Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Альгобактериальные сообщества водной техногенной системы

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Альгобактериальные сообщества водной техногенной системы"

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Рыбохозяйственный факультет

РГ6 од На правах рукописи

I У СП УДК 574.63

СОПРУНОВА Ольга Борисовна

АЛЬГОБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА ВОДНОЙ ТЕХНОГЕННОЙ СИСТЕМЫ

(на примере очистных сооружений АГПЗ)

Специальность: 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Астрахань -1997

Работа выполнена на кафедре "Инженерная экология и природообустройств< Астраханского государственного технического университета, г.Астрахань

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор И.С. Дзержинская

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Абакумов В.А.

кандидат медицинских наук Михайлов Г.М.

Ведущее учреждение: Астраханский научно-исследовательский и проектнь институт газовой промышленности "АстраханьНИПИгаз"

Защита диссертации состоится "27" января 1998 года в 1500 час. на засед; нии диссертационного совета К. 117.07.04 по защите диссертаций на соискание уч( ной степени кандидата биологических наук при Астраханском государственном те: ническом университете по адресу: 414025, г.Астрахань, ул.Татищева, 16, АГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государс венного технического университета.

I -// - шлЛ/ня

Автореферат разослан

V/ " иШМЛ/1'<Л< 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Мелякина Э.И.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Одной из проблем охраны окружающей среды является сохранение качества воды природных водоемов. Последнее зависит, прежде всего от активности происходящих в водоемах процессов самоочищения, которые значительно ослаблены в результате сброса недоочищенных сточных вод. Низкая эффективность работы очистных сооружений связана с тем, что комплексные сточные воды зачастую губительны для используемых в процессе очистки активных илов. Как известно, способы очистки промышленных сточных вод основаны на тех же принципах, что и процессы самоочищения природных водоемов. Поэтому, естественные биоценозы водоемов тождественны активным илам. При этом, чем больше тождественность, тем устойчивее и эффективнее активный ил. Для создания таких илов необходимо выявить наиболее активные агенты процесса самоочищения.

Исследованию этого вопроса посвящены работы Никитинского (1909), Жадина (1956), Винберга (1956, 1957), Мессинцевой (1962), Телитченко (1966,1972). В них, а также в работах об использовании агентов самоочищения в практике очистки и до-очистке сточных вод (Свиренко, 1918, 1933; Любимов, 1933; Калабина, Роговская, 1934, 1957; Ролл, 1944; Скадовский и др., 1965; Доливо-Добровольский, 1969; Дога-дина, 1970, 1971; Ротмистров, 1975, 1978; Гвоздяк, 1980; Эйнор, 1984, 1990; Став-ская и др., 1988; Ленова и др., 1990; Towne, 1961; Oswald, 1975) раскрыта роль бактерий, микромицетов, зеленых, диатомовых и других видов микроводорослей, простейших, высших водных растений.

Общеизвестно, что в процессах самоочищения природных водоемов основная роль принадлежит микроорганизмам и водорослям. Они деструктируют загрязняющие вещества, а микроводоросли, кроме того, поддерживают окислительный уровень системы в целом. При этом фрагменты деструкции и побочные продукты реакций разлагаются в процессе микробиологической сукцессии, переходящей в трофическую цепь водных организмов.

Следует отметить, что из всех известных агентов самоочищения наименее изучена группа цианобакгерий. Хотя они в водных средах проявляют как деструкти-рующую, так и фотосинтетическую деятельность.

Исследования Сэкинэ Итигоро (1969, 1972), Бабакова и др. (1976), Доливо-Добровольского и др. (1977), Шаларь и др. (1985), Эргашева (1987), Дзержинской (1993, 1995) показали, что цианобакгерии и, в частности, осциллатория, активно деструктируют легко- и трудноразлагаемые вещества и токсиканты, способны к образованию устойчивых ассоциаций с микроорганизмами. Эти свойства характеризуют идентичность такого рода ассоциаций с активными илами.

ч

В связи с этим, встает необходимость изучения роли цианобактерий в процессах самоочищения водной среды с целью создания на их основе новых типов активных илов, что представляет значительный научный и практический интерес.

Целью настоящей работы явилось выявление альгобактериальных сообществ, активизирующих процесс самоочищения в техногенной водной среде и создание на их основе специфического активного ила.

В связи с этим, в задачи исследований входило:

■ изучить гидрохимический и микробиологический режим очистных сооружений АГПЗ;

■ выделить зоны активной деятельности альгобактериальных сообществ в очистных сооружениях;

М изучить биологическую структуру и состав ассоциантов выделенного сообщества;

■ исследовать аплогенную сукцессию выделенного сообщества в моделях, имитирующих техногенную экосистему с повышенным содержанием труд-норазлагаемых органических соединений и токсикантов для создания специфического активного ила.

Научная новизна. Впервые проведены микробиологические исследования очистных сооружений АГПЗ (Астраханского газоперерабатывающего завода) и выделены специфические альгобактериальныё сообщества. Определен состав ассоциантов и впервые для цианобактериальных сообществ в нем обнаружены золотистые и желтозеленые микроводоросли. На основе выделенных из очистных сооружений цианобактериальных обрастаний получен специфический активный ил. Впервые применен показатель ПОС (потенциальная окислительная способность) для определения углеводородлитической способности активного ила.

Практическая значимость работы. На основе цианобактериальных сообществ предложен специфический активный ил для интенсификации очистки сточных вод газоперерабатывающих предприятий. Методические приемы выделения резистентных обрастаний и формирование на их основе активных илов могут служить материалом для совершенствования биологической очистки сточных вод. Выданы предложения об использовании осциллаториевого активного ила на очистных сооружениях АГПЗ. Материалы исследования используются в учебном процессе на рыбохо-зяйственном факультете Астраханского государственного технического университета и являются составной частью фундаментальной исследовательской темы "Исследование возможности восстановления техногенных экосистем для использования в народном хозяйстве" кафедры "Инженерная экология и природообустройст-во" АГТУ.

Апробация работы. Основные положения и материалы диссертационной работы были представлены на Международной конференции "Каспий - настоящее и будущее" (г.Астрахань, 1995); научно-практических конференциях по региональной научно-технической программе "Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода" (г.Саратов, 1995, 1996); Uli съезде Гидробиологического общества РАН (г.Казань, 1996); 2-ом Международном конгрессе "Вода: Экология и технология" (г.Москва, 1996); научно-практической конференции "Промышленная экология-97" (г.Санкт-Петербург, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, изложена на 129 страницах машинописного текста и включает 12 таблиц и 9 рисунков. Список литературы включает 216 источников, в том числе 35 иностранных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Материалом для написания работы послужили пятилетние результаты комплексных исследований сооружений очистки сточных вод Астраханского газоперерабатывающего завода как техногенной водной экосистемы и ее моделей в лабораторных условиях.

Объектами исследования явились микроорганизмы очистных сооружений и микроэкосистем.

Отбор проб для исследований осуществляли с применением общепринятых гидрохимических, микробиологических и гидробиологических методик (Жадин, 1956; Родина, 1965; Романенко, Кузнецов, 1974; Киселев, 1976). Пробы сточной воды отбирали батометром Молчанова, ила - дночерпателем Петерсена.

Гидрохимические анализы сточной воды и микроэкосистем выполняли согласно Унифицированным методам анализа вод (1973), руководства Новикова и др. (1981).

Выделение отдельных видов микроорганизмов из очистных сооружений проводили по общепринятым методам, включающим прямое микроскопирование, приготовление препаратов, высев на различные питательные среды и исследование полученных колоний (Родина, 1965).

Всего было исследовано 200 проб воды и 50 проб ила.

Пробы фитопланктона фиксировали и сифонировали. Для идентификации родов пользовались определителями Голлербаха и др. (1953), Курсанова и др. (1953), Комаренко и др. (1975), Андреевой (1975), Киселева (1976).

Обработку проб зоопланктона проводили по общепринятым гидробиологическим методикам (Киселев, 1976; Косова, 1979). Идентификацию осуществляли по

определителю пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР (1974), Атласу Фауна аэротенков (1984).

Для моделирования процесса самоочищения в условиях близких к очистным сооружениям и выделения активных биоценозов, использовался метод естественных микроэкосистем (Одум, 1986). Микроэкосистемы были смоделированы на сточных водах АГПЗ различной степени очистки в сорока 0,5-2-х литровых цилиндрах.

Естественные микрокосмы создавались в 4-х вариантах:

1-й вариант был открыт для естественной световой энергии и газообмена;

2-й вариант - только для естественной световой энергии;

3-й вариант - для газообмена при искусственной световой энергии;

4-й вариант - без газообмена при искусственной световой энергии.

Люминостат, применяемый для исследований имел освещенность 600-800

лк. Микроэкосистемы выдерживали при температуре 20-25 °С.

При выделении и изучении ассоциантов сообществ исследовались как взвешенная, так и иммобилизованная фракции (Дзержинская, 1993).

Структуру выделенных сообществ изучали микроскопированием в камере Нажотта и на препаратах живых и окрашенных клеток.

Микроэкосистемы имитирующие очистные сооружения создавались искусственным вселением в исследуемые сточные воды различной степени очистки предположительно активных фототрофных сообществ, выделенных при постановке естественных микрокосм.

Время экспозиции определялось формированием альгобактериальных ассоциаций в виде обрастаний и отсутствием прироста биомассы (Дзержинская, 1993).

Активность биоценоза в процессе очистки сточной воды оценивали по содержанию растворенного кислорода в воде, и деструкции растворенного органического вещества (РОВ), а также по косвенным показателям - численности бактерий различных таксономических групп, трансформирующих загрязняющие вещества; са-профиты, олиготрофы, хемотрофы, амило - и сахаролитические, нефте - и феноло-кисляющие и величине ПОС углеводородокисляющих бактерий.

Деструкцию РОВ в пробах сточной воды АГПЗ и в модельных экосистемах определяли по общепринятой методике (Винберг, 1960; Руководство по методам биологического анализа морской воды и донных отложений, 1980).

Величины ПОС взвешенной фракций биоценоза определяли согласно методике Марголиной (1974, 1976, 1989), а иммобилизованной фракции - в нашей модификации. Для этого 1 г тяжа помещали в небольшое количество физиологического раствора и стерильной препаровальной иглой разделяли на нити, затем, постепенно доливая до 10 мл, встряхивали вручную и на качалке до однородной суспензии, которую использовали для дальнейших исследований.

Численность морфологических и физиологических групп микроорганизмов в сточной воде и микроэкосистемах определяли с помощью метода предельных разведений и высева на плотные и жидкие питательные среды (Родина, 1965; Кузнецов, Романенко, 1974; Теппер, 1976; Антипчук, 1979; Руководство по методам биологического анализа морской воды и донных отложений, 1980).

Морфологическую идентификацию микроорганизмов проводили в течение 17-14 дневного роста колоний с помощью микроскопирования приготовленных из них препаратов живых и окрашенных клеток (Родина, 19S5).

Для идентификации микроорганизмов до рода пользовались определителем Sergey's manual of Systematic Bacteriology (1984) с использованием монографий Горленко и др. (1977), Калакуцкого (1977), Кондратьевой (1983), Нестеренко и др. (1985), Краткого определителя бактерий Берги (1980), определителя Гаузе и др. (1983), справочных пособий Скворцовой (1981, 1984), Егоровой (1986), Коваль и др. (1989), Пидопличко, Милько (1953, 1971), МиЛько (1974).

Собранный экспериментальный материал обработан с помощью статистических методов (Плохинский, 1970).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Характеристика водной техногенной системы (на примере очистных сооружений АГПЗ)

Сточные воды АГПЗ формируются тремя потоками: производственные, дождевые и хозяйственно-бытовые. Общий объем стока составляет 8,5 млн. м3/год.

Для отведения сточных вод проектом предусматривается две системы канализации. Первая обеспечивает раздельный сбор и отведение бытовых и производственно-дождевых сточных вод на полную биологическую очистку на комплексных очистных сооружениях (КОС-2) и очищенных стоков - в емкости сезонного регулирования (ЕСР) с дальнейшим использованием их на попив земледельческих полей орошения (ЗПО) и лесонасаждений.

Вторая - сбор и отведение дождевых и талых вод с площадки завода с механической очисткой в отстойниках на КОС-2 и дальнейшим использованием их на ЗПО. Таким образом, проектом не предусматривается сброс очищенных сточных вод в природные водоемы.

Анализ качества сточных вод по данным наших исследований, а также результатов производственного контроля лабораториями КОС-2, АНИПИгаза, Специализированной инспекции государственного экологического контроля и анализа (СИГЭКиА) показал, что эффективность -комплексной очистки составляет 21,545,0% (табл. 1).

Характеристика гидрохимических показателей сточных вод АГПЗ

Содержание в сточной воде, мг/л Эффек-тивн. очистки % пдк мг/л

Показатели до очистки после очистки общие поток на ЗПО для водоем, культ, быт. польз для р/х водоемов

по про- факт по про- факт по про- факт

екту екту екту

1 2 3 I 4 I 5 I 6 7 8 9 10

Реакц. Среды 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5 7,1-8,3 н/н" 6,5-8,5

ХПК 360,0 82,5-360,4 80,0 4,2-83,3 100,0 55,6-99,3 10-13 30,0 н/н

БПК§ _ 120,0 56,6-85,0 ( н/н 16,0-36,2 н/н 16,5-44,6 64-95 н/н 2,0

БПК20 160,0 99,0-140,6 15,0 30,0-57,2 н/н 8,1-65,6 17-75 3,0 3,0

Азот аммон. 30,0 7,1-76,0 21,0 2,0-8,7 70,0 0,7-8,1 35-73 2,0 0,5

Фосфаты 15,0 3,1-7,2 9,0 1,5-2,2 н/н 1,6-6,6 0,5-69 н/н 0,025

Хлориды 40,0 276,0-347,0 40,0 290,0-507,0 150,0 436,0- 0 350,0 300,0

854,0

Сульфаты н/н 105,0-280,0 н/н 97,5-390,0 300,0 160,0- 7-41 500,0 100,0

742,0

Сероводород 0,97 0,2-0,4 0,15 0,06-0,1 н/н 0,0-0,6 25-81 отс. отс.

Нефтепродукты 200,0 3,6-18,5 1,5 1,9-8,4 50,0 3,4-7,6 27-84 0,3 0,05

Эффективность работы КОС-2 - 21,5-45%

*' Показатели не нормируются

Одной из причин этого является слабая активность организмов активного ила окситенков КОС-2, т.к. проведенные нами исследования видового состава и численности микробного населения активного ила показали наличие в нем бактерий (3 вида), грибов (3 вида) и простейших (3' вида). Скудность состава бактерий, по сравнению с другими активными илами (Мген и др., 1975; Устинова и др., 1985; Алиева и др., 1986) , а самое главное - отсутствие представителей рода Pseudomonas - основного агента деструкционных процессов предопределяет малую эффективность очистки. По данным Роговской (1967), Венскович (1985) для эффективной работы очистных сооружений необходимо 50-90% Pseudomonas в составе бактерий активного ила. Преобладание в составе активного ила КОС-2 актиномицетов, стрептомицетов и микромицетов указывает на снижение окислительного уровня в системе очистных сооружений, а присутствие нитчатых форм микроорганизмов увеличивает вероятность гибели активного ила в результате "вспухания".

С целью выделения активных агентов самоочищения и зон их деятельности исследовали микробиологический состав не только активного ила окситенка, но и биоценозов, образующихся в очистных сооружениях на всех этапах очистки .

В результате исследований установлено, что биоценозы очистных сооружений представлены микроорганизмами сточных вод и альгобактериальными обрастаниями. В их составе обнаружено довольно большое разнообразие физиологических групп микроорганизмов: гетеротрофы, включающие микроорганизмы, способные усваивать высокие (сапрофита) и низкие (олиготрофы) концентрации органических веществ; хемотрофы, деструктирующие минеральные компоненты; углеводокис-ляющие (амило- и сахаролитические), углеводород- и фенолокисляющие (табл. 2). Среди них выделены цианобактерии, бактерии, микромицеты и дрожжи. Цианобак-терии представлены родом Oscillatoria; бактерии, в т.ч. акгиномицеты, и родственные им организмы - родами Bacillus, Sarcina, Arthrobacter, Azotobacter, Nitrozomonas, Micrococcus, Streptococcus, Actinomyces, Mycobacterium, Rhodococcus, Nocardia, Co-rynebacterlum, Proactinomyces, Streptosporangium, Streptomyces; микромицеты - Aspergillus, Pénicillium, Acremoniurn, Cladosporium, Alternaria.

Анализ общей численности физиологических групп показывает, что на этапе механической очистки преобладают фенолокисляющие бактерии (106-107 кл/мл), биологической - углеводоокисляющие (105-10е кл/мл), в ЕСР - олиготрофы (104-106 кл/мл). На последнем этапе очистки снижается численность сапрофитов и углеводо-родокисляющих микроорганизмов до 102-103 кл/мл, фенолокисляющие обнаруживаются в виде единичных клеток. Численность хемотрофов практически идентична на всех этапах очистки (102-103 кл/мл).

По численности физиологических групп можно гипотетически предположить механизм процесса деструкции загрязняющих веществ в очистных сооружениях. На

Естественные биоценозы очистных сооружений КОС-2

Физиологические группы микроорганизмов сточных вод и показатели деятельности в процессах самоочищения Этапы очистки

механическая биологическая ЕСР

Сапрофиты, кл/мл 5,0х10"-6,0х105 5,0х104-7,0х105 5,0х102-5,0хЮ3

Олиготорофы 4,0х103-8,0х105 5,0x103-1,0x105 2,0x1 04-2,0х106

Хемотрофы 7,0х10г'1,0х103 9,0х102-7,0х103 1,0х102-5,0хЮ3

Амилолитические 9,0х104-6,0х105 8,8х105-5,0х10® 1,0х105-9,1х105

Сахаролитические 9,8х103-8,8х104 1,0хЮ5-9,0х105 1,0х1031,0х104

Нефтеокисляющие 1,0х103-1,0х104 1,0х103-1,Зх105 1,0х102-2,5х103

Фенолокисляющие 9,0х106-6,0х107 9,0х103-8,0х104 0,2х101-1,0х101

Присутствие обраста- обрастание на пятна на по- планктон

ний стенках, пятна верхности ра-

на поверхно- бочей зоны

сти воды окситенка

обрастания на

стенках нера-

бочей зоны ок-

ситенка

Растворенный кисло- 0,04-0,63 0,26-3,45 2,18-3,04

род, мг Ог'л

П О С, мг 02/л -0,30-0,00 0,26-0,95 0,00-0,20

этапе механической очистки происходит активное разрушение трудноразлагаемых циклических соединений (ароматических углеводородов и их фенольных производных) с помощью косубстратоа - легкоразлагаемых органических веществ, что подтверждается доминированием фенол-, углеводокисляющих микроорганизмов, олиготрофов и сапрофитов. На этапе биологической очистки начинают разрушаться продукты и фрагменты предыдущего этапа деструкции (углеводород- и углеводокис-ляющие микроорганизмы). В ЕСР вследствие постоянного поступления небольшого количества косубстратов в составе недоочищенных дождевых сточных вод наблюдается снижение численности сапрофитов и увеличение количества олиготрофов, что приводит к замедлению процесса деструкции и неполной очистке сточных вод. Минеральные компоненты типа сероводорода стабильно разрушаются хемотрофа-ми на всех этапах очистки. При сравнении микробного состава биоценозов очистных

сооружений на различных этапах очистки с активным илом окситенка выявлено, что по видовому разнообразию они значительно превосходят активный ил (27 и 9 соответственно).

Исходя из вышеизложенного можно предположить, что достигаемая в очистных сооружениях эффективность очистки обуславливается в большей степени деятельностью спонтанно сложившихся естественных биоценозов, особенно альгобак-териальных обрастаний.

Исследования жизнедеятельности этих естественных биоценозов в очистных сооружениях по уровню окислительной способности, деструкции РОВ и ПОС углево-дородокисляющей микрофлоры показали наибольшую активность на этапе биологической очистки, где количество растворенного кислорода достигает 3,45 мг 02/л, а ПОС - 0,95 мг 02/л (табл. 2).

Таким образом, алыобактериальные-обрастания активизируют процессы самоочищения сточной воды, особенно в окситенке, где биомасса достигает 50 мг/л. Но их способность к биоразложению проявляется слабо из-за хронического стрессового состояния экосистемы, связанного с неравномерным поступлением сточных вод; колебаниями содержания в них токсичных соединений, особенно сероводорода и нефтепродуктов; малыми количествами косубстрата.

Исследование возможности активизации деструкционных свойств альгобактериальных биоценозов очистных сооружений АГПЗ в модельных экспериментах

Выявление активных биоценозов. Изучение возможности активизации деструкционных свойств альгобактериальных биоценозов очистных сооружений и выявления условий, необходимых для активизации их жизнедеятельности проводили в микрокосмах N 1,3, имитирующих различные ситуации в техногенной системе очистных сооружений АГПЗ. Схема проведения эксперимента и его результаты представлены в табл. 3

Время экспозиции - 9 месяцев. Активизацию деструкционных свойств альгобактериальных биоценозов в условиях микроэкосистем оценивали по наращиванию биомассы ценоза, динамике содержания растворенного кислорода, деструкции РОВ и ПОС углеводородокисляющей микрофлоры.

Исследования показали, что окислительный уровень в микроэкосистемах создается и поддерживается образующимся фототрофным цианобактериальным сообществом и зависит от его биомассы. Искусственное освещение не интенсифицирует ее наращивание.

Анализ экспериментальных данных показал, что в воде промстока деятельность микроорганизмов полностью ингибирована вследствие отсутствия кислорода. В воде нефтеловушек и первичных отстойников отмечается слабая деструкционная способность микрофлоры (0,21 мг Ог/л). При этом активность углеводородокисляю-

Динамика деструкционных процессов в микроэкосистемах (среднестатистические данные)

Имитационные модели Контролируемые показатели, мг Ог/л

Содержание растворенного в воде кислорода Деструкция РОВ Деструкция РОВ + нефтепродукты Потенциаль ная окислит. Способность

исходные

Прометок 0,00 отс. отс. отс.

Нефтеловушки 0,62 0,21 0,12 -0,09

Первичные отстойники 0,63 0,21 0,18 -0,03

Камера смешения 2,32 0,67 0,91 0,24

Окситенк 3,50 0,42 0,66 0,24

Е С Р 3,09 0,51 0,57 0,06

1 вариант

Прометок 11,47 0,20 3,63 3,43

Нефтеловушки 8,70 1,38 2,51 1,13

Первичные отстойники 8,70 2,07 2,71 0,64

Камера смешения 9,89 1,73 3,10 1,37

Окситенк 10,37 2,26 3,27 1,01

Е С Р 9,26 0,52 1,07 0,55

3 вариант

Прометок 9,14 0,97 1,57 0,60

Нефтеловушки 5,79 0,32 1,73 1,41

Первичные отстойники 5,79 0,83 1,73 0,90

Камера смешения 9,29 1,48 2,72 1,24

Окситенк 9,60 1,64 3,01 1,37

ЕС Р 8,86 0,75 2,03 1,28

щих бактерий имеет отрицательное значение, что свидетельствует о токсичном влиянии внесенных нефтепродуктов. Деструкционные процессы в камере смешения и окситенке активизируются за счет косубстрата, поступающего в виде легкоразла-гаемого органического вещества с бытовыми стоками. При этом, ПОС имеет положительные значения (0,24 мг Ог/л), деструкция РОВ несколько выше в камере смешения (0,67 мг 02/л), чем в окситенке (0,42 мг Ог/л).

По окончании экспозиции в первом варианте микрокосм активность углеводо-родокисляющей микрофлоры на воде промстока достигает максимального значения

(3,43 мг 02/л) и значительно превосходит деструкцию РОВ (0,20 мг 02/л). В микрокосмах на воде нефтеловушек, камеры смешения и окситенка величины ПОС находятся практически в одном диапазоне (1,13; 1,37; 1,01 мг 021п соответственно), в то время как деструкция РОВ имеет тенденцию к увеличению от 1,38 мг Ог/л для нефтеловушек до 2,26 мг Ог/л - окситенка. Несколько ниже ПОС зафиксирована в микрокосмах на воде первичных отстойников и ЕСР (0,64 и 0,55 мг Ог/л соответственно). Однако, в первом случае отмечается более высокий уровень деструкции РОВ -2,07 мг 02/л (табл. 3).

В микрокосмах 3-го варианта ПОС увеличивается на воде из нефтеловушек в 1,2 раза, первичных отстойников - в 1,5 раза, окситенка - в 1,4 раза, ЕСР - в 2,3 раза, при снижении деструкции РОВ на воде нефтеловушек - в 4.3 раза, первичных отстойников - 2 ,5 раза, камеры смешения - в 1.2 раза, окситенка - в 1,4 раза. Кроме этого, отмечено более низкое значение ПОС для микрокосм на воде промстока - 0,6 мг Ог/л (в 5,7 раза).

Анализ результатов эксперимента показывает, что альгобактериальные биоценозы в микроэкосистемах наращивают биомассу идентичную обрастаниям очистных сооружений. Их деятельность как агентов самоочищения подтверждается стабилизацией кислородного режима и активизацией деструкционных процессов (растворенного органического вещества и углеводородов).

Биологическая структура альгобактериального биоценоза. Микроскопическое изучение выделенного из техногенной водной системы АГПЗ сообщества показало, что основой его структуры как в морфологическом, так и в физиологическом аспекте являются цианобактерии рода Osciliatoria sp. Они формируют тяжи из плотных кожи-сто-слизистых дерновинок в виде хлопьев, образованных переплетением их трихомов, что согласуется с аналогичными данными исследователей подобных сообществ (Еленкин, 1936; Голлербах и др., 1953; Курсанов и др., 1953). На поверхности и в прослойках тяжей дисперсно располагаются трихомы, нити, слизистые колонии и единичные клетки других ассоциантов, среди которых Голлербах и др. (1953), Рыбина (1961), Гусев и др. (1964), Перминова (1964), Строганов (1964), Телитченко и др. (1964), Михайлова (1966), Штина (1974,1985), Кузьменко (1981), Бильдушкинов и др. (1986), Горленко и др. (1986), Герасименко и др. (1986), Костяев (1986), Андреюк и др. (1990), Дзержинская (1991, 1993), обнаружили цианобактерии, диатомовые, эвг-леновые и зеленые микроводоросли, бактерии, микромицеты, простейшие и ракообразные.

Бактериальные ассоцианты выделенного нами из техногенной водной системы АГПЗ сообщества представлены фотосинтетиками, гетеротрофами, азотфикси-ругащими и другими формами бактерий, микромицетами и микроводорослями, среди которых идентифицированы следующие роды микроорганизмов: Chlorobium, Chro-matium, Thiocapsa, Rhodopseudomonas, Azotobacter, Azomonas, Arthrobacter, Beijer-inckia, Bacillus, Cellulomonas, Derxia, Kurthi.a, Micrococcus, Nocardia, Rothia, Strep-tothrix, Rhodococcus, Sarcina, Actinomyces,-, Mycobacterium, Myxobacterium, Actino-

planes, Streptosporangium, Streptococcus, Acremonium, Alternaria, Acladium, Aspergilli, Penicilium, Mucor, Rhizopus, Cladosporium, Exosporium, Gliocladium, Botrytis, Verti-cillium, Spirulina, Schizotrix, Volvox, Chlorella, Ulotrix, Diatoma, Sinedra, Achtanthes, Euglena, Chrysococcus, Pleurogaster, а также простейшие: инфузории, коловратки, растительные жгутиконосцы.

Таким образом, сложившееся в микрокосмах сообщество имеет три трофических звена и по типу функционирования относится к фотосинтетаческому.

Впервые в сообществе на основе цианобактерий выделены золотистые и желтозеленые водоросли, бактерии родов Derxia, Kurthia, Rothia, Streptothrix, Actino-planes, Streptosporangium, микромицеты Exosporium, Gliocladium, Rhizopus, Botrytis, Verticillium.

Основная биомасса сообщества. (до 99 %) принадлежит цианобактериям, биомасса остальных ассоциантов незначительна (микроводоросли - 0,10 мг/л; микрофауна - 0,11 мг/л; бактерии и микромицеты - 0,01 мг/л).

Фототрофные и гетеротрофные бактерии и микромицеты, выделенные в сообществе, обладают в основном полиферментативной активностью, а вариации типов питания и метаболических взаимоотношений ассоциантов указывают на разнообразие физиологических групп и выполнение микроорганизмами различных функций в зависимости от состава ингредиентов среды обитания. Зеленые и пурпурные серобактерии, а также пурпурные несерные, бактерии участвуют в круговоротах азота, серы и углерода, входя в состав водородных и карбоксидобактерий, аммонифи-каторов, денитрификаторов и сероредукторов. Кроме этого, группа сероредукторов представлена бациллами, родопсевдомонадами. Типичные сапрофиты - бациллы, микобактерии осуществляют процессы круговоротов азота, серы, углерода, фосфора, железа, выступая в виде аммонификаторов, денитрификаторов, нитрификато-ров, азотфиксаторов, железо-, карбоксидо- й-водородных бактерий, сероредукторов. В круговороте углерода микроорганизмь!, ведущие процессы брожения, представлены стрептококками, сарцинами, бациллами, актиномицетами и родственными им организмами. Азотфиксация в сообществе осуществляется азотобактериями, артро-бактериями, азомонадами, родококками. Среди выявленных ассоциантов обнаружены роды микроорганизмов, виды которых в чистых культурах или ассоциациях способны к деструкции белковых и жировых компонентов, многих ксенобиотиков и токсикантов. Это прежде всего бациллы, микрококки, родококки, актиномицеты, мико-, миксобактерии, нокардии, стрептомицёты, 'микромицеты. Таких микроорганизмов -гидролитиков в составе сообщества более 80%. Известно, что они разрушают и утилизируют фенолы, нефть и ее производные, маслянистые вещества, биорезистентные соединения, нафталин, амины, метанол, формальдегид, парафины, органо-фосфаты, этиленгликоль, пластификаторы,.бензол, лигнин, сульфиды, сероводород, резины (Ставская и др., 1988; Гвоздяк'и др., 1990; Дзержинская, 1993). Представители микромицетов - ассоциантов сообщества деструктируют полимерные и резинотехнические материалы, бумагу, ткани, масла, топливо, краски, лаки, смазывающие

жидкости, клей, нефтепродукты, картон, кожу, руды. Способность мицеальных мик-ромицетов использовать в метаболизме легко- и труднодоступные субстраты определяется наличием у них разнообразных ферментов и метаболитов в виде органических кислот, возможностью использовать необходимые для жизнедеятельности влагу из воздуха или конденсат, высокой степенью контакта со средой за счет мице-альной структуры (Лугаускас и др., 1987; Ставская и др., 1988).

Обнаруженные в альгобактериальном сообществе представители протисто-фауны - Monas, Chilomonas, Cyanthomonas,'Amoeba, Tetrahynema, Stylonichia, Aspi-disca, характерны для активных илов и сточной воды (Атлас Фауна аэротенков, 1984). Взаимодействие микрофауны с ассоциантами сообщества основано на пищевых и субстратных связях. Пищей микрофауны служат бактерии, особенно олигокар-бофилы, нитри- и денитрификаторы, микроводоросли, детрит (Рыбина, 1963). Следовательно, микрофауна сообщества избирательно влияет на сукцессию микроорганизмов-деструкторов. Кроме этого, простейшие непосредственно участвуют в трансформации органического вещества, т.к. обладают мощным ферментативным аппаратом (Sudo, 1984).

Таким образом, возникающие пищевые и метаболические взаимоотношения между продуцентами - цианобакгериями, микроорганизмами - редуцентами и последующими фаунистическими звеньями приводят к образованию единого комплекса. Разнообразие ферментативных систем ассоциантов, входящих в состав биоценоза и их высокие адаптивные способности к изменяющимся условиям, делают их активными участниками процесса очистки сточных вод АГПЗ.

Формирование активного ила на основе Oscillatoria sp. в модельных экосистемах, имитирующих очистные сооружения АГПЗ Накопительная культура. Для получения накопительной культуры осциллаториевой ассоциации апробировали общеизвестные питательные среды для цианобактерий. Наиболее активно ассоциация в виде синезеленых обрастаний наращивается на среде N16 (Гусев и др., 1964; Шапошников и др., 1964; Брагинский и др., 1971) в нашей модификации, которая заключалась в изменении pH среды со щелочной на нейтральную. Эта среда го составу близка воде минеральных источников Кавказа и Камчатки, где вышеназванные ассоциации образуют крупные биомассы.

Общепринято выращивать цианобактерии в лабораторных условиях с использованием люминостата, аэробных, анаэробных, факультативно-анаэробных условий. Для выявления наиболее оптимальных режимов наращивания накопительной культуры на среде N16 применялись 4 рарианта микроэкосистем, основой которых явились вышеназванные условия.

Во всех вариантах микроэкосистем в полученных накопительных культурах изучалось разнообразие видов и физиологических групп микроорганизмов. При этом рассматривали взвешенную и иммобилизованную фракции по методике Дзержинской (1987, 1993). Анализ полученных данных показал, что наиболее разнообразная

накопительная осциллаториевая ассоциация образовалась при естественном освещении без свободного газообмена (48 штаммов ассоциантов).

В составе накопительной культуры обнаружены аммонификаторы (сапрофиты и олиготрофы), азотфиксаторы, известные деструкторы трудноразлагаемой органики и сероводорода: артробактерии, родококки, стрептомицеты, микромицеты, акти-номицеты, пурпурные несерные бактерии. Нефте- и фенолокисляющие микроорганизмы присутствуют, в основном, в количествах свойственным чистым природным водоемам.

Модельные экосистемы. Для выявления зон активизации процесса самоочищения осциллаториевым активным илом исследовали его жизнедеятельность в микроэкосистемах на сточных водах АГПЗ. Для этого в сточные воды различной степени очистки вносили накопительную культуру осциллаториевой ассоциации в количестве 10 г/л. Микрокосмы, имитирующие бесстрессовую ситуацию в очистных сооружениях АГПЗ, выдерживали при естественном освещении и свободном газообмене. Время экспозиции 72 дня. При этом определяли количество растворенного в воде кислорода, общее содержание нефтепродуктов, деструкцию РОВ и активность углеводоро-докисляющей микрофлоры (ПОС) (табл. 4). _

В сточной воде приемной камеры промстоков, нефтеловушек и отстойников был отмечен резкий запах нефтепродуктов и сероводорода, обильный осадок черного цвета; вода мутная, на поверхности - пленка белого цвета. При этом, в воде приемной камеры промстока и нефтеловушек наблюдалось отсутствие растворенного кислорода при высоких значениях сероводорода и общего содержания нефтепродуктов - 285,6 и 56,40 мг/л; 255,0 и 40,60 мг/л соответственно и, как следствие, ингибироаание деятельности микроорганизмов и отсутствие деструкционных процессов. В первичных отстойниках - при крайне незначительном содержании растворенного кислорода - 0,29 мг Ог/л наблюдается содержание нефтепродуктов -40,20 мг/л, сероводород присутствует в количестве 170,0 мг/л. Кроме того, величина ПОС имеет отрицательное значение, что свидетельствует о токсичном влиянии дополнительно внесенных нефтепродуктов на автохтонную микрофлору очистных сооружений.

Для сточной воды в камере смешения и окситенка характерен слабый гнилостный сероводородный запах, бурый хлопьевидный осадок, при этом сероводород присутствует в следовых концентрациях при содержании кислорода 1,48 и 2,07 мг 02/л и ПОС - 0,28 и 0,26 мг 02/л соответственно. Общее содержание нефтепродуктов составляет: для камеры смешения - ЗЗД.0 мг/л, для окситенка - 28,80 мг/л.

Спустя десять суток эксперимента во всех микрокосмах были отмечены следующие изменения: повышение прозрачности воды, отсутствие запаха сероводорода, образование пленки нефтепродуктов начюверхности, внесенные тяжи осциллаториевой ассоциации - на дне сосудов, покрытые сверху черным осадком. При этом отмечены незначительные изменения кислородного режима и ПОС. Общее содержание нефтепродуктов практически не изменилось (табл. 4).

Таблица 4

Динамика деструкционных процессов в моделях, имитирующих очистные сооружения (среднестатистические данные)

Точки отбора проб

Контролируемые показатели

Общее Эффект Содерж Деструк- Дестру ПОС,

содерж. очистки раствор. ция кция

нефте- н/п, % кислоро- РОВ, РОВ + мг

про- да, мг мг Ог/л н/п, 02/л

дуктов, 02/л мг

мг/л 02/л

исходные

Прометок 56,40 0,00 отс. отс. отс.

Нефтеловушки 40,60 0,00 отс. отс. отс.

Первичные отстойники 40,20 0,29 0,10 0,00 -0,10

Камера смешения 33,10 1,48 0,12 0,40 0,28

Окситенк 28,80 2,07 0,15 0,41 0,26

Микрокосмы экспозиция 10 дней

Прометок 56,00 0,7 0,80 0,40 0,70 0,30

Нефтеловушки 40,20 1,0 0,80 0,60 0,70 0,10

Первичные отстойники 40,10 0,2 1,00 0,70 0,80 0,10

Камера смешения 32,80 0,9 1,98 1,08 1,58 0,50

Окситенк 28,00 2,8 2,90 0,90 1,85 0,95

экспозиция 24 дня

Про меток 23,30 58,7 12,50 1,57 3,94 2,37

Нефтеловушки 20,50 49,0 . 11,34 1,59 2,29 0,70

Первичные отстойники 20,00 50,2 10,04 0,83 1,46 0,63

Камера смешения 20,00 34,6 12,03 1,40 3,41 2,01

Окситенк 12,40 56,9 8,73 1,16 3,86 2,70

экспозиция 48 дней

Прометок 16,00 71,6 10,72 1,04 2,19 1,15

Нефтеловушки 15,90 60,8 15,04 3,31 4,63 1,32

Первичные отстойники 15,40 61,6 15,20 2,43 4,94 2,51

Камера смешения 15,40 53,5 11,33 2,08 3,65 1,57

Окситенк 11,60 59,7 12,03 0,82 2,54 1,72

экспозиция 72 дня

Прометок 12,60 77,7 14,64 2,66 4,64 1,98

Нефтеловушки 12,40 69,5 20,00 3,74 4,76 1,02

Первичные отстойники 12,20 69,5 17,14 1,74 3,98 2,24

Камера смешения 11,70 64,7 18,60 1,64 2,80 1,16

Окситенк 10,70 62,8 14,83 1,28 1,84 0,56

По истечению 24 суток в микрокосмах вода во всех сосудах стала прозрачной, без запаха, пленка на поверхности отсутствует, осадок на дне обволакивается тяжами зеленого цвета и от них на стенках сосудов появляются зеленые обрастания. Во всех микрокосмах происходит увеличение содержания растворенного кислорода от 10,04 мг 02/л в отстойниках до 12,50 мг Ог/л в приемной камере промстоков. Значение ПОС резко возрастает в микрокосмах на воде промстоков - 2,37 мг Ог/л, камеры смешения - 2,01 мг Ог/л, окситенка - 2,70 мг 02/л. Кроме этого, наблюдается снижение общего содержания нефтепродуктов в среднем в 2 раза.

Контроль микрокосмов через 48 суток экспозиции показал отсутствие осадка на дне сосудов и значительные зеленые обрастания на стенках. При этом отмечено снижение содержания растворенного кислорода в воде промстоков, камеры смешения и окситенка до 10,72; 11,33 и 12,03 мг Ог/л соответственно. Величина ПОС снижается в микрокосмах на воде промстока в 2 раза (до 1,15 мг Ог/л), камеры смешения в 1,3 раза (до 1,57 мг 02/л) и окситенка - в 1,6 раза (до 1,72 мг Ог/л). Для микрокосм, имитирующих нефтеловушки и первичные отстойники характерно повышение данного показателя соответственно в 1,9 и 4,0 раз.

По окончании экспозиции отмечен значительный прирост биомассы осцил-латориевой ассоциации: на воде промстока - в 2 раза (20 мг/л), нефтеловушек - в 1,8 раз (18 мг/л), отстаивания и смешения - в 1,6 раза (16 мг/л) и окситенка - в 2,8 раза (28 мг/л). При этом наблюдается увеличение содержания растворенного кислорода в среднем в 1,5 раза и снижение ПОС в микрокосмах нефтеловушек - до 1,02 мг Ог/л, камеры смешения - до 1,16 мг Ог/л, камеры отстаивания - до 2,24 мг Ог/л, тогда как на воде промстока отмечено увеличение данного показателя до 1,98 мг 02/л . Кроме этого, сохраняется тенденция снижения общего содержания нефтепродуктов во всех микроэкосистемах от 10,7 мг/л в окситенке до 12,6 мг/л в камере промстока.

Таким образом, в микрокосмах, имитирующих очистные сооружения АГПЗ, на всех этапах очистки при внесении осциллаториевой ассоциации наблюдается активизация процесса самоочищения, особенно- - в микрокосмах, моделирующих окси-тенк.

Модели окситенка. Как показали исследования Дзержинской (1993), при вселении биоценозов на основе осциллатории в сточные воды различных производств в каждом из них образуется свой состав ассоциантов, направленный на деструкцию различного рода загрязнений. Для выяснения возможности формирования осциллаториевой ассоциации в виде активного ила, способного к активизации процесса очистки сточных вод АГПЗ, использовались микроэкосистемы, имитирующие условия окситенка. При моделировании использовались те же условия, что и при получении накопительной культуры в лабораторных условиях.

Анализ экспериментальных данных показал, что преобладание численности микроорганизмов в иммобилизованных фракциях по сравнению со взвешенными во вновь сформировавшемся осциллаториевом сообществе (в 10-100 раз) идентично накопительной культуре. Данное явление доказывает, что специфическое

слизистое строение осциллатории способствует концентрации микроорганизмов вокруг нее и, тем самым, позволяет биоценозу на ее основе создавать зоны активной деструкции.

Исследование физиологических"групп микроорганизмов показало, что в целом во всех экспериментальных вариантах происходит увеличение содержания нефтеокисляющих бактерий. Фенолокисляющие микроорганизмы наращивали численность во взвешенных фракциях в анаэробных условиях при естественном освещении и в обоих кислородных условиях при искусственном освещении. Присутствие тех или иных соединений в сточных водах позволяет сделать вывод о том, что они могут выступать в качестве питательных веществ для определенных групп микроорганизмов-деструкторов сообщества, что и подтверждается увеличением численности нефте- и фенолокисляющих бактерий в результате аллогенной сукцессии микроорганизмов.

Модели иловых площадок. При строительстве и эксплуатации скважин на территорию АГК попадает значительное количество шламовых отходов, включающих компоненты буровых растворов, которые по своему физико-химическому составу относятся к стойким промышленным отходам и складируются в так называемых "амбарах". Процессы самоочищения в них затруднены вследствие строгих анаэробных условий и чрезвычайно малой численности микроорганизмов, которые представлены, в основном, актиномицетоподобными формами и спорообразующи-ми бактериями. Поэтому, для поиска способа активизации деструкции трудноразла-гаемых отходов бурения в "амбарах", была создана имитационная модель, включающая отдельные компоненты бурового раствора и их смесь, почву "амбаров". В качестве агента активизации деструкционных процессов применяли осциллаторие-вый биоценоз. Почва, смешенная с компонентами буровых растворов, заливалась водопроводной водой, которая превышала слой почвы на 1-2 см, т.к. натурные исследования (Андрианов, 1995) показали, что образование водной поверхности в "амбарах" сопровождается увеличением в фунтах количества микроорганизмов, которые в условиях повышенной влажности активизируют свою деятельность и де-структируют компоненты вышеназванных растворов. Накопительная культура ос-циллаториевой ассоциации вносилась из расчета 4-5 г биомассы ценоза на 1 г загрязняющего вещества. Микрокосмы выдерживались в полуанаэробных условиях при естественном освещении. Время экспозиции - 60 суток. Исследования численности и состава сформировавшегося активного ила в средней пробе обоих фракций и оценка эффективности очистки ло косвенному показателю загрязнения -ХПК, выполнены совместно с лабораторией охраны окружающей среды АНИПИгаз.

Проведенный анализ численности и родового разнообразия в условиях деструкции компонентов буровых растворов показывает, что в результате аллогенной микробиологической сукцессии сформировались своеобразные жизнеспособные биоценозы, которые несколько отличаются от накопительной культуры. В состав данных биоценозов входят известные аммонификаторы, азотфиксаторы, деструкто-

ры трудноразлагаемой органики - родококки и микрококки, актиномицеты и родственные им организмы, микромицеты. Кроме этого, в данных биоценозах, в сравнении с накопительной ассоциацией в значительных количествах присутствуют нефтеокисляющие бактерии (от 1,2x102 до 9,0x107 кп/мл).

Эффективность деструкции компонентов буровых растворов по ХПК составляет 83-95%, что предполагает активизацию процессов деструкции углеводородсо-держащих соединений, продуктов и фрагментов, входящих в состав буровых растворов.

Таким образом, при изменении условий среды обитания альгобактериально-го сообщества в результате аллогенной сукцессии в каждом случае в нем происходит формирование нового состава ассоциантов (рис. 1). Например, в сточной воде количество сапрофитов определяется в диапазоне от 5,0x104 до 6,0x105 кп/мл и по общей численности уступает общеизвестным данным по сточным водам. Это указывает на то, что исследуемые сточные воды относятся по своему составу к минеральным и высокотоксичным. В обрастаниях очистных сооружений сохраняется количество видов микроорганизмов (7-8), но общая численность сапрофитов увеличивается до 1,2x10е кл/мл за счет выделяемых сообществом слизеподобных веществ, защищающих микроорганизмы от прямого токсического воздействия. Последняя особенность сообщества, исключение из среды его жизнедеятельности токсикантов и стрессовой ситуации, а также элективное- питание создает в накопительной культуре условия для увеличения родового разнЬобразия (до 11) при небольшом превалировании численности. В моделях окситенка, где происходит смешение уже утративших токсичность минеральных сточных вод с легкоразлагаемыми органическими веществами хозяйственно-бытовых стоков, количество видов значительно увеличивается (18). Именно в этих моделях отмечена наиболее высокая степень активизации процесса самоочищения. В моделях буровых растворов из-за практически полного отсутствия легкоразлагаемых органических веществ количество видов уменьшается в 9 раз, а численность увеличивается до 9,5x107 кл/мл. Следовательно, состав асоциантов, а именно, количество видов и их численность в физиологических группах определяется, главным образом, гидрохимическим составом среды обитания и симбиотическими отношениями в альгобактериальном сообществе.

Сапрофиты

Олиготрофы

Хемо-трофы

Амилолитические Сахаролитические Количество видов

Рис. 1. Сукцессия микроорганизмов - ассоциантов в условиях формирования цианобактериального сообщества

- сточная вода

- модели окситенка

- выделенное сообщество - модели иловых площадок

- накопительная культура

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основой процесса самоочищения загрязненных природных вод и основанной на тех же принципах технологии биологической очистки сточных вод является жизнедеятельность биоценозов, свойственных данным средам. Особую эффективность проявляют апыобактериальные сообщества.

Фундаментальную основу существования биоценозов составляют процессы утилизации веществ и энергии, содержащихся в окружающей природе, процессы извлечения энергии из окружающей среды и превращения экзогенных веществ в биомассу. По мнению Абакумова (1991), анализ изменений, происходящих в биоценозах позволяет выделить три общих направления метаболического прогресса: экологический прогресс - усложнение экологической структуры биоценоза; экологический регресс - упрощение экологической структуры биоценоза; экологическая модуляция - перестройка экологической структуры, не ведущая к ее усложнению или упрощению. В условиях загрязнения окружающей среды метаболический прогресс биоценозов увеличивает интенсивность процессов биологического самоочищения, а значит, его направления можно интерпретировать и на процессы, происходящие в очистных сооружениях при очистке сточных вод.

Как показали исследования Абакумова, Свирской (1985), Абакумова, Тапьских (1985), Горидченко (1988), Попченко (1988), Тальских, Мустафаевой (1990) не только экологический прогресс, но часто и экологический регресс ведет к метаболическому прогрессу биоценозов. Это положение подтверждается нашими исследованиями, показывающими, что скудность активного ила. и низкая окислительная способность техногенной системы привели к индуцированной сукцессии, в которой участвуют микроорганизмы активного ила, промышленных, хозяйственно-бытовых и дождевых стоков. В результате это го процесса в очистных сооружениях образовался новый биоценоз в виде обрастаний и представляющий собой цианобактериальное сообщество, значительная биомасса которого обнаружена в окситенке. Здесь же, по сравнению с другими этапами, наиболее активен процесс самоочищения, показателями которого являются ПОС (0,95 мг 02/л) и содержание растворенного кислорода (3,45 мг 02/л).

Интерпретация направлений метаболического прогресса применительно к очистным сооружениям АГПЗ может быть рассмотрена следующим образом: такие этапы механической очистки, как приемная камера промстока, нефтеловушки, первичные отстойники можно считать зоной экологического регресса. Как известно, усиленное загрязнение экосистем органическими веществами является важной предпосылкой экологического регресса, а разнообразное и постоянное поступление аллохтонного органического вещества освобождает систему от самостоятельного продуцирования органического вещества из неорганического. Вследствие этого происходит упрощение отношений биоценоза с окружающей средой, иГ как следствие этого, его деградация, что

и отмечается на данном этапе очистки. Зоны экологической модуляции отмечены там, где обнаружены обрастания в виде альгобактериального биоценоза - камера смешения производственных и хозяйственно-бытовых стоков и окситенк. Данное направление не ведет к глубоким изменениям интенсивности метаболизма биоценозов в очистных сооружениях, что и доказывается низкой эффективностью очистки (21,5-45%). Зон экологического прогресса в очистных сооружениях не выявлено. Хотя, оценивая техногенную систему очистных сооружений в целом можно было бы сделать предположение о том, что она находится в состоянии экологического прогресса, т.к. наблюдается образование нового биоценоза.

Для изучения его видового состава и роли в процессе самоочищения были смоделированы микроэкосистемы, имитирующие очистные сооружения АГПЗ. Анализ экспериментальных данных показал, что полученная в микроэкосистемах биомасса идентична обрастаниям очистных сооружений. Основой сообщества являются цианобакте-рии рода ОэсПЫопа. Среди ассоциантов обнаружены микроводоросли (11 родов), простейшие (7), бактерии (24 рода) и микромицеты (12 родов). Фотосинтетическая и дест-рукционная деятельность биоценоза в процессе самоочищения сточной воды в микроэкосистемах подтверждается стабилизацией кислородного режима, общим содержанием нефтепродуктов, данными по деструкции РОВ и ПОС углеводородокисляющей микрофлоры. Таким образом, предпосылки для образования в очистных сооружениях зоны экологического прогресса, ведущей к полной очистке сточной воды, имеются, но биомассы биоценоза обрастаний, способной активизировать процесс очистки, не достигается вследствие хронического стрессового состояния данной системы. Такая зона искусственно создается в микроэкосистемах при внесении альгобактериального сообщества на основе осциплатории. Подбором оптимальных условий для жизнедеятельности данного сообщества в лабораторных условиях была получена накопительная культура

осциллаториевой ассоциации. При внесении накопительной культуры в модели сточной

*

воды и иловых площадок были получены специфические активные илы, обладающие фотосинтической и деструкционной способностью.

Следовательно, повысить эффективность очистки очистных сооружений АГПЗ возможно созданием в окситенке зоны экологического прогресса внесением биомассы специфического альгобактериального активного ила.

- ВЫВОДЫ

1. Исследование гидрохимического режима комплексных очистных сооружений (КОС-2) АГПЗ показало, что эффективность очистки сточных вод составляет 21,5-45%. Это обусловлено не только деятельностью активного ила окситенка и микроорганизмов сточных вод, но и в большей степени - обрастаниями, представляющими собой альгобактериальные сообщества.

2. Наиболее активно деструкционная и фотосинтетическая деятельность такого типа сообществ проявляется в окситенке.

3. В лабораторных условиях получена накопительная культура альгобактери-ального сообщества, идентичного обрастаниям очистных сооружений.

4. Выделенное из техногенной водной системы альгобактериальное сообщество представлено тремя трофическими звеньями и по типу функционирования относится к фотосинтетическому. Основой его являются цианобактерии рода Oscillatoria. В состав ассоциантов входят микроводоросли (11 родов), простейшие (7 родов), бактерии (24 рода), в т.ч. актиномицеты и родственные им организмы, микромицеты (12 родов).

5. При вселении накопительной культуры в различные модели очистных сооружений в результате аллогенной сукцессии происходит формирование специфического активного ила, способного деструктировать трудноразлагаемые органические и токсичные соединения (нефтепродукты, сероводород, компоненты буровых растворов) и поддерживать окислительный уровень системы.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Рекомендовано использовать осциллаториевый активный ил для повышения эффективности работы очистных сооружений АГПЗ. Накопительная культура осцилла-ториэвого активного ила культивируется в лаборатории микробиологического мониторинга кафедры "Инженерная экология и природообустройство" Астраханского государственного технического университета и может быть получена при запросе в соответствии с правилами официальных коллекций.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Дзержинская И.С., Киселева Л.А., Сопрунова О.Б.,Воробьева В.А. Оценка экологического состояния водной техногенной системы и прогнозирования возможности ее восстановления. - Тез. Всесоюзн. конф. "Экологические проблемы охраны живой природы", ч. 2- М.: 1990,-с.8.

2. Сопрунова О.Б., Макарова Т.А. Интенсификация процесса очистки сточных вод АГК специфически активным илом. - Тез". Мехедунар. конф. "Каспий - настоящее и будущее". - Астрахань, 1995.-е. 128.

3. Дзержинская И.С., Андрианов В.А., Сопрунова О.Б., Саинов Д.И. Биологическая рекультивация техногенных территорий с использованием альгобактериальных сообществ. - Сб. науч. тр. АстраханьНИПИгаза "Экологические аспекты разработки Астраханского газоконденсатного месторождения". - 1996,- с. 52.

4. Сопрунова О.Б., Астапова О.С. Качественный состав специфически активного ила для очистки сточных вод газоконденсатного комплекса. - Тез. докл. ХХХХ научно-технической конф. проф.-преп. состава АГТУ. - Астрахань, изд. АГТУ, 1996.- с. 95.

5. Дзержинская И.С., Сопрунова О.Б., Саинов Д.И. Экологические основы рекультивации техногенных территорий с высоким содержанием сероводорода. - Тез.докл. научно-техн.конф. - Саратов, изд. СГУ, 1996,- с. 115.

6. Дзержинская И.С., Саинов Д.И., Сопрунова О.Б., Амину Р.Адисса. Состав и свойства техногенных альгобактериальных сообществ. - Вестник АГТУ. Сб.научн.тр., вып. 2,- Астрахань, изд. АГТУ, 1996,- с. 84-86.

7. Дзержинская И.С., Сопрунова О.Б., Зайцев В.Ф. Цианобактериальные сообщества как основа сукцессионных процессов в техногенных системах. - Тез.докл. II Межд. конгресса "Вода: экология и технология". - М., 1996.- с. 37-38.

8. Dzerginskay I., Soprunova О., Sayzev V. Cyanobacterial associations as the base of sucseccian process in technogenic systems. -Abstracts Second International congress "Water: ecology and technology'. -M., 1996.- p. 23-24.

9. Дзержинская И.С., Сопрунова О.Б. Специфические формы жизни как основа "Гипотезы Гей". - Uli съезд Гидробиологического общества РАН /Мат.сьезда, т. 1,- Казань: Полиграф, 1996.- с. 53-56.

10. Андрианов В.А., Дзержинская И.С., Сопрунова О.Б. Некоторые аспекты организации экологического мониторинга на интенсивно эксплуатируемых техногенных территориях. - Тез.докл. Всерос.научн.практ.конф. "Экологический мониторинг: проблемы создания и развития единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ)"- М., 1996,-с. 53.

11. Дзержинская И.С., Сопрунова О.Б. Цианобактериальные сообщества: новые перспективы для усовершенствования очистки сточных вод. - Материалы Межд.симп. "Чистая вода России - 97". - Екатеринбург, 1997. - с. 123.

12. Дзержинская И.С., Андрианов В.А., Сопрунова О.Б. Техногенные экосистемы как фактор антропогенного преобразования природной среды. - В сб.: Поволжский экологический вестник. - Волгоград, 1997.- с. 31-34.

13. Дзержинская И.С., Сопрунова О.Б. О возможности использования специфически активных илов в экологически чистых технологиях. - В сб.: Доклады научно-практ.конф. "Промышленная экология - 97" под ред. д.т.н., проф. Иванова Н.И.. - Санкт-Петербург, 1997,- с. 492.