1. Введение

В наше время наиболее важным и перспективным способом очистки сточных вод является такое направление как биотехнология, что позволяет использовать многие современные методы очистки даже в малых масштабах [1].

Перспективным направлением исследований в области водоочистки, представляющим интерес для специалистов в сфере биотехнологии и микробиологии, является использование живых организмов — микроводорослей [2], простейших и бактерий — для очистки сточных вод. В современных очистных сооружениях наиболее широко применяется технология активного ила, представляющая собой симбиотическую систему указанных микроорганизмов [3].

Актуальность проведённого исследования обусловлена двумя взаимосвязанными факторами: во-первых, неизбежностью образования канализационных сточных вод в результате хозяйственной деятельности человека; во-вторых, необходимостью повышения эффективности биологических методов их очистки для обеспечения экологической безопасности водных объектов при сбросе очищенных стоков.

Биологическая очистка сточных вод требует междисциплинарного подхода, поскольку включает аспекты, изучаемые специалистами различных профилей: биотехнологами, инженерами-строителями [4] и специалистами в области теплоэнергетики. В настоящее время значительное внимание уделяется исследованиям, направленным на повышение эффективности очистки стоков с использованием активного ила [5].

Объектом изучения стало муниципальное унитарное предприятие «Нефтекамскводоканал» г. Нефтекамск Республики Башкортостан. Исследования проводились в 2024 году.

Биологические очистные сооружения г. Нефтекамск предназначены для полной биологической очистки сточных вод, которые включают бытовые и промышленные стоки города. БОС предназначены для приема, усреднения и очистки сточных вод до норм сброса в водоем рыбохозяйственного назначения. После производится обработка и утилизация осадка.

Биологическая очистка сточных вод с использованием активного ила основана на способности микроорганизмов поглощать и трансформировать загрязняющие вещества. Под действием внутриклеточных и внеклеточных ферментов органические соединения подвергаются биохимическим превращениям, что обеспечивает снижение их концентрации в сточной жидкости [4] и обеспечивает более качественный процесс очистки [6].

Активный ил представляет собой искусственно созданную антропогенную экосистему, требующую постоянной внешней поддержки для стабильного функционирования [7]. Морфологически он проявляется в виде темно-коричневых хлопьев (флокул) размером до нескольких сотен микрометров и представляет собой устойчивый микобиом [8]. Формирование флокул обусловлено деятельностью флокулообразующих бактерий, объединяющихся в структурные агрегаты посредством биополимерного геля. Эти бактерии составляют до 95% микробного сообщества ила. Среди них преобладают палочковидные формы, на втором месте по численности находятся кокки, а спириллы встречаются наиболее редко [9]. Второй по значимости группой являются осмотрофные простейшие, чья роль возрастает при снижении активности бактериальной компоненты. Также присутствуют нитчатые формы [10].

При микроскопическом анализе часто выявляется зооглея — желеобразная масса биополимерного матрикса с инкрустированными бактериями. Наиболее распространённым видом является Zoogloea ramigera, образующая разветвлённые древовидные структуры.

Микробное разнообразие активного ила включает представителей следующих таксонов:

- Прокариоты: бактерии (включая актиномицеты).

- Эукариоты: грибы, микроводоросли (диатомовые, зелёные, эвгленовые, вольвоксовые).

- Простейшие: жгутиконосцы, саркодовые, инфузории.

- Многоклеточные организмы: коловратки, тихоходки, нематоды, брюхоресничные черви, водные клещи (паукообразные) [11].

В системе активного ила формируются устойчивые трофические связи. Первичное потребление органических веществ осуществляют гетеротрофные бактерии и грибы (сорбционный тип питания) совместно с осмотрофными простейшими. На следующих трофических уровнях функционируют хищные протисты (первичные хищники), питающиеся бактериями, а также промежуточные и высшие хищники — коловратки, нематоды, сосущие инфузории. Соотношение трофических групп служит индикатором стабильности биоценоза и эффективности очистки.

Для активного ила характерна закономерная сукцессия микробных сообществ: от свободноживущих бактерий к нитчатым формам, затем к зооглеям, простейшим (от жгутиконосцев к амёбам и инфузориям) и, наконец, к многоклеточным организмам (коловраткам, нематодам, тихоходкам). Наличие высших хищников — нематод, коловраток и сосущих инфузорий — свидетельствует о зрелости биоценоза и высокой степени удаления органических загрязнений [11].

Таким образом, биологический метод очистки воспроизводит и усиливает естественные закономерности биохимического самоочищения водоёмов, адаптируя их для условий искусственных очистных сооружений.

Данная работа посвящается исследованию микробиоты активного ила, используемого для биологической очистки, которая реализуется на муниципальном унитарном предприятии «Нефтекамскводоканал».

2. Методы и принципы исследования

При исследовании эффективности очистки сточных вод, пробы берутся в 3 разных местах, а именно: приемная камера, первичный отстойник, напорный коллектор очищенных сточных вод. Пробоотбор в этих точках позволят технологам понять, насколько загрязненными воды поступают на очистные сооружения, и насколько эффективно проводится очистка стоков.

Активный ил из всех секций аэротенков и двух регенераторов тщательно перемешивают и переливают в цилиндры. После отстаивают 30 минут. Замеряют высоту столба осевшего ила. Полученные цифры умножают на 10 — в перерасчете на литр, и получают дозу ила по объему.

Гидробиологическое исследование биоты активного ила проводится по ПНД Ф СБ 14.1.77-96 «Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками» [12].

Осмотр ила под микроскопом проводился один раз в декаду. Приведены результаты исследований за 3 декады. Исследование производилось при помощи микроскопа «Оптика-02». После осмотра и подсчета микроорганизмов, все полученные результаты вносились в таблицу (таблица 1). Численность микроорганизмов оценивалась по пятибалльной шкале.

3. Основные результаты

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов активного ила использовать растворённые и взвешенные органические соединения в качестве источника углерода и энергии для собственного метаболизма. В ходе биохимических превращений часть органики окисляется до конечных продуктов (CO₂, H₂O), а другая часть ассимилируется и идёт на прирост биомассы микроорганизмов.

Ключевым сооружением биологической очистки является аэротенк — резервуар, в котором создаются оптимальные условия для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Непрерывная аэрация обеспечивает как насыщение смеси сточных вод и активного ила растворённым кислородом, необходимым для аэробного дыхания бактерий, так и интенсивное перемешивание, способствующее максимальному контакту микроорганизмов с загрязняющими веществами.

Благодаря созданным условиям в аэротенках достигается высокая эффективность удаления органических загрязнений: до 90–95% поступающей органики подвергается биодеградации или трансформируется в биомассу активного ила. Состояние ила подвергается ежедневному мониторингу для поддержания стабильности технологического процесса.

В таблице 1–3 представлены результаты гидробиологического исследования активного ила.

Исходя из таблицы 1, можно отметить, что на биологических очистных сооружениях присутствует хорошо развитый, зрелый активный ил. На это указывает большое количество таких видов организмов как: Vorticella, Aspidisca, Opercularia — все эти представители являются индикаторами хорошего ила, который полностью справляется с нагрузкой. Кроме того, не было обнаружено нематод, что является типичным для застоявшихся вод. Обнаружен вид из рода Carchesium, что указывает на достаточно низкую мутность вод.

При микроскопировании ила во вторую декаду, была обнаружена нематода — это сигнализирует о том, что в иле наблюдается застой, или присутствует недостаточное количество кислорода в воде. Снижается численность Vorticella, что является довольно тревожным знаком, так как эти инфузории одни из наиболее типичных обитателей активного ила. Не был обнаружен также Carchesium speclabile, из-за чего впоследствии у осветленных вод может наблюдаться повышенная мутность. Но, несмотря на неблагоприятные показатели по указанным микроорганизмам, в целом состояние исследованного ила удовлетворительное.

Данные показывают, что по сравнению со второй декадой, состояние активного ила значительно улучшилось. Наблюдается увеличение численности вортицелл, коловраток, инфузорий. Были обнаружены представители Colpidium colpoda, наличие которых говорит о весьма активных процессах очистки сточных вод. Нематод не наблюдалось совсем, что является свидетельством активного перемешивания и снабжения ила достаточным количеством кислорода.

4. Заключение

Вещества антропогенного происхождения, поступающие в водные экосистемы со сточными водами, оказывают негативное воздействие на гидробионтов и нарушают функционирование не только водных, но и прилегающих наземных экосистем. Для минимизации экологического ущерба и предотвращения деградации водных объектов необходима эффективная очистка стоков, в том числе с применением биологических методов.

Анализ проб активного ила, отобранных в ходе исследования, выявил высокое видовое разнообразие и благополучное физиологическое состояние микроорганизмов. Доминирующими видами среди инфузорий оказались Vorticella convallaria, Vorticella microstoma, Aspidisca costata и Opercularia coarctata. Значительную долю сообщества составляли представители типа Rotifera (коловратки). Подобное разнообразие индикаторных организмов, включая наличие высших трофических групп (сосущие инфузории, коловратки), свидетельствует о зрелости биоценоза активного ила и подтверждает эффективность протекающих процессов биологической очистки.

The additional file for this article can be found as follows: