Микроорганизмы активного ила и биопленки

Министерство образования и науки РФ

 

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

 

Кафедра физико-химической технологии защиты биосферы

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по курсу «Основы микробиологии и биотехнологии»

На тему: «Микробиологические методы очистки сточных вод. Микроорганизмы активного ила и биопленки»

 

 

 

 

Студентка:                                                                                    Мухаметзянова А.А.

ЗФ курс (3,5 г.)                                                                         

Шифр 11462                                                                                          

Специальность 280201                                                                    

Преподаватель:                                                                                Липунов И.Н.

 

Екатеринбург 2013

Содержание

 

Введение	3
1. Микробиологические методы очистки сточных вод 2. Микроорганизмы активного ила и биопленки 3. Перспективы использования микробных биопленок в очистке сточных вод Заключение Список использованных источников	4 7   12 15 16

 

Введение

Особенностью использования воды в хозяйственной деятельности человека является то, что подавляющая ее часть в процессе того или иного производства изменяет свое качество, загрязняясь различными химическими веществами и возвращаясь в природные водоемы в виде сточных вод. Наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод являются нефтепродукты, фенолы и их производные, легко-окисляемые органические вещества, ионы тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества, пестициды, радиоактивные вещества. Основными источниками загрязнения являются промышленное и сельскохозяйственное производство, а также коммунальное хозяйство.

Попадание в поверхностные водоемы со сточными водами нефтепродуктов, различных органических веществ, ионов тяжелых цветных металлов, пестицидов, минеральных и органических удобрений, азот- и фосфорсодержащих веществ приводит к нарушению гидрохимического и гидрологического режима водоемов, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности гидробионтов [1].

Техническая политика в области охраны водных ресурсов страны сочетает рациональное их использование с минимизацией отрицательного воздействия техногенного производства на качество природных вод. Минимизация заключается в использовании эффективных методов очистки сточных вод перед сбросом их в природные водоемы с целью предотвращения загрязнения поверхностных вод.

Одним из наиболее распространенных и эффективных способов очистки сточных вод является биологическая очистка. Этот метод нашел широкое применение для очистки сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, гидролизной, коксохимической, химической, пищевой промышленности, а также хозяйственно-бытовых сточных вод.

Цель контрольной работы является рассмотрение микробиологических методов очистки сточных вод и микроорганизмов активного ила и биопленки.

 

Микробиологические методы очистки сточных вод

 

Процесс биологической очистки основан на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества для своего питания. Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, оксид углерода (IV) и другие простые вещества. Органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода. Разрушение органических веществ с помощью микроорганизмов называют биохимическим окислением.

Методы очистки сточных вод от органических загрязнений и неокисленных минеральных соединений с помощью микроорганизмов разделяются на анаэробные и аэробные методы. Анаэробные микробиологические процессы применяются для минерализации как растворенных органических веществ, так и твердой фазы сточных вод. Такие процессы протекают в замедленном темпе, идут без доступа кислорода и используются, главным образом, для сбраживания осадков сточных вод. Аэробные процессы очистки применяются преимущественно для минерализации органических веществ, растворенных в жидкой фазе сточных вод. Аэробный метод очистки основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода.

Биологическая очистка сточных вод осуществляется в сооружениях, работающих в естественных или искусственно созданных условиях. К пер­вым относятся биологические пруды, поля орошения и поля фильтрации, ко вторым – аэротенки и биофильтры. В биофильтрах, на полях орошения и фильтрации сточная жидкость очищается в процессе ее протекания через фильтрующий слой. На поверхности почвенных комочков, щебня, керам­зита или других твердых частиц развиваются микроорганизмы, которые извлекают из протекающей сточной жидкости необходимые им питатель­ные вещества и тем самым способствуют ее очищению.

К сооружениям биологической очистки, работающим на принципе очистки воды в водоеме, относятся биологические пруды и аэротенки. В этих сооружениях основную роль в процессах очистки играют микроорга­низмы, взвешенные в воде. Стабильно работающие сооружения биологи­ческой очистки имеют все признаки экологической системы: ограничен­ный объем с достаточно однородными условиями существования (биотип), сложившийся биоценоз, установившийся процесс превращения энергии. В биоценозах различных очистных сооружений всегда присутствуют бакте­рии и почти всегда простейшие. Кроме того, в зависимости от типа очист­ного сооружения, технологических и климатических условий в биоценоз могут входить водоросли, грибы, черви и различные членистоногие [2].

Каждое очистное сооружение представляет собой особую экологиче­скую нишу со специфическими условиями существования, влияющими на формирование биоценоза. При стабильной работе сооружения его биоце­ноз является устойчивой саморегулирующейся системой со сложившимися трофическими и другими связями. Характер биоценоза определяется ти­пом очистного сооружения и режимом его работы.

Не все сточные воды имеет смысл подвергать биологической очистке. Если в них отсутствуют органические вещества или их количество слиш­ком мало, то биологическая очистка таких вод не требуется. Исключение составляют промышленные сточные воды, содержащие значительные ко­личества биогенных элементов. Такие стоки могут очищаться со сточными водами, в которых биогенных элементов недостаточно. Отсутствие в сточ­ных водах биогенных элементов не является препятствием к биологиче­ской очистке, так как в случае необходимости их можно внести.

Одни органические вещества легко поддаются биологическому окис­лению, а другие окисляются очень трудно или не окисляются совсем. Для установления возможности подачи сточных вод на биологические очист­ные сооружения устанавливаются максимальные концентрации органиче­ских веществ, которые не влияют на процессы биологического окисления и на работу очистных сооружений. Практика очистки сточных вод различ­ных химических производств показывает, что существует ряд органиче­ских соединений, которые не окисляются аэробными микроорганизмами. К таким органическим соединениям относятся:

- ароматические углеводороды ряда бензола (н-пропилбензол – С₉Н₁₂ и третичный бутилбензол – С₁₀Н₁₄);

- галоидные производные углеводородов (хлористый метилен – СН₂Сl₂, хлористый этилен – C₂H₄Cl₂, хлороформ – СНСl₃, четыреххлори-стый углерод – CCl₄, хлобензол – С₆Н₅Сl);

- нитросоединения (нитробензол – С₆Н₅NO₂, нитрофенол – C₆H₄ОHNО₂);

-  спирты (амиловый третичный – С₄Н₈(ОН)₂, диэтиленгликоль – C₆H₁₂(OH)₂, триметилолпропан – С₆Н₄(ОН)₃, циклогексанол – С₆Н₁₁ОН);

-  эфиры (диэтиловый – С₄Н₁₀О, диэтиловый эфир этиленгликоля – С₆Н₁₄О₂, моноэтиловый эфир диэтиленгликоля – С₆Н₁₄О₃, дифенилфосфат – С₂₂Н₂₉РО₄,дихлорэтиловый эфир – С₄Сl₂Н₃О);

-  кетоны (метилвинилкетон – С₂Н₆О);

-  амины (триэтламин – C₆H₁₅N, диэтиламин – C₄H₁₁NH);

-  амиды (формамид – CH₃ON , диметилформамид – C₃H₇ON);

-  аминокислоты (цистин – C₆H₁₂S₂О₄N);

-  фенольные соединения (пирагаллол – С₆Н₆О₃);

- поверхностно-активные вещества (третичный бутилбензолсульфонат –C₁₀H₁₅SO₃Na).

Доступность какого-либо вещества биологическому окислению может быть оценена величиной биохимического показателя, под которым пони­мают отношение величин полного БПК (БПК_пол) и ХПК. Биохимический показатель является параметром, необходимым для расчета и эксплуата­ции промышленных биологических сооружений для очистки сточных вод. При величине биохимического показателя, равного или более 0,5 , вещест­ва поддаются биохимическому окислению.

Величина биохимического показателя колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод. Промышленные сточные воды имеют низкое значение биохимического показателя (0,05÷0,3), хозяйственно-бытовые сточные воды – выше 0,5. По величине биохимического показа­теля, концентрации загрязняющих веществ и степени их токсичности про­мышленные сточные воды делятся на четыре группы.

Первая группа промышленных сточных вод имеет величину биохими­ческого показателя 0,02. К этой группе отнесены, например, сточные воды пищевой промышленности (дрожжевых, крахмальных, сахарных, пивова­ренных заводов), прямой перегонки нефти, производства синтетических жирных кислот, белково-витаминных концентратов. Органические соеди­нения данной группы сточных вод не токсичны для микроорганизмов.

Вторая группа сточных вод имеет величину биохимического показа­теля в пределах 0,1-0,2. В эту группу входят сточные воды азотнотуковых, коксохимических, газосланцевых, содовых производств. Перед биологиче­ским окислением такие сточные воды необходимо подвергать механиче­ской очистке.

Биохимический показатель третьей группы сточных вод имеет вели­чину в пределах 0,01-0,001. Это сточные воды технологических процессов сульфирования, хлорирования, производства органических масел и по­верхностно-активных веществ, серной кислоты, а также сточные воды предприятий металлургической промышленности, машиностроения и др. Сточные воды этой группы перед биологической очисткой подлежат пред­варительной механической и локальной физико-химической очистке.

Четвертая группа характеризуется величиной биохимического показа­теля ниже 0,001. Сточные воды этой группы содержат в своем составе в основном взвешенные вещества. К этой группе относятся сточные воды угле- и рудообогатительных фабрик.

Действующим началом при биологической очистке сточных вод в искусственно созданных сооружениях является активный ил (аэротенк) или биопленка (биофильтр), представляющие собой частицы органическо­го вещества, населенные различными группами микроорганизмов – аэро­бов или факультативных анаэробов. Аэрация воды способствует созданию оптимальных условий для их жизнедеятельности и интенсификации про­цессов окисления органических веществ. Кроме того, перемешивание ре­акционной среды воздухом способствует поддержанию активного ила во взвешенном состоянии.

Микроорганизмы активного ила и биопленки

 

Активный ил является структурированной коллоидной системой, об­ладающей высокой сорбционной способностью, а также средой обитания многих микроорганизмов, обитающих в воде и почве.

Живые организмы представлены в активном иле скоплениями бакте­рий, простейшими организмами, одиночными бактериями, червями, плес­невыми грибами, дрожжами, актиномицетами и реже водорослями, личин­ками насекомых, рачков и др. Сообщество всех живых организмов, насе­ляющих ил, называют биоценозом. Биоценоз активного ила в основном представлен 12 видами микроорганизмов и простейших.

Скопления бактерий в активном иле окружены слизистым слоем. Та­кие скопления называются зооглеями (рис. 1). Они способствуют улуч­шению структуры ила, его осаждению и уплотнению. Слизистые вещества содержат антибиотики, способные подавлять нитчатые бактерии и, следо­вательно, предотвращать вспухание активного ила.

 

 

Рис. 1. Зооглеи активного ила. Водная бактерия х 400 [1]

Несмотря на существенные различия химического состава сточных вод, элементарный химический состав активных илов достаточно близок. Например, химический состав активного ила системы очистки сточных вод коксохимического производства отвечает брутто-формуле C₉₇H₁₉₉O₅₃N₂₈S₂, предприятий по производству азотных удобрений – C₉₀H₁₆₇О₅₂N₂₄S₂, а городских сточных вод – C₅₄H₂₁₂О₈₂N₈S₇.

В активном иле и биопленке встречаются представители четы­рех видов простейших организмов: саркодовые ( Sarcodina ), жгутиковые инфузории ( Flagellata ), ресничные инфузории ( Ciliata ) и сосущие инфузо­рии ( Suctoria ).

Типичным представителем саркодовых (рис. 2) является обыкновен­ная амеба, которая имеет непостоянную, переливающуюся форму тела.

 

 

Рис. 2. Простейшие (класс Sarcodina) х 400 [1]:

1 - Aktinophrys vesiculata, 2 - Arcella discoides, 3 - Centropyxis aculeate,

4 - Amoeba Umax, 5 - Amoeba ra-diosa (различные состояния), 6 - Euglyphalaevis (a - раковина с псевдопо­добиями, б - раковина с цистой), 7 - Euglypha alveclava,

8 - Pamphagus hyalinus

 

Передвигается амеба с помощью псевдоподобий, то есть протоплазменных выступов, образующихся в любом месте тела клетки.

Питается амеба бактериями, заглатывая их любой частью тела. Продукты обмена и избыточная влага выводятся из ее организма через всю поверхность тела. Размножается амеба делением.

Бесцветные жгутиковые инфузории имеют более постоянную форму тела (рис. 3). Органами их движения служат один или несколько жгутов, расположенных на переднем конце тела.

 

 

Рис. 3. Жгутиковые инфузории (класс Flagellata) х 400 [1]:

1 - Trepomonas steini, 2 - Oicomonas socialis, 3 - Bodo

 

Ресничные инфузории различаются по форме, расположению и количеству ресничек, способам питания и образу жизни (рис. 4).

 

Рис. 4. Ресничные инфузории (класс Ciliata) х 400 [1]:

1 - Rhabdostyla ovum, 2 - Opercularia coarctata, 3 - Epistylis plicatillis,

4 - Cyclidium glau­coma, 5 - Stylonychia pystulata, 6 - Oxytricha pellionella,

7 - Vorticella alba (a), Vorticella micro­stoma (б) и Vorticella convallaria (в),

8 - Opercu­laria glomerata

 

Их насчитывается более 3000 видов. Питаются большинство ресничных инфузорий бактериями, мелкими водорослями, другими простейшими организмами. Тело ресничных инфузорий хотя и состоит из одной клетки, но организм их имеет достаточно сложное строение. Среди ресничных инфузорий распространен метод введения пищи в организм путем осаждения взвеси. Такие ресничные инфузории называются седиментаторами. У этих организмов имеется рот, расположенный в углублении, куда осаждается взвесь, приносимая током воды.

Сосущие инфузории ведут сидячий образ жизни, они прикрепляются своим стебельком к раковинам моллюсков, растениям или комочкам ила (рис. 5). Размножение сосущих инфузорий происходит почкованием, в редких случаях – делением. Питаются сосущие инфузории с помощью сосательных щупальцев различными животными, ресничными инфузориями, растительными остатками и водорослями.

 

 

Рис. 5. Сосущие инфузории (класс Suctoria) х 400 [1]:

1 - Podophrya fixa, 2 - Tokophrya lemnarym, 3 - Podophrya collini, 4 - Acineta flava

Простейшие микроорганизмы присутствуют в воде рек, озер, морей, океанов, в сточных водах, почве, пыли. Они принимают активное участие в минерализации органического вещества при очистке природных и сточных вод как в естественных, так и в искусственно созданных условиях.

В активном иле в определенных соотношениях содержатся все названные классы микроорганизмов, но в зависимости от химического состава сточных вод преобладает один из классов, а другие ему сопутствуют и подготавливают среду для существования и жизнедеятельности микроорганизмов основного класса, обеспечивая их питательными веществами и утилизируя продукты окисления.

Кроме простейших в активном иле присутствуют более крупные и сложнее организованные животные – коловратки и круглые черви.

Коловратки (рис. 6) покрыты крепким прозрачным панцирем.

 

 

 

Рис. 6. Коловратки (класс Rotatoria) х 400 [1]:

1 - Cathypna luna, 2 - Notommata ansata, 3 - Callidina vorax

 

Сверху панциря имеется шесть правильных симметричных шипа со стороны спины и два – со стороны брюшка. Снизу панцирь заканчивается узким отверстием, из которого выходит нога. Нога в свою очередь оканчивается двумя пальцами, с помощью которых коловратка может прикрепляться к субстрату. По способу добывания пищи коловратки относятся к седиментаторам, они типичные аэробы, чувствительны к недостатку кислорода и изменению рН среды. Они являются показательными микроорганизмами, характеризующими работу очистных сооружений в аэробных условиях.

Круглые черви (рис. 7) обладают круглым, нитевидным телом. Эти довольно просто организованные животные имеют систему пищеварения и нервную систему, в которую входит нервное кольцо, расположенное во­круг пищевода. Органы чувств у круглых червей представлены в виде глазков, которые служат для восприятия световых ощущений. Круглые черви встречаются в пресной и морской воде, почве, на растениях, а также в человеческом и животном организмах. Они являются характерными представителями биологической пленки биофильтров.

 

Рис. 7. Круглые черви (класс Vermes) х 400 [1]:

1 - Nematoda, 2 - Aelosoma

Многочисленные наблюдения за биоценозом активного ила позволили выделить ряд организмов, по наличию и активности которых можно су­дить о ходе очистки и состоянии биологического сооружения.

Присутствие большого количества мелких амеб, сосущих инфузорий указывает на перегрузку активного ила органическими веществами, а так­же на недостаток кислорода в реакционной среде. При очистке в аэротенках производственных сточных вод, загрязненных углеводами, наблюдает­ся нарушение процесса очистки, вызванное вспуханием активного ила.

Показателем качества активного ила является быстрота его осаждения в отсутствии процесса аэрации. Способность ила осаждаться характеризу­ется величиной илового индекса. За иловый индекс принимается объем в миллилитрах 1 г ила через 30 мин его отстаивания. Плотный ил, хорошо осаждающийся, имеет значение илового индекса 40-60 мг/л. При значении илового индекса 200-300 мг/л возникает вспухание активного ила, который плохо осаждается во вторичном отстойнике и выносится вместе с биологически очищенной водой [3].

 

---

Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 789; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!