания имеет существенное значение для правильного определения его причин и разработки оперативных мероприятий по ликвидации с целью предотвращения загрязнения водоема, принимающего сточные воды

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ
ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

« Утверждаю »
Заместитель Председателя
А.А. Соловьянов
23.10.1996 г.

МЕТОДЫ САНИТАРНО-БИОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО
ПО ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКОМУ КОНТРОЛЮ
НИТЧАТЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ АКТИВНОГО ИЛА

Методическое руководство допущено для целей
государственного экологического контроля

Методическое руководство рассмотрено и одобрено Главным управлением аналитического контроля и метрологического обеспечения природоохранной деятельности (ГУАК) при Госкомитете РФ по охране окружающей среды.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий документ устанавливает методику контроля сточных вод при развитии вспухания активного ила. Вспухание нарушает осаждаемость ила и приводит к избыточному выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников, значительному ухудшению качества биологической очистки. Гидробиологический контроль состояния биоценоза активного ила в период вспухания имеет существенное значение для правильного определения его причин и разработки оперативных мероприятий по ликвидации с целью предотвращения загрязнения водоема, принимающего сточные воды.

1. Принцип методов прямого микроскопического учета нитчатых организмов

Наиболее часто вспухание возникает по причине чрезмерного развития нитчатых микроорганизмов, систематическая принадлежность которых определяется с помощью различных методов окрашивания.

Нитчатые микроорганизмы, присутствующие в активном иле, определяются путем предварительного окрашивания и прямого микроскопирования методом живой капли под покровным стеклом или в счетных камерах с помощью световой и фазовоконтрастной микроскопии.

Методы окрашивания основаны на способности микроорганизмов поглощать определенные красители, часть из которых активно люминесцирует, в результате чего микроорганизмы приобретают четкие очертания, выявляется наличие и форма трихом, строение оболочки, присутствие зерен волютина и устанавливается их родовая принадлежность.

На основании физиологических свойств определенных родов уточняются причины, вызвавшие вспухание ила, и разрабатываются методы борьбы, учитывающие экологические условия развития конкретных родов нитчатых микроорганизмов.

2. Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, реактивы для окрашивания нитчатых микроорганизмов

Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы:

микроскоп люминесцентный серии «Люмам» ТУ 3-3-1320;

устройство фазово-контрастное (для малоконтрастных объектов) тип КФ-5, ТУ 3-3-1354;

винтовой окулярный микрометр ТУ 3-3-1211;

объект микрометр ГОСТ 7513;

весы лабораторные общего назначения ГОСТ 24104 ;

холодильник бытовой для хранения (+ 2 + 4 °С) и замораживания (- 20 °С) проб ила;

сушильный шкаф общелабораторного назначения ГОСТ 13474;

часы сигнальные ТУ 25-07-547-77;

оксиметр любого типа с ошибкой измерения не более 0,5 мг О₂ / дм 3 ;

рН-метр типа рН 155 ГОСТ 25.7416.0171 или аналоги;

ящики для переноски проб (облегченного типа) с гнездами и уплотнением для перевозки проб в машине;

штативы для окрашивания и сушки препаратов;

пинцет по Корнету (для окраски препаратов);

чашки Петри ГОСТ 25336 ;

предметные стекла для микропрепаратов ГОСТ 9284 ;

покровные стекла размером 18×18 мм, 24×24 мм ГОСТ 6672 ;

камера для счета форменных элементов крови по Горяеву, 0,1 мм глубины ТУ 42-816 (можно использовать другие модификации: камеры Кольвитца, Тома);

груши резиновые (разные);

иглы для препарирования;

пинцеты мягкие и жесткие;

лабораторные стаканы Н-2-100, В-2-100 ГОСТ 25336 ;

колбы мерные 2-25-2, 2-50-2, 2-100-2, 2-500-2, 2-1000-2 ГОСТ 1770 ;

пипетки стеклянные вместимостью 1, 2, 5 см 3 2 класса точности ГОСТ 20292;

бумажные фильтры обеззоленные для количественного весового анализа типа ФОБ ТУ 6-09-1678 (красная, белая ленты);

вода дистиллированная ГОСТ 6709 ;

цилиндры мерные объемом 100, 1000 см 3 ГОСТ 1770 ;

стаканчики для взвешивания (бюксы) ГОСТ 7148;

склянки и банки стеклянные с винтовым горлом, с прокладкой и крышкой или с притертой пробкой для отбора и хранения проб и реактивов вместимостью 250, 500 см 3 ТУ 6-19-6-70;

флаконы и банки цилиндрические полиэтиленовые с навинчивающимися крышками для отбора и хранения проб и реактивов вместимостью 250, 500 см 3 ТУ 6-19-45-74;

спирт этиловый 96° (этанол) х.ч. ТУ 6-091710;

формалин, 4 %-ный водный раствор ТУ 6-09-3011;

уксусная кислота х.ч. ГОСТ 61 ;

новокаин, 2 %-ный водный раствор.

нейтральный красный индикатор ТУ 6-09-4120;

йод ч.д.а., 0,3 %-ный и 1 %-ный спиртовой растворы ГОСТ 4159 ;

метиленовый голубой (синоним метиленовый синий) ч.д.а. ТУ 6-09-29;

кристаллический фиолетовый ч.д.а. ТУ 6-09-4119;

везувин [синонимы основной коричневый 4К, Бисмарк коричневый P (R)] ч.д.а. ТУ 6-09-4182;

хризоидин индикатор ч.д.а. ТУ 6-09-716;

карболовая кислота кристаллическая (синоним фенол) ч.д.а. ГОСТ 6417.

3. Требования к квалификации операторов

Гидробиологический анализ в соответствии с настоящей методикой выполняется гидробиологом, имеющим высшее образование, или химиком, получившим специальную квалификацию, овладевшим техникой микроскопирования и методикой определения организмов активного ила.

4. Условия выполнения гидробиологического анализа

Температура окружающего воздуха от 18 до 25 °С.

Относительная влажность воздуха 80 ± 5 %.

При использовании осветителей микроскопов частота переменного тока 50 ± 1 Гц. Напряжение в сети 220 ± 10 В.

Работа гидробиологов имеет следующие профессиональные особенности:

соприкосновение с потенциально загрязненными материалами (сточные воды, активный ил);

напряжение зрения при микроскопировании;

возможность отравления ядовитыми веществами;

возможность повреждений при работах с некоторыми аппаратами (центрифугами).

Поэтому при биологических исследованиях следует соблюдать дополнительные меры предосторожности:

работать в спецодежде;

следить за состоянием кожи на лице и руках, раны и ссадины смазывать йодом;

не допускать разбрызгивания или попадания сточных вод на руки, поверхность стола, оборудование, одежду;

пользоваться резиновыми перчатками, тщательно убирать и вытирать рабочее место, дезинфицировать руки спиртом после работы;

своевременно мыть горячей водой с мылом бывшие в употреблении стеклянные предметы.

Меры против переутомления и порчи зрения при микроскопировании:

микроскопировать двумя глазами или попеременно то одним, то другим глазом, не закрывая неработающий глаз.

Меры против рассеивания потенциально заразного материала из лаборатории в окружающую среду:

фильтровальная бумага и вата, употребляющиеся в лаборатории при работе со сточными водами, должны перед утилизацией стерилизоваться в сушильном шкафу в специальной герметической посуде при температуре 105 °С в течение 1 часа.

5. Подготовка к выполнению анализа

Предварительная подготовка к отбору проб должна обеспечивать полную безопасность работ, подготовку посуды, пробоотборников, места хранения отобранных проб, а также рабочего места для обработки доставленных в лабораторию проб.

5.1. Подготовка посуды, предметных и покровных стекол

Счетные камеры, стандартные предметные и покровные стекла перед употреблением необходимо обезжирить, для чего используют один из предлагаемых способов:

а). Стекла погружают, в концентрированную серную кислоту и выдерживают одни сутки, после чего их тщательно промывают водопроводной водой, ополаскивают дистиллированной, заливают 96° этиловым спиртом и хранят в нем или в сухом виде до употребления.

Покровные стекла, не бывшие в употреблении, обрабатывают смесью равных частей спирта и эфира (смесь Никифорова), такой же смесью следует регулярно обрабатывать открытые оптические части микроскопа. Перед употреблением покровные и предметные стекла вытирают мягким полотенцем.

Химически чистая посуда для гидробиологического анализа должна храниться с закрытыми стеклянными пробками или завинчивающимися крышками в таре, защищенной от пыли: ящиках лабораторного стола или закрытых полках, стеллажах и т.п.

5.2. Отбор и хранение проб

Для получения репрезентативных данных о состоянии флокулообразования активного ила, его седиментационных свойств, получения точных количественных характеристик нитчатых организмов необходимо, чтобы такие показатели, как концентрация активного ила по объему и весу, иловой индекс, прозрачность надиловой воды, подсчет индикаторных организмов активного ила выполнялись в одной пробе (см. ПНД Ф СБ 14.1.77-96 «Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками»).

При взятии проб измеряют температуру воды. Для этого используют термометры с делением 0,1 °С. Для определения температуры на месте взятия пробы 1 дм 3 воды наливают в склянку, нижнюю часть термометра погружают в воду и через 5 мин снимают показания, держа его вместе со склянкой на уровне глаз. Точность определения ± 0,5 °С.

Вся грязная посуда после отбора проб и проведения анализов должна подвергаться стерилизации кипячением в течение 1 часа.

6. Техника микроскопирования

Гидробиологический анализ активного ила выполняется поэтапно в соответствии с требованиями, изложенными в ПНД Ф СБ 14.1.1.77-96.

При специфическом исследовании на развитие в активном иле нитчатых микроорганизмов дополнительно выполняются следующие этапы:

а). окрашивание нитчатых микроорганизмов;

б). определение их размеров;

в). определение родовой принадлежности;

г). количественный учет нитчатых микроорганизмов.

Для выяснения основных причин, вызывающих вспухание ила, и разработки мероприятий, его подавляющих, необходимо правильно определить хотя бы родовую принадлежность чрезмерно развившихся нитчатых микроорганизмов.

Использование техники выращивания нитчатых микроорганизмов на селективных средах представляется достаточно сложной и долговременной процедурой.

Наилучшим методом исследования остается прямое микроскопирование с применением метода фазового контраста при увеличении не менее 100х с использованием различных методик окрашивания.

6.1. Фиксация и окрашивание акридиновым оранжевым нитчатых микроорганизмов активного ила

Акридиновый оранжевый хорошо окрашивает оболочку нитчатых микроорганизмов и четко выявляет форму и расположение трихом.

6.2. Техника приготовления мазков активного ила

Для определения родовой, а в некоторых случаях и видовой принадлежности нитчатых микроорганизмов, кроме прижизненного окрашивания акридиновым оранжевым, применяют стандартную технику окрашивания бактерий. Для этого делают мазок, высушивают, фиксируют его и затем окрашивают.

Для приготовления тонкого мазка необходимо хорошо обезжирить предметные стекла (раздел 5.1). Иловая смесь тщательно перемешивается, микропипеткой отбирается объем не более 0,01 см 3 и наносится на предметное стекло. Бактериологической петлей круговыми движениями иловая смесь распределяется равномерным слоем в виде круга диаметром в 10-рублевую монету. Правильно приготовленный мазок имеет одинаковую толщину на всем своем протяжении. В том случае, если чрезмерное количество нитчатых микроорганизмов мешает приготовлению мазка с их равномерным распределением и небольшой плотностью, необходимо перед приготовлением мазка разбавить иловую смесь отфильтрованной надиловой водой.

6.3. Техника окрашивания по методу Грама

Окраска по Граму основывается на неодинаковом отношении микроорганизмов к красителям трифенилметановой группы: генцианвиолету, метилвиолету, кристалвиолету. Нитчатые микроорганизмы, входящие в группу положительных по Граму, например, Nocardia sp., Microthrix parvicella, дают прочное соединение с указанными красителями и йодом. Окрашенные нитчатые не обесцвечиваются при воздействии на них спиртом, вследствие чего при дополнительной окраске фуксином положительные по Граму нитчатые микроорганизмы не изменяют первоначально принятый фиолетовый цвет. Отрицательные по Граму микроорганизмы ( Sphaerotilus natans , тип 021 N и др.) образуют с генцианвиолетом, кристалвиолетом или метилвиолетом и йодом соединение, легко разрушающееся под действием спирта, в результате чего они обесцвечиваются и затем окрашиваются фуксином, приобретая красный цвет.

Отношение микроорганизмов к окрашиванию по Граму имеет основное диагностическое значение при определении нитчатых микроорганизмов.

Дополнение к разделу 6.3. Техника окрашивания по методу Грама

Окрашивание по Граму может дать неправильные или неожиданные результаты, что связано с:

а) использованием недоброкачественных красителей;

б) приготовлением слишком толстого мазка и затруднением обесцвечивания.

Приготовление: 2 г карболовой кислоты растирают в фарфоровой ступке и прибавляют небольшими порциями спирт во время растирания. После того, как состав хорошо разотрется, приливают при постоянном помешивании 100 см 3 дистиллированной воды. Раствор краски фильтруют через предварительно смоченный дистиллированной водой бумажный фильтр «белая лента». После фильтрации добавляют 1 г кристаллического фиолетового. Раствор хранится не более 3 месяцев. Доброкачественность окраски нитчатых микроорганизмов устанавливается при микроскопическом исследовании.

Окраску по Граму производят следующим образом:

в). Раствор Люголя сливают. Предметное стекло для обесцвечивания мазка погружают несколько раз в стаканчик со спиртом. Процесс обесцвечивания считается завершенным, когда от мазка перестают отделяться струйки жидкости, окрашенные в фиолетовый цвет.

г). Препарат тщательно промывают водопроводной водой.

д). Докрашивают спиртоводным раствором фуксина (раствор № 2) 2 минуты.

ж). Промывают водой, высушивают, микроскопируют.

Оценка результатов окраски: положительные по Граму нитчатые микроорганизмы окрашиваются основной краской в темно-фиолетовый цвет; отрицательные по Граму, воспринимая дополнительную окраску, приобретают ярко-малиновый цвет.

Окрашивание по Граму может дать неправильные или неожиданные результаты, что связано с:

а) использованием недоброкачественных красителей;

б) приготовлением слишком толстого мазка и затруднением обесцвечивания.

Дополнение к разделу 6.3.1. Предварительная подготовка необходимых растворов

Раствор Люголя (Lugol). Состав:

Если не удается добиться хороших результатов окрашивания, можно использовать более концентрированный раствор йода по Бурке вместо раствора Люголя (техника окрашивания используется та же).

Раствор йода по Бурке. Состав:

6.4. Техника окрашивания по методу Нейссера

Окраску нитчатых микроорганизмов по способу Нейссера производят для обнаружения включений гранул полифосфатов в виде зерен волютина.

Предварительная подготовка синьки Нейссера. Готовят отдельно два основных раствора.

Для окраски зерен волютина непосредственно перед окраской смешивают 2 части первого раствора с 1 частью второго.

Окраску по Нейссеру проводят в следующей последовательности:

б). Синьку сливают, на препарат наносят на 1 минуту несколько капель раствора Люголя.

в). Мазок промывают водой, подсушивают фильтровальной бумагой.

д). Промывают водой, подсушивают и микроскопируют.

Дополнение к разделу 6.4. Техника окрашивания по методу Нейссера

Водный раствор красителя хризоидина. Состав:

Приготовление водного раствора хризоидина. В воронку на бумажный фильтр (красная, белая ленты) насыпают 1,0 г хризоидина и выливают на него 150 см 3 кипящей дистиллированной воды, полностью растворяя порошок. После охлаждения краситель готов к употреблению.

Спиртовой раствор красителя

Приготовление спиртового раствора красителя Везувина. 2,0 г Везувина высыпают во флакон, заливают спиртом и ставят на 24 ч в термостат при 37 °С, периодически взбалтывая. К полученному спиртовому раствору добавляют 40 см 3 кипящей дистиллированной воды, перемешивают и фильтруют через бумажный фильтр (белая, красная ленты).

6.5. Окрашивание нитчатых микроорганизмов для обнаружения чехольчатого строения

6.6. Измерение размеров нитчатых микроорганизмов

Измерение размеров нитчатых микроорганизмов производят с помощью окуляр-микрометра по масштабной линейке объект-микрометра. Пользуясь окуляр-микрометром, помещают на столик микроскопа объект-микрометр и, достигнув резкости (сильно затемняют), сравнивают число делений окуляр микрометра с таковыми на линейке объект-микрометра при данном увеличении и вычисляют цену деления окуляр-микрометра (абсолютное значение одного деления окуляр-микрометра), затем измеряют нитчатые организмы (диаметр, длина клеток) при непосредственном наблюдении под микроскопом. При изменении увеличения вновь вычисляют цену деления окуляр-микрометра.

7. Методы количественного учета нитчатых микроорганизмов

Для учета нитчатых микроорганизмов применяется метод определения абсолютного количества микроорганизмов в единице объема иловой смеси (с пересчетом на сухой вес активного ила), в результате находят абсолютную частоту встречаемости нитчатых микроорганизмов в активном иле.

Точных результатов можно достичь, используя счетные камеры Горяева, Кольквитца, Нажотта и других. Камеру накрывают покровным стеклом и притирают его до образования радужных колец интерференции, что является признаком достаточно плотно притертого стекла. Пипеткой отбирают произвольное количество тщательно перемешанной иловой смеси и наносят ее капли на нижний и верхний край покровного стекла, заполняя камеру так, чтобы не попадали в нее пузырьки воздуха; избыток иловой смеси вытесняется по канавкам камеры. Просматриваются все квадраты по диагонали или камера целиком (если численность организмов незначительная). Подсчет производят под микроскопом МБИ или МБР при увеличении в 100 и 200 раз.

В каждой пробе подсчитываются нитчатые как минимум в 3-х камерах с последующим вычислением среднего арифметического. Пересчет численности микроорганизмов проводится по формуле:

После чего численность подсчитанных организмов в 1 см 3 необходимо пересчитать на грамм сухого вещества активного ила.

При отсутствии счетных камер можно пользоваться методом «откалиброванной капли». Для этого микропипеткой отбирают 0,1 см 3 тщательно перемешанной иловой смеси, наносят каплю на предметное стекло и покрывают покровным стеклом размером 24×24 мм. Необходимо просмотреть не менее 3-х таких препаратов. В каждом препарате по диагонали просматривают 10 полей зрения (увеличение 10х). После подсчета количества нитчатых в 30 полях зрения (10 под тремя стеклами) находят среднее арифметическое для 1 поля зрения. Количество в 1 см 3 определяется по формуле:

Если подсчитывается капля иловой смеси целиком (все поля зрения), то рассчитывается специфическая плотность ρ найденных микроорганизмов, тыс. экз/г ила, по формуле:

27 : 2 : 0,01 = 1350 тыс. экз/г.

Так определяется специфическая плотность микроорганизмов, выраженная в тысячах экземпляров на 1 г сухого вещества активного ила.

Нормы погрешности измерений (для всех перечисленных методов):

при численности нитчатых микроорганизмов до 10 тыс. единиц включительно в пересчете на 1 г сухой массы активного ила δ = ± 25 %;

при численности нитчатых микроорганизмов от 10 тыс. до 30 тыс. единиц включительно в пересчете на 1 г сухой массы активного ила δ = ± 45 %.

8. Систематика нитчатых микроорганизмов

При определении нитчатых микроорганизмов до рода следует учитывать следующие основные признаки:

форму нитчатых (прямая, изогнутая, закрученная);

форму и размер клеток внутри нитей (квадратные, круглые, разные по длине);

ветвление нитей истинное у грибов и актиномицетов ( Nocardia ) и ложное у бактерий ( Sphaerotilus natans );

подвижность нитей, их скольжение ( Beggiatoa движется, скользя передним концом или петлеобразно, фото 6);

наличие клеток гетеротрофной микрофлоры на поверхности нитчатых микроорганизмов ( Sphaerotilus natans, фото 7);

отношение к окрашиванию по Граму, что зависит от химического состава стенок клеток бактерий;

отношение к окрашиванию по Нейссеру, которое позволяет обнаружить гранулы полифосфатов.

На схеме 1 представлен краткий определитель нитчатых организмов, составленный на основе перечисленных систематических признаков.

9. Нарушение седиментационных свойств активного ила. Виды вспухания

По характеру изменений, происходящих в активном иле, вспухание подразделяется на два основных типа:

9.1. Гелевое вспухание ила

Изъятие активным илом легкоокисляемых органических веществ из сточных вод происходит с высокой скоростью путем обычной диффузии этих веществ через полупроницаемые мембраны клеток микроорганизмов. Сложные трудноокисляемые органические вещества способны проникнуть внутрь бактериальной клетки только после их предварительного гидролиза или присоединения вещества к специфическому белку (экзоферменту), выделяемому клетками ила в составе экзополимерного геля. Чем сложнее состав загрязняющих веществ, присутствующих в сточной воде, тем большее количество разнообразных ферментов выделяется клетками ила, селективно воздействующих на различные виды органических загрязняющих веществ, тем интенсивнее происходит гелеобразование хлопьями ила.

При нормально протекающем процессе биологической очистки выделение полимерного геля бактериями ила повышается (но не чрезмерно) при увеличении времени аэрации за счет продления третьей стадии биологической очистки, стадии эндогенного питания и синтеза бактериальной массы, а также на стадии регенерации ила. Если загрязняющие вещества промышленного происхождения, присутствующие в сточных водах, не только трудноокисляемые, но еще и токсичные, процесс гелеобразования нарушается, хлопья ила диспергируются, ухудшается их осаждаемость, компактность и флокуляция.

Высокая кислородопоглощаемость активного ила при развитии гелевого вспухания сопровождается пониженными значениями содержания растворенного кислорода в иловой смеси (иногда на фоне удовлетворительной подачи воздуха в аэротенки). Это обусловлено тем, что значительная часть подаваемого кислорода воздуха расходуется на хемоокисление трудноокисляемых загрязняющих веществ, которые, в свою очередь, блокируют дыхательные ферменты организмов активного ила, повышая их потребности в содержании кислорода.

Дефицит кислорода является не первопричиной гелевого вспухания ила, а только следствием механизма действия токсикантов на активный ил.

9.2. Нитчатое вспухание ила

Нитчатое вспухание ила возникает при чрезмерном развитии и накоплении организмов с нитчатой структурой.

Следует отметить, что вспухший ил, хотя и плохо осаждается, но чистит очень эффективно. Нитчатые образования создают рыхлые (фото 3, 4) открытые хлопья с развитой поверхностью и высокой окислительной способностью. При исследовании вспухшего ила в лабораторном цилиндре легко заметить, что надиловая вода, как правило, очень чистая и прозрачная. Однако, отсутствие надежных конструкций вторичных отстойников, обеспечивающих отделение вспухшего ила от очищенной воды, не позволяет воспользоваться свойством нитчатых организмов хорошо очищать сточные воды.

Нитчатые микроорганизмы, наиболее часто вызывающие вспухание ила (в порядке убывания распространенности)

Sphaerotilus natans (фото 7)

Хламидобактерии характеризуются трихомным строением отдельных особей. Трихомы представляют собой нить, составленную из отдельных клеток, находящихся в таком тесном контакте друг с другом, что отдельные клетки трихомов редко индивидуализируются как самостоятельные организмы (фото 5). Скользящие, подвижные Thiothrix и Beggiatoa различаются толщиной нитей, сегментацией и расположением в них гранул серы. Серобактерии способны окислять минеральные соединения серы, обладают устойчивостью к воздействию токсичных веществ и недостатку кислорода. При движении наблюдается характерный изгиб клетки в форме дуги и движение вперед изогнутой частью (фото 6).

Нитчатые бактерии рода Sphaerotilus наиболее часто, но в незначительном количестве встречаются в обычном активном иле. Неподвижные трихомы Sphaerotilus natans образуют подвижные одноклеточные гонидии, снабженные пучком жгутиков. Нити Sphaerotilus natans одеты слизистым чехлом (фото 7), имеют ложное ветвление (более редкое в условиях обилия легко усвояемых органических веществ и более частое при их низкой концентрации) (Разумов, 1957). По всей длине нити клетка Sphaerotilus natans равного диаметра.

Синезеленые водоросли Cyanophyta, вследствие способности переходить к фотосинтезу, сходному с бактериальным, высокой устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов (температура, щелочность среды, токсиканты и т.д.) могут достигать значительной численности в активном иле аэротенков и вызывать вспухание; они же, как правило, вызывают «цветение» водоемов. Нитчатое трихомное строение тела, способность к скользящему движению, отсутствие настоящих ядер, хлоропластов и вакуолей, заполненных клеточным соком, у Cyanophyta настолько морфологически объединяет их с нитчатыми хламидобактериями, что при микроскопическом исследовании их зачастую трудно разделить. Обособляет Cyanophyta от бактерий только наличие оксигенного фотосинтеза и значительная устойчивость к токсикантам, что позволяет им развиваться в условиях непригодных для бактерий. При микроскопическом исследовании можно обнаружить у водорослей газовые вакуоли и врастание внутренних слоев многослойной оболочки внутрь клетки при ее делении. Трудно отделить от рода Sphaerotilus гормогониевые водоросли Tolypothrix. Наиболее часто вызывают вспухание синезеленые водоросли родов Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis.

10. Причины, вызывающие вспухание активного ила, и основные факторы, способствующие его развитию

Основные различия в физиологических характеристиках сапрофитной гелеобразующей микрофлоры и хламидобактерий активного ила*

* Таблица приведена с изменениями по исследованию Sykes J.С. The use of biological selector technology to minimize sludge bulking. In: Biological nitrogen and phosphorus Removal: The Florida Experience. 1989. TREEO Center, University of Florida.

Скорость потребления субстрата

Специфическая скорость размножения

Эндогенная скорость разложения субстрата (на стадии эндогенного питания с помощью ферментов)

Снижение специфической скорости размножения в низкоконцентрированных субстратах

Устойчивость к голоданию

Снижение специфической скорости размножения при низких концентрациях растворенного кислорода

Способность интенсивно сорбировать органические вещества в среде с избыточным их содержанием

Способность использовать нитраты как акцептор электронов

Обильное потребление фосфора, потребность в его достаточном содержании

Несмотря на схожие физиологические характеристики всех родов хламидобактерий, указанные в табл. 2, каждый род имеет свои специфические особенности и определенную устойчивость к воздействию разнообразных факторов. Поэтому при доминировании какого-либо фактора возникает вспухание, вызываемое определенным родом хламидобактерий, наиболее приспособленных к конкретным экологическим условиям, что позволяет при определении рода доминирующих нитчатых организмов уточнить причины вспухания и разработать мероприятия по его подавлению.

Этот вид нитчатого вспухания, первый по распространенности, вызываемый хламидобактериями рода Sphaerotilus и возникающий по причине повышенного содержания легкоокисляемых загрязняющих веществ в сточных водах, которые активный ил адсорбирует, но окислить не успевает, наиболее распространен на сооружениях, очищающих сточные воды пищевой, консервной промышленности, пивоваренных и сахарных заводов.

Потребление кислорода идет со скоростью, соответствующей высокой степени изъятия субстрата в начальный период сорбции загрязняющих веществ. Затем устанавливается равновесие между скоростью потребления кислорода и скоростью окисления субстрата, что соответствует завершению биоразложения биомассой сорбированного субстрата. Если такого равновесия не наступает, угнетаются гетеротрофные микроорганизмы и их экологическую нишу занимают хламидобактерии аэробы, которым свойственна низкая скорость сорбции и потребления субстрата, а также устойчивость к недостатку кислорода (Sezgin et al., 1978).

Третий вид вспухания провоцируется составом сточных вод, дисбалансированных по элементам питания для активного ила.

При подаче избыточного активного ила в первичные отстойники следует учитывать, что эта схема применима только в случае наличия высококонцентрированных сточных вод, поступающих на очистку и их неудовлетворительного осветления. Необходимый объем избыточного ила, направляемого в первичные отстойники, должен быть определен на основании экспериментальных данных. Для сокращения общего объема осадков более эффективно использовать отдельно стоящие уплотнители смеси сырого осадка и избыточного ила.

При хроническом вспухании активного ила следует отказаться от подачи избыточного ила в первичные отстойники для обеспечения удовлетворительной работы очистных сооружений.

Четвертый вид нитчатого вспухания связан со способностью серобактерий окислять соединения серы и накапливать их в виде капелек внутри клеток. Нитчатые формы бесцветных серобактерий родов Beggiatoa, Thiothrix часто чрезмерно развиваются в сточных водах, содержащих восстановленные соединения серы и серосодержащие органические вещества.

Пятый вид нитчатого вспухания, сапрофитно-грибковое (фото 11), развивается в кислых сточных водах (при рН меньше 5,0), возможно также развитие грибкового вспухания при недостатке азота как элемента питания активного ила. Основные причины нитчатого вспухания приведены в табл. 3.

Причины, вызывающие нитчатое вспухание активного ила

1. Высокие нагрузки на активный ил

1. Недостаток аэробности в аэротенках

2. Недостаток питательных веществ в сточных водах (азот, фосфор)

2. Отсутствие или недостаточная регенерация ила

3. Токсичные сточные воды

3. Недостаточный возраст активного ила

4. Сточные воды с рН менее 5,0

4. Отсутствие режима вытеснения сточных вод в аэротенках-смесителях

5. Серосодержащие сточные воды

11. Индикаторная оценка процесса биологической очистки в условиях вспухания активного ила

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. При развитии вспухания в активном иле можно обнаружить одновременное присутствие различных родов нитчатых хламидобатерий с обязательным количественным преобладанием одного рода, наиболее характерного для данных экологических условий.

Вспухание активного ила не только сопровождается чрезмерным накоплением нитчатых микроорганизмов, но и затрагивает весь биоценоз.

Для более глубокого понимания процесса перестройки биоценоза под влиянием различных неблагоприятных факторов следует обратиться к разделу 1.9 ПНД Ф СБ 14.1.77-96.

При развитии хламидобактериального вспухания реакция со стороны биоценоза, в основном, приспособительная к таким факторам, как: увеличение удельной нагрузки, дисбалансированное питание, воздействие токсических веществ, снижение растворенного кислорода в иловой смеси, сокращение времени контакта загрязняющих веществ с оптимальным количеством активного ила (время кон такта предопределено объемом аэротенков при проектировании), отсутствие режима «вытеснения» в аэротенках-смесителях (поршневого потока), т.е. отсутствие стадий последовательного окисления загрязняющих веществ по мере протекания сточных вод от начала к концу коридоров аэротенков.

В табл. 4 представлены биоиндикаторы, численность которых значительно возрастает при воздействии различных неблагоприятных факторов, вызывающих вспухание.

Индикаторная оценка процесса биологической очистки в условиях нитчатого вспухания ила

Токсичные сточные воды

нитчатых серобактерий родов Thiothrix, Beggiatoa, тип O21N;

диспергированных бактерий, не связанных с хлопьями ила;

мелких раковинных планктонных амеб;

возможно, нитчатых водорослей;

инцистированных форм простейших.

Высокие нагрузки на ил по легкоокисляемым органическим загрязняющим веществам

нитчатых бактерий рода Sphaerotilus natans;

всех видов бентосных раковинных амеб.

мелких бесцветных жгутиковых;

крупных свободноплавающих инфузорий бактериофагов.

Дисбалансированное питание для активного ила (нарушение пропорционального соотношения в содержании биогенных веществ в очищаемой воде)

зооглейных форм бактерий.

Медленный прирост ила.

Кислые сточные воды

Возрастание численности сапрофитных грибов

12. Способы борьбы с вспуханием активного ила

Комплекс мероприятий, направленных на подавление вспухания активного ила, должен разрабатываться только после точного установления причин, вызывающих вспухание, что обеспечивается правильной диагностикой родовой принадлежности вызывающих его нитчатых организмов при гидробиологическом анализе ила.

При возникновении гелевого вспухания следует выявить источники поступления в сточные воды трудноокисляемых или неокисляемых биологическим способом промышленных загрязняющих веществ и разработать мероприятия по локальному их удалению непосредственно из сточных вод промышленного предприятия перед сбросом в системы канализации. Для профилактики возникновения гелевого вспухания на стадии проектирования сооружений биологической очистки с аэротенками должно быть соблюдено требование СНиП 2.04.03-85 : «отношение ХПК к БПК₅ в поступающей на очистку воде должно быть не более 1,5». Если это требование не соблюдается, необходимо предусмотреть локальные очистные сооружения на предприятиях со сложным промышленным составом сточных вод.

Наиболее трудно ликвидировать хроническое вспухание, поскольку требуется или техническая реконструкция очистных сооружений, или предварительная очистка сточных вод до их поступления на сооружения биологической очистки или двухступенчатая очистка с регенерацией не менее 50 % ила.

При хламидобактериальном вспухании, вызванном перегрузкой ила легкоокисляемыми органическими веществами, необходимо, чтобы величина сброса загрязняющих веществ не превышала возможности активного ила их переработать, а это может быть обеспечено увеличением концентрации активного ила и повышением его способности к ферментативному окислению, что в свою очередь должно быть достигнуто достаточной аэробностью системы. Выполнение всех этих условий предполагает (при развитии в активном иле вспухания) проведение мероприятий, включающих три основные части: 1) повышение аэробности системы, 2) снижение нагрузок на активный ил, 3) повышение ферментативной активности микрофлоры стимуляцией ила алкилирующими агентами с последующей его селекцией (метод химического мутагенеза).

Эффективным материалом для носителей биомассы, размещаемых в аэротенках, по эколого-физическим характеристикам является ершовая нить из капронового волокна, которая обеспечивает удержание значительного количества биопленки на единицу высокой удельной поверхности. Удельная поверхность адсорбции на ершах составляет 500 м 2 /м 3 (Куликов, 1982). Иммобилизация клеток ила на носителях обычно проходит по типу естественной адгезии, т.е. самопроизвольного прилипания клеток организмов к поверхности носителя.

Для повышения активности ферментов и избирательности ферментативного окисления у микрофлоры используется метод химического мутагенеза активного ила, при котором ил обрабатывается алкилирующими агентами, специально синтезируемыми веществами (Раппопорт, Васильева, 1980; Силантьева, Замелин, Федосова, 1981; Жмур, Лапшин, 1994). Обработке подвергается малая доля активного ила, имеющегося на очистных сооружениях. В результате активирования формируются популяции гелеобразующих сапрофитных бактерий, хорошо адаптированных к повышенным содержаниям субстратов и способных конкурентно подавлять развитие аллохтонных, патогенных, а также нитчатых бактерий. Смена ценоза активного ила идет в направлении адаптивном к заданному стоку и представляет собой микрофлору, содержащую все ферментные системы, необходимые для деградации присутствующих загрязняющих веществ. Активный ил после обработки улучшает свои седиментационные свойства. Индуцированная активация ила обеспечивает устойчивый эффект увеличения скорости и глубины изъятия загрязняющих веществ и улучшения влагоотдающих свойств ила. Причем обработку ила алкилирующими агентами должен проводить обученный этому специалист.

При возникновении вспухания, вызванного воздействием токсикантов, проводятся те же мероприятия с включением дополнительных:

Причины, вызвавшие вспухание активного ила, и рекомендуемые мероприятия его подавления

Источник

• ← вспух язык что делать
• вспухла батарея телефона что делать →