Исследовательская работа "Влияние кислотности сточных вод на жизнедеятельность активного ила на примере Vorticella sp."

Влияние кислотности сточных вод на жизнедеятельность
активного ила на примере Vorticella sp.

Аннотация

Влияние кислотности сточных вод на жизнедеятельность активного ила
на примере Vorticella sp.

Автор: учащаяся 10 класса муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения
«Средняя школа №7 им. Н.К.Крупской» Азовцева Ольга Владимировна

Руководитель: учитель биологии Циклов Сергей Борисович.

Работа посвящена проблеме биологической очистки сточных вод. Цель работы изучение реакции обитателей систем биологической очистки сточных вод на изменение водородного показателя среды. В качестве модельной группы в работе использованы простейшие животные рода Vorticella (Сувойки) из группы Peritricha (Круглоресничные инфузории).

Работа выполнена на базе гидробиологической лаборатории городских очистных сооружений МУП «Коммунальник». Основные методы работы: микроскопирование с увеличением в 300 раз, визуальное наблюдение за активностью организмов активного ила, определение до рода по атласу «Фауна аэротенков» (Кутикова Л.А.1984.).

Выбор Vorticella sp. в качестве модельной группы основан на положении о наличии среди организмов активного ила индикаторных групп (Жмур Н.С. 2003), наличие которых свидетельствует о благополучном состоянии биоценоза активного ила, а значит о качественной очистке сточных вод от органических загрязнителей.

В результате исследований обнаружены как общие изменения в структуре активного ила (изменение окраски, вспухание), так и конкретные изменения активности отдельных видов. В частности при изменении pH среды в сторону сильно кислого или сильно щелочного у Vorticella sp. прекращалась работа ресничного аппарата, что означало прекращение питания. Форма тела изменялась с колоколообразной на овальную, переставали сокращаться прикрепительные нити. Инфузории отделялись от субстрата, переходя в стадию «бродяжки», сокращались, покрывались плотной оболочкой и переходили к состоянию покоя (инцистировались).

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1) разнообразие биоценоза аэротенков городских очистных сооружений довольно велико, что свидетельствует о нормальном состоянии активного ила, а значит и о качественной работе очистных сооружений; 2) деятельность активного ила может быть нарушена в случае попадания в сточные воды сильно кислых или щелочных сбросов. Это подтверждается изучением влияния pH среды на активность такой индикаторной группы как Vorticella sp.

На основании проведенных исследований можно рекомендовать осуществление контроля сброса сточных вод на малых предприятиях города, не имеющих собственные очистные сооружения.

Введение

Увеличение численности населения приводит к росту потребления воды и, как следствие, к увеличению объемов сточных вод, требующих очистки и обеззараживания. Особенностью сточных вод является преобладание в качестве загрязнителей различных органических соединений и аммонийных форм азота. Наиболее эффективным методом удаления названных загрязнителей является биологический, основанный на способности некоторых видов микроорганизмов в определённых условиях использовать загрязняющие вещества в качестве своего питания. Совокупность организмов, применяемых в системах биологической очистки, называется активным илом.

Живые организмы, используемые в системах биологической очистки, могут по-разному реагировать на изменение химического состава сточных вод, их температуры, содержания кислорода и других факторов, что может сказываться на качестве очистки сточных вод. Поэтому изучение реакции организмов на изменение условий обитания и поиск оптимальных условий является весьма актуальной проблемой.

Цель данной работы - изучении реакции обитателей систем биологической очистки сточных вод на изменение водородного показателя среды на примере Vorticella sp.

Задачи:

- изучить литературу по вопросам биологической очистки сточных вод;

- изучить систему биологической очистки сточных вод на городских очистных сооружения МУП «Коммунальник»;

- отобрать пробы активного ила;

- изучить видовой состав наиболее типичных обитателей активного ила, выделить индикаторные виды;

- на примере одного из них провести изучение влияния водородного показателя среды на активность жизнедеятельности.

Обзор литературы

Метод биологической очистки сточных вод. Понятие «активный ил»

Метод биологической очистки сточных основан на способности некоторых видов микроорганизмов в определённых условиях использовать загрязняющие вещества в качестве своего питания. Биоценоз микроорганизмов (бактерий, грибов и простейших животных), участвующих в чистке сточных вод, называется активный ил. Множество микроорганизмов, составляющих активный ил биологического очистного сооружения, находясь в сточной жидкости, поглощает загрязняющие вещества внутрь клетки, где они под воздействием ферментов подвергаются биохимическим превращениям. При этом органические и некоторые виды неорганических загрязняющих веществ используются бактериальной клеткой в двух направлениях.

В первом случае происходит биологическое окисление загрязняющих веществ в присутствии кислорода до безвредных продуктов углекислого газа и воды. Выделяющаяся при этом энергия используется клеткой для обеспечения своей жизнедеятельности (движение, дыхание, размножение и т. п.).

Во втором загрязняющие вещества используются в процессе пластического обмена для образование собственных органических компонентов клетки, что обеспечивает рост и размножение организмов активного ила.

Р езервуар для биологической очистки сточных вод от органических загрязнений путем окисления их микроорганизмами, находящимися в аэрируемом слое, называется аэротенк. В аэротенке происходит перемешивание обрабатываемых сточных вод с активным илом и насыщение этой смеси кислородом, необходимым для жизнедеятельности организмов активного ила.

Большая насыщенность сточной воды активным илом и непрерывное поступление кислорода обеспечивают интенсивное биохимическое окисление органических веществ, поэтому аэротенки являются одним из наиболее совершенных сооружений для биохимической очистки.

Организмы активного ила

В состав микроорганизмов активного ила при работе аэротенков в стандартных условиях наиболее часто входят следующие организмы: бактерии, простейшие, коловратки, черви, микроводоросли.

Бактерии активного ила представлены тремя основными формами: палочки, кокки и спириллы. Маленький размер бактерий определяет большую удельную поверхность, обеспечивающую высокую интенсивность потребления субстрата. В сооружениях биологической очистки бактерии существуют в виде компактной или рыхлой массы, образуя скопления.

Некоторые бактерии образуют особые формы – зооглеи, представляющие собой желеобразную массу полисахаридного геля с вкраплениями бактериальных клеток шаровидной или палочковидной формы. Свойства всех зооглей различны, единственное, что их объединяет - это наличие уксуснокислотных бактерий.

Наиболее многочисленны в активном иле представители простейших животных (Protozoa), представляющие собой одноклеточные организмы. Protozoa, встречающиеся в активном иле, представлены тремя основными группами: корненожки (Phizopoda), жгутиконосцы (Flagellata), инфузории (Ciliata).

Голые амебы. Питаются бактериями, мелкими простейшими и растворенными в воде питательными веществами. Такой разнообразный тип питания позволяет предположить значительную роль голых амеб в очистке сточных вод.

Раковинные амебы. Легко идентифицируются в активном иле благодаря наличию плотной раковины с отверстием, из которого иногда выходят псевдоподии, служащие для передвижения и захвата пищи. Разделяются на две экологические группы: парящие и приуроченные к хлопьям активного ила.

Arcella (раковинная амеба)

Солнечники. Хищники, питающиеся жгутиковыми, коловратками, инфузориями.

Heliozoa (солнечники)

Наиболее многочисленными по числу видов и особей в активном иле являются представители инфузорий (Ciliata). Инфузории обладают постоянной формой тела и весьма сложным строением, движутся при помощи ресничек. Инфузории, встречающиеся в активном иле, разделяют на три группы: Holotricha – равноресничные, все тело равномерно покрыто ресничками, Spirotricha – спиральноресничные, на теле реснички расположены неравномерно, имеется околоротовая спираль ресничек; Peritricha – круглоресничные, также имеют околоротовую спираль, но на теле ресничек нет. Последние являются наиболее типичными представителями организмов активного ила. Среди них наиболее типичными являются сувойки – род инфузорий из семейства Vorticellidae. Одиночные или колониальные микроскопические формы, ведущие неподвижный образ жизни, прикрепляясь с помощью длинной, сократимой ножки или стебелька к неподвижным предметам или к наружным покровам рачков и других животных.

Жгутиконосцы (Flagellata или Mastigophora), встречающиеся в составе активного ила, могут быть разделены на бесцветные и окрашенные. Жгутиковые имеют тонкую клеточную оболочку, довольно изменчивую форму тела с одним или несколькими жгутиками. Размер жгутиковых обычно не превышает 40-50 мкм, встречаются как одноклеточные, так и колониальные формы.

Среди многоклеточных организмов активного ила наиболее обычными являются коловратки (Rotatoria), обладающие мощной мускулатурой, их легко отличить от простейших по сильным сокращениям тела, свободным движениям, даже если размеры иногда совпадают с простейшими.


Коловратки: a - Philodina roseola, b - Macrotrachela quadricornifera, c - Habrotrocha constricta, d - Adineta vaga.

Кроме коловраток в активном иле также встречаются представители Круглых и Кольчатых червей. К первому типу принадлежат нематоды (Nematoda) – черви с плотной кутикулой и заостренными концами тела, развивающиеся в хорошо работающем иле. При переваривании нематодами иловой массы хлопья активного ила проходят хорошую минерализацию и укрупняются. Ко второму типу относятся представители малощетинковых червей (Oligochaeta) – мелкие кольчатые черви розоватого цвета, на каждом членике тела снабженные щетинками, на конце иногда просвечиваются жировые железки красноватого цвета. Малощетинковые черви питаются в основном бактериями активного ила. Под воздействием их пищеварения, хлопья активного ила хорошо минерализуются и уплотняются, поэтому они положительно влияют на рабочие свойства активного ила.

К роме перечисленных групп многоклеточных животных в аэротенках могут быть обнаружены также водные клещи, развивающиеся в хорошо минерализованном иле, и тихоходки – мелкие хищники, прокалывающие жертву двумя стилетами, расположенными в ротовой полости, и высасывающие содержимое клеток.

Материал и методика

Исследования проводились на базе гидробиологической лаборатории городских очистных сооружений МУП «Коммунальник». Объектом исследования являлся биоценоз активного ила работающих аэротенков.

Изучение видового состава и обилия организмов активного ила производилось путем микроскопирования при увеличении х300. Приготовленный микропрепарат последовательно просматривался зигзагообразно (сверху вниз, справа налево), при этом производилось определение обнаруженных организмов с точностью до рода.

Во внимание принимались данные Жмур Н.С., которая указывает на существование группы организмов – индикаторов состояния активного ила и, как следствие, качества очистки воды. К таким видам относятся: