Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологические аспекты очистки сточных вод высокой степени трофности

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Биологические аспекты очистки сточных вод высокой степени трофности"

по 0А

\ и ^

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ

РЕВОЛЮЦИИ, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 574.524:574.635

АМИНУ Рафиу Адисса

БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ТРОФНОСТИ

03.00.18 — Гидробиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 1993

Работа выполнена в Астраханском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства.

Научный руководитель —

доцент, кандидат биологических наук Дзержинская Ирина Станиславовна.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Максимов В. Н.; кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Золотарева Н. С.

Ведущее учереждение: Институт биологии внутренних вод РАН.

Защита состоится ¿из 1993 года в

часов на заседании специализированного совета Д 053.05.71 при Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

А. Г. Дмитриева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Проблег.га очистки сточных вод высокой степени троТиости, включающих стоки пищевых пре* -првятяЛ, приобретает з ваше время особую актуальность из-за резкого увеличения объема и концентрация в них белковых, токсических и трудиоразлагаекых органических веществ. Это связано с расширением ассортимента выпускаемой продукция к применением новых технологий. Слозкшааяся ситуация привела £ неэффективности работы традиционных очистных сооружений я, за4гастуй, гибели активного ила в них, что значительно ухудшает качество веда водоемов, гфинимавдгос. неочищенные ши йедоочщэнные сточные води.

Расположение пищевых предприятий, в дельтах, на берегах ррк и озер, в районе морских побережий заставляет разрабатывать новые приема я методы очистки или усовершенствовать известные с целью получения биологически полноценной вйдк, по вызнващей, при отводе в водоемы, отрицательных Последствий.

Рнбообрабатывавщиэ фабрик:- республики Бенин постро-япн на побережье Гвинейского залива,' шчекцего для страны в ссяовяом рыбохозяйствавиоэ значение. Сточные воды фабрик-сбрасивавта* в хагущг Нокуз, где расположено саше крупное рыбородпое хозяйство сгрэни - Годоаев. Загрязнение сточными лагуны привело к ухудшении качества воды в результата значительной эвтрофикашт.

Соковой для разработки способа очистки, приемлемого в данной оятуациа, являются метода, близкие к природным, отпечатало егтотщяашм экологическим и водохозяйственным требования?.) к »коггомической целесообразность®.

Ор.нж кз таких методов является использование для

очистки ФототроЛных микроорганизмов. Известно, что они с6ла-да»т высокими деструктирутачимл свойствами по отношению к разнообразным органическим веществам, не требуют искусственной аэрация, а их отработанная биомасса может бык кспользована в качестве кормов и удобрений.

Следовательно, встает необходимость поиска фотографов очидашшх в процессе своей жизнедеятельности сточные вода высокой степени трофнести с получением биологически полноценной вода и полезной биомассы.

Целью кастояаой таботы явился поиск фототрофных мнк^ роорганиомов или их сообществ, способных к очистке сточных вод высокой степени трофиостя.

Поставленная цель предопределила основные задачи:

- изучить микробиологический режим сточных вод, модельных микроэкосистам к сбросных колодцев Астраханского рыбокон* сервного комбината к выявить фототрофше микроорганизмы }

- последовать структуру сообщества сформировавшегося ва основе хлореллы Кесслгш - Chlorella Kosülfiri -

- исследовать возможность очистке высокотрофннх сточных вод под воздействием хлореллы Кеоолера и коллекционных штаы -шов фототрофных шштоорганизмоа %

- проанализировать зависимости эффективности процеооов биологической очистки вт интегральных характеристик системы

и выбрать оптимальный вариант для инженерного решения» Научная новизну. Впервые из техногенной водной экосистемы, образованной на основе высок'трофных сточных вод, выделен штамм '-Chlorella Kosaieri, чьотая кулыура которого депонирована в коллекции микроводорослей ЙФР АН СССР, регистрационный номер 1РРАС-Ш.

Установлено» что при вселении в сточные воды хяоред-

Яа образует резистентное сообщество с аборигенными микроорганизмами, способное к деструкции загрязнений к формировашго достаточного окислительного уровня спстекк.

Бпэрвне описана структура сообщества на основе хлореллы Кесслера, определен состав его ессоштантов.

Установлены критерии соотнопения интегральных характеристик процесса очистки высохотрофннх сточных вод достаточные для восстановления их качества и предотвращения гиперфункция сообщества.'

Практическое значение работы. Установленные в работе вакокомерности и выделенный штамм хлореллы Кесслера, способ-Ш8 образовывать сообщество с микроорганизгаами сточных вод шгут быть использованы для разработки новых и совероенство-ванад известных ?лжекарных решений в биологической очистке оточншс вод. Сообщество может служить штериалом дуй различного рода исследований, касающихся деструкции органических соединений з' процессе очистки высокотрофнах сточных вод.

Построенные математические модели позволяет остими-8 про ей ть процесс деструкции загрязнений а предотвратить гв-верФутада> сообщества, • ■

Аявобедия шботц, Материалы диссертации долоаавн на $айадййки аафедрн Гидробиологии Биологического факультета МГУ.

Дубликатам, Ш материалам диссертации опубликована 1-й рабом к содаво два заявка ва выдачу патента на изобрести«. - '

Объъч табогн. Диссертация состоит аз введения, 5 г.зап, иавптешт, выводов я предложений, списка литература, вюшающбго источников, в том числе ЪЪ иностранных, илльстриро юнэ 2 6 рисунками % ЛЬ та близки.

метода и материалы

.Материалом для написания работы послужили результаты 5-ïk летних исследований 1988-1992 гг., исследований сточных вод к сливкой састемы Астраханского рнбокоъзорвногс» комбината и .их моделей в лабораторных условиях. Объектами изучения явхлись такяе микроорганизмы и сообщества, выделен» ны& из вышеназванных техногенных систем к коллекционные пггаммы Spiruilna 3?.laror.r-h кафедра микробиологии ЛГУ и О-»cil? сло?!.л кафедры ТРП Астрыбвтуза.

Отбор проб на исследования осуществляли с применением общеизвестных '.микробиологических и гидробиологических ме- ' тодик /Кадия, 1956 ; Родина» 1965 ; Романенко, Кузнецов, 1974 ( Киселев, 1976/.

Гидрохимические анализы сточной, воды выполняли, согласно Унифицированным методам анализа вод /1973/, руководствам Бессонова и др. /1987/ ; Каца /1972/ ; Новикова и др. /1981/, •

Всего было исследовано 300 проб вода. Для постановки естественных и гнотобиотических микроэкосистем ва основе сточной водк рнбоконсервного комбината к колодца-приемника » использовали 2-х литровые колби. ЕогестЕвшкче микрокосмы создавались в 2-х вариантах.'

1-й вариант был открыт для световой энергии и газообмена, П-й только для световой анергии. Микроэкоекстамы выдергивали прк естествопном освещении е температуре 20-26 °С. Гаа<кд1мэн о внеаней средой осуществлялся черва ватные пробки.

Вышеописанные микрокосмк использовали для выделения активных по отношению к компонентам сточной вода микроорганизмов и сообществ. В макрокосмах пробы отбирали через 30 дней в течение 2-х лет.

Гнотобиотические микрокосмы были искусствэштм вое-лешем в сточные воды фототрофных микроорганизмов в количества от 1 до 10 млн клеток пли от 10 до 50 г/л. Пг ->ди для выяснения их активности в процессе очистки сточной воды на БПКд, ЯК, нитриты, нитраты отбирались через 5,10,15,20,25 дней. Всего было исследовано 60 естественных и 120 гното-биотических кякроэкосистем. При этом выполнялись следуют® • гидробиологические и микробиологические анализы.

Общее количество микроорганизмов определяли методом прямого счета пр Разумову /1932/. Биомассу бактерий подсчитали путем измерения бактериальных клеток и расчета объема по формулам. Численность морфологических и физиологически групп микроорганизмов - с помощью метода предельных разведений и высева на штатные питательные среды /Родина, 1965 ; Кузнецов, Романенко, 1974/.

Для выделения специфических микроорганизмов была использованы -агары типа "голодных" /Романенко, Никифорова, 1371, 1974/ на основе сточных вод рыбоконсервного комбината»

Видовую идентификацию выделенных микроорганизмов проводили по краткому определители бактерий Берги /1980/, го определителям актиномипетов Гаузв с соавторами /1983/, мик-ромяцетов по Пвдопличко и Мшшо /1971/, справочным пособиям Скворповой /1981, 1983, 1984/." Егоровой. /1986/, Кепалъ с соавторами. /1989/, монографии Нестеренко с соавторами /1985/. Санитпчныо показатели определяли мотодаки, изложенными в Методические- указаниях по санитарно-микробиологическому анализу воды даверхяостшас водоемов /1981/, руководствам Матвеева в Корта /1964/, Артемова /1978/. Отбор проб фитопланктона проводили по Киселеву /1976/. Пробы фиксировали и оифонироваля. Подсчет количества клеток выполняли общепринятым методом

в камере Нажотта. Биомассу водорослей определяли объемный ыатодом, приравнивали Форму клеток к близкому геометрическому телу /Федоров, 1979/. Для идентификации видов .пользовались определителями Голлербах с соавторами /1953/, Киселева /1676/, Андреевой /1975/.

Анализ гидрофауны выполняли ао общепринятым гидробиологическим методам с использованием поршневой пипетки и камеры Богорова, по Атласу фауна аэротенков /1984/ и монографии Бурковского /1984/. Всего прошшроскопировано более 500 препаратов, выделено и определено до рода 50 ввдов мик-роорганнзмог-.

Оценка скорости очистки сточной воды фототрофными микроорганизмами и сообществами проводилось по формуле Те-литченко а др., 1268:

К а ___, ГД9

И^олн. - Б1К5 , К - константа скорости реакции,' сут г * - длительность инкубации, сут ;

БПК^ - биохимическое потребление кислорода на пять суток { БПКполн - полное биохимическое пот{иблекке кислорода.

Математика-статистический анализ экспериментальных дакп-чх выполнен на ЭВМ о помощью пакета програьи с использованием методов дисперсионного и регрессионного анализов Крусяала-Валлнса.

СОСТОЯНИЕ ВОПРО'Л '

Сточные води пищевой промышленности относятоя к вы-так как оодеряат до 24% органических соединений, ооиощуг массу которых соотяеъзм азотсодержащие вещества.

В Японии, США и странах Европы для очистки тагах оточннх вод, применяется способ в основу которого полояег.:! теоретические положения микробиологического окисления-восстановления, происходящие при нитрификации и денитра^инашт. Завиолкость скорости очистка от гаюгочислешшх факторов и нестабильность кислородного режима в очистном аппарате спивают эффективность способа, что устраняется различными приемами в виде комбинации нитрификации и денитрирккации с дез-азотизацкей а очисткой активным -шом или добавлением вода, насыщенной воздухом и соединениями, содержащей органический углерод /патент Японии £ 62-55920 ; 62-31638 ; 60-23870/. Эти приеш способствуют стабилизации кислородного режима, но не ликвидировали частые остановки процесса из-за вспухания активного ила и привели к удорожания систем очистки.

Способы анаэробной очистки о получением газа, применяемые для пищевой промышленности в основном в странах Азии, целесообразны для небольиого количества сточных вод, взрывоопасны в эксплуатации и.не могут быть рекомендованы для очистки сточных вод рыбообрабатывавдих комплексов /патент Японии № 61-34880, 61-4799В/.

Применение для вкоокотрофяых:сточных вод специально адаптированных чистых культур микроорганизмов иди их ассоциаций оказалось эффективным только при отсутствия абототенпых микроорганизмов в сточных водах /патент Япония № 59-13276 ; а.св. СССР № 88-74663 ; США ¡6 43371440/,

Более стабильнее результаты получены при использовании микроводарослей, фотосинтезирувдих бактерий в комбинации с активным адом я дезазотязнцяей или с комплексом микроорганизмов, оЗлдд-аюда* многообразием ферментных систем /патент

Яаоаии й 60-Ш7Э ; 62-53238 ; 60-18479/ /Догадияа и др., 1974 ; ¡Озьанко, 1976 ; 1984 ; Телатченко, 1972/.

При таком активном влэ питательный и кислородные ре-якиы вследствие возникновения биоаенотическах связей цэзду аесо-глантами более стабилизированы, но неустойчивы из/за •¡¡екусстьонноста создаваемого сообщества. Такие системы про-дол&ягедьное время могут противостоять аборигенным микроорганизмам, но в них часто возникает гиперфункция отдельных членов, приводящая к потере качества уже очищенной воды.

Сточные вода рыбоконсервной промышленности характеризуется в настоящее время не только как высокотрофныв, но как токсичные. Всладстваи присутствия фенолов и сероводорода. Кроме того, содержание в них хлоридов и значительных количеств гнилостных микроорганизмов-препятствует щншэне-нию для так:гх сточных вод вышеописанных способов очистки, как и традиционного, активным клом. Основные недостатки -последнего заключаются также в хрупкости применяемых сообщать и нестабильности кгслородного реяиш.

Поэтому необходим поиск сообществ, включающих фото-тровные микроорганизмы, резистентные к действию фенолов, хлг-рихов, воздействию аборигенных микроорганизмов и оптимально:; розы вселения в сточные воды для управления процессов очистки. • .

РЕЕтТАТЧ И ИХ ОБС. ^.ЕЙИЕ .

1. Характерно тика сточных еод высокой, степени трофности на примере стоков Астраханского рыбоконсервного комбината

Аотрьханский рыбоконсервный комбинат вклвчает: кон-сертптй завод, производство корковой муки, жемчужного пата, к^иарет».': цех, вчцускакикй карему», печеную р:*5у, рыбные

_ О _

колбасы, копченую и сльйоооленуя проекция. На торр:г?ор'н Комбината находится тагсге икорный завод.

Основными компонентами сточных еол Астраханского бокомбииата являются азотсодерггацие и кпиерагшю вещества, яир, поступающие при мойке, разделке, дейростании снръя ля-ромучного производства ; солевые растворы от отработашзнх тузлуков ; щелочные растворы, сбрасываемые аослей мойки банок и санитарной обработки оборудования, а также мсшиге кусочки рыбы, слизь, чешуя, кровь. Из коптильных и консервных цехов, обжарочного отделения в общий стон, кроме вышеназванных веществ, сбрасываются фенолы, растительные гасла, томатный и другие соусы, остатки круп, овоией, пряности. В состав общего сток?, водят такта бытовые и условно чистые сточные воды из автоклавного отделения и от охлаждения компрессоров.

Содержание такого комплекса органических и минеральных соединений обусловливает некоторые особенности сточных вод рыбоконсервного комбината. Прежде всего, это оч>пь высокое содержание азотсодержащих веществ- 60-84$, жиров - 4 --1СЙ, находящихся в эмульгированном, растворенном л кэраст-воренном состоянии - в виде плзнки на,поверхности сточной води. Значительное содержание минеральных веществ - около от сухого остатка, из которых 8% хлориды, приближает оточянэ года по ионному составу к рассолам. Возшкность быстрого зависания жидкости обуславливает колебания рН от 7,7 до 6,?.

Визуально сточные воды имеют коричневато-серый цвет, неприятный запах, густуэ и клейкую консистенцию /табл. 1/.

Ща одной их особенностью является присутствие разнообразных микроорганизмов, попялвяцях в воду с поверхности

Таблица 1

Состав сточных вод Астраханского рыбокомбината

Показатели загрязнения, мг/л Стоки от цексг:

; кулинарного * консервного ; тарокучного ; общий сток

Рй 7,00 - 7,70 6,80 - 7,00 6,80 - 7,00 6,80 - 7, ,00

Температура 16,00 - 20,00 17,00 - 21,00 '-3,40 - 3,70 20,00 - 21,00

1200,00 - 1260,00 1165,00 - 1200,00 1780,00 - 1800,03 1086,00 - 1121,00

'^гал. m • 1300¿00 - 1350,00 1300,00 - 1308,00 2220,03 - 2250,00 1356,40 - 1376,00

1375,00 2000,00 '1320,00 - 2000,00 3265,00 - 3220,00 1692,03 - 2033,00

Азот общий 33,00 - 36,00 31,10 - 34,00 217,00 - 224,03 65,20 - 68,20

1зот акаоняй 13,80 - 14,00 30,00 - 31,00 29,80 - 31,СЮ 16,60 - 17,20

ФоС'Ьор 16,80 - 17,00 8,90. - 9,00 ' 72,00 - 72,65 23,90 - 25,40

¿лорида ¿700,00 - 2720,00 743,00 _ 744,00 1248,00 - 1259,00 1742,03 _ 1760,00

<-.'удь?аты 64,30 - 66,00 15,40 - 16,00 22, S0 - 24,00 22,50 - 23,20

Сероводород • 10,00 - 11,00 6,80 - 8,00 24,00 - 30,00 8,03 - 9,80

Фенолы 0,03 - 0,04 0,11 - 0,12 0,73 - 0,74 0,17 - 0,16

Взвешенные вещества 1100,00- 1350,00, 1200,00 - 1700,00 2795,00 - 2800,00 1211,00 - 1280,00

Зиры 20,00- - 22, да 5,60. - ь,80 25,00 - 27,00 17,00 - 18,03

рыбы и при разделкэ из жаЛр я кишечника. Среди них обнаружены представители сапрофитных микроорганизмов, условно патогенные форш, качественный и количественный состав микроорганизмов в сточной воде нестабилен. Он зависит от вида wtíu, условий ее обитания, количества и разнообразия микробного населения воды и ила в месте вылова, сезона добычи, длительности хранения, технологической схемы переработки и т.д. Постоянно в общем стоке присутствуют представители следующих

РОДОВ: Pseudomonas ; Cli.itridiui.r ; Bacillus ; Striphyioco-c-cus ; Snroina ; I.Tloroöoccus ; i'lavoba-teriam ; Vibrio ; Аогопопаз ; Coryiíobaororiun ; Chronobactoriun ; Gyto-phoda , а таете стрептомицеты, актиномвдеты, дрожжи и шк-ромипеты. Из условно- патогенных форм нами выделены Sacherichia ?oli ; Proteus -Vul^arie ! Staph/lococcun Aureus ; Clostridium Putreifi'un ; P. i'lratill» ; из патоген ¡HX Sftlmonela Sp.

С поверхности рыбы, при мойке попадает в воду 102 -ю' клеток с 1 см2 í при разделке из жабр - ю" - ]П8 клеток ; йз кишечника- - iO'-lO® клеток. В сточной воде, образующейся после производства кормовой цуки из задержанных отходов, количество микроорганизмов достигает 10®-10^ кл/гл. В общем стоке в зависимости от температуры окружающей среда и вида выпускаемой продукции численность микроорганизмов колеблется от 10®' до 1012 кл/мл, из них группа сапрофитов составляет 3 58-100«.

2. Поиск (Мтотрофных микроорганизмов и сообществ, способных

к жизнедеятельности в сточных водах высокой степени троф-

ности и деструкции в них различного вида загрязнений

Для выделения фототро^ных микроорганизмов, способных

к жизнедеятельности в сточной воде рыбообрабатывающих пред-

приятий был использован метод микроэкосистем. Вода для va постановки была отобрана из общего коллектора /1-й вариант/ и сбросного колодца /П-й вариант/ Астраханского рыбоионсэр» вного комбината.

Сточная вода из общего коллектора характеризуется более высоким содержанием оэлковнх компонентов - 60;í, вирой - 10л, фенолов - О,СШ, хлоридов - 8% при БШ^ 300-35: иг/л и рН - 6,5-7,0, чем вода из сбросного колодца, т.к. в последнем случае она разбавлена речной водой и ее ЕПК^ составляет 110-180 мг/л. В первые дни в микрокосмах наблюдались анаэробные условия, толстая серая пленка на.поверхности коричневато-серой жидкости, черный осадок на дне сосудов и неприятный гнилостный запах. К 10-му дню в микроэкосистема* 1 варианта никаких визуальных изменений не произошло. Во П варианте отсутствовала пленка на поверхности ¡зочы, которая стала более светлой, но облапала таким же сильным гнилостным аагахом. В'этих микрокосмах EDKg снизилось до 100-120 мг/л при рН 7,0-7,2 и содержании растворенного кислорода - 1,87-1 ,S5 мг/л. В толще воды было отаечено появление немногочисленных мелких светло-зеленых хлопьев. Через 20 дней в этом варианте опытов исчез гнилостный запах, БПК:- снизилось до

О

20-30 мг/л, количество растворенного кислорода - 1,20-1,69 мг/л, рН - 6,7-7,2. По истечению 25 дней вода приобрела зеленоватый оттенок, БПК5 снизилось до 12-16 мг/л, по урезу вода наблюдались пузырьки воздуха, количество растворенного кислорода - 5,0-6,0 мг/л, рН - 7,0- 7,2,

В 1-ом варианто опытов ник. ких визуальных изменений как и улучшения качества воды за bj емя наблюдений не отмечено. При мякроскопировании препапатов воя; из микроэкосистем

П варианта опытов обнаруг-гно, что в них развивается моно -

культура хлорелл*.

Для выделения и получения чистой культуры штамма нами были использованы как обмчнке среди Гаузо, Та?,г.г.1я, т -и жидкая стерильная и агаркзованкая сточная вода, именно на последних средах нам удалось получить биомассу хлореллы для дальне!шях исследований.

Учитывая кгупные размеры клеток и форму хлоропласта, штата был отнесен к виду сыотеНа Ко-,;1ог1, что было подтверждено старшим научнкм сотрудником БйНА Андреевой В.М.

По поводу распространенности и мсст обитания выделенного наш птамиа, литературные сведения крайне скудны, хлорелла Кесслера относятся к редким вилам. Единственное сообщение о вых.елеь'ии хлореллы Кесслера с зеленого налета на цветочном -горшке принадлежит Андреевой /1975/. Полученный ея штамм гс"ода растет на данералиси средах, способен в темноте к гатеротрофии, в качестве источника азота использует аммоний, обладает активной гидрогеназой.

Выделенный наш штамм ичтенсивно наращивает биомассу только ва белкопнх средах,' в частности, на сточных водах высокой степени трофности. Это подтвердилось пря вселении хлородш Кесслзра в сточные воды, создания гнотабиотических кикроэкосястзм. Данные эксперимента по сравнению жизнедеятельности хлореллы в сточной воде и на среде Таммия приведены в в:тд8 кривых на рис. 1. Их анализ позволяет выделить в зизнедеятельности хлореллы на сточной воде шесть фаз:

1. Индукционная фаза - 2 суток, в течение которой не происходит заметного изменения количества клеток - это время адаптации хчораллы в сточной, воде, БШ^ сточной воды -117,7-133.0 от/л.

2. Фаза заметного роста - 4 суток, в которой достигается

Peg. 1. Дянамшл роста хлор .ялы Кесслэра на сточной воде и питательной среде

1 - 711 - iT-ззы рэзвпт;ш хлореллы

максимальный размер клеток - 0,3-0,5 глеи, прирост на сточной еодо составляет 0,2-0,5 '■■лк кл/мл, ки '¿наскальной. питательной, ерзде - 0,01-0,03 илн кл/мл.

3. Фаза иаксгадального нреврасоняд субстрата - 5 суток. В ней. прирост клеток на сточкой вода составляет 0,¡'5-0,8 млн кл/мл, а на минеральной питательной среде - 0,3-0,6 гллн кл/мл, ЕПКд сточной воды - 4-6 кг/л.

4. Фаза, арифметического прогресса - 6 суток, прирост хлаток па сточной воде не лревыиэег 3,04-3,06 млк кл/мл, на минеральной. питательной среда 2,6-2,9 млн кд/ил, БПК^ сточной вода 121,4-135,0 мг/л. 3 этой фазе нзблздается увеличение значения БПК^ по сравнению с вредндущеЕ., что связано с начавшимся процессом гиперфункции хлореллы.

5. Оаза стационарного роста - 7 суток, характеризуется по.:з-лением мертвых клеток, достигающих 0,015-0,025 млн кл/мл на сточной, воде и 0,07-0,085 млн кл/мл на минеральной питательной среде. Прирост клеток на последней, составляет 2,4-3,0 шщ кл/мл, а на сточной воде 3,01-3,06 шгн клДм. На поверглостк сточной воды да^зляготся пузырьки воздуха и она приобретает зеленый цвет.

6. Эндогенная фаза - 8 суток, в которой прирост клеток составляет 2,6-2,8 млн кл/мл на сточной воде и 1,9-2,3 шн кл/мл на минеральной питательной среде. I згой фазе продолжается гиперфункция хлореллы и вследствш этого повышение значений БПКд до 165,0-170,5 кг/л.

Таким образом, за время наблюдений при росте на питательной среде количество клеток хлореллы увеличилось в 1,6 т®з, а при росте на сточной воде в 1,8 раз.

Следовательно, сточная вода мотет служить питательно!* средой для хлореллы Кесслера. При г. том утилизация езэ в

процессе роста биогекнмх компонентов сточной води способствует улучшение качества последней.

Для поддершшя деструкционнкх свойств хлореллы Кес-слэра к апробации коллекционных штаммов "р3.ги15.па и ОооШе-

, они били вселены в анаэробные микроэкосистемы на основе сточкоМ воды рыбоконсервного комбината. Наблюдения за як'ггвкоетью микроорганизмов в гнотобиотических микрокосмах проводили в течение 72 часов.

При вселении спирулиш в количестве 1x10^-1x1О6 кл/ул, БГКс за время наблюдений снизилось на 80-625?, количество растворенного кислорода в системе составляло 1,2-1,4 кг/л. йкокулирование сточной воды осциллаторией в колич-отва 10-5"0 г/л привело к падению значений БПКц на 93-97$. При этом количество растворенного кислорода в конце наблюдений было крайне незначительным 0,33-0,35 кг/л. При вселении в микрокосмы 1x10^-1x10^ кл/мл хлореллы Кесслера ЫЖд снизилось на 83-65$, а количество растворенного кислорода не превышало 1,2-1,3 иг/л.

Таким образом, за время наблюдений активность в высокотравных сточных водах проявляют все исследованные микроорганизм-. Дальнейшие наблюдения показали, что активность опиру-лины после 72 часов резко снижается и клетки лизируются в ре-»ультатв воздействия микроорганизмов сточной воды. Осцидлато-ряя образует с ними сообщество и ее жизнедеятельность в микрокосмах продолжается, но окислительный уровень системы оота--ется очень низким, не более 1,5 мг/л растворенного киолорода. Хлорелла напротив, создает в микрокосмах высокий окислительный уровень 4,7-5,4 мг/л, чему способствует резитентность культура, которая, по-видимому, достигается возникновением ^имбиотических взаимоотношений с аборигенными микроорганизмами.

Для выявления ассоциантов были произведен.!,' посевы биомассы хлореллы на рыбопептоншш бульон и рнбопептонннй агар, обычной концентрации и разбавленный в 10а, агар на оточной воде, среды Чапика, Рошнекко, Виноградова, Гплътая Эшби, Бейеринка, Постгейта, Конкиной, Сабуро, Гаузе, Стравинского и др. Обнаруженные нами бактерии и микромяцеты относятся к следующим родам: СЫогоМип ; тюЛорави<1ояопаа

ТЫоосраа ; Аао1:оЪасгег ; За511111я ; Do.7u.lf с^ог.я.си1и«.1 СЬгоиоЬао1ог1ип ; У1Ъг1о ; А<^Апомусоз ; 1.1уаоЪао1:ог1шя 3*:гр1:01пусеа ПооагсЯа ;Ад?зг~111игИ !1ис.ог, СрвДИ НИХ аНЭЭ-робйых микроорганизмов - 333!, факультативно-анаэробных - 33^, аэробных - 2Ъ%, из них более 50% способны к деструкции белковых, веществ, 1755 разлагают анрн, 8% - углеводы и ксенобиотики. Около 25% выделенных микроорганизмов относятся к $ю;'0-тройам, 60-70$ - к готеротрофам, Среди последних более 42^ утилизируют фенолы и нефтепродукты.

При микроокошгровании препаратов хлореллы Кесслера, полуденной пересевом из Тгаотобиотических микроэкосистем на стерильную агарииованнучч сточную воду, а:;эди ее кгэток были обнаружены оледуизге роды ресничных инфузорий: »

Рпгпгаес1ип1. ; РягИл'гсМа ; Уот^ссНа ; ТеЬгчЬумепп ;

31у1опусМа .

Таким образом, сложившееся в микрокосмах сообщество представлено 3-мя трофическими звенья?.® и по типу функционирования относится к (Тютосинтетическому. Основным продупентом в ней является хлорелла Кесслери.

Деструкция белковых компонентов а очистка сточной воды в микроэкосистеках происходит в результате жизнедеятельности сообщества в целом.

Визуально этот пропеос после зоаления хлореллы проис-

ходит в несколько стадий:

1, Оседание клеток /10-12 часов/

2. Почернение и выделение С02, Hg, uH4 a'HgS /60-62 чао./

3. Позеленение и осветление воды /14-20 часов/

4, Активное выделение кислорода - появление по урезу воды пузырьков воздуха /30-34 часов/.

С биохимически полиций в первой стадии происходит формирование сообщества, во второй - анаэробная, а в третьей аэробная деструкция загрязнений, в четвертой - восстановление кислородного релсима. Для последней стадии характерна возможность гиперфункции хлореллы, что вызывает вторичное загрязнение уже очищенной воды.

Для предотвращения этого явления необходимо разработать оптимальный ре-жим для вселения количества клеток хлореллы и времени инокуляции, с помощью методов математической статистики. ' .

3, Математическое моделирование процесса очистки сточных ВОД сообществом На ОСНОВе Chlorella Kesilori

При изучений процесса очистки сточных 1юд математико-отгтистическиш методами применяли дисперсионный и регрессионный анализ.

Дисперсионный анализ позволяет выявись влияние качественного фактора на количественную переменйу®. Регрессионный анализ дает возможность построить математическую модель связи меаду количественными переменгыми.

В нашем сл/чае дисперсионный анализ использовался для определения влияния раз.' иных доз /количество вселяемых клеток хлореллы на миллилитр сточной вода/ на я /полное биохимическое потребление кислорода/ ; ъ g /ЕПКд/-; Xq /количеот-

во растворенного киолорода в сточной воде «с инкуоаидш/ ; Х^ /содержание растьорэнного кислорода поело аичубащгл на пять суток/ ; X /количество утилизированного кислорода для деструкции загрязнений микроорганизмами/. Так как чтгело экспериментальных данных небольшое и не позволяет проверить гипотезу о нормальности распределения волячиш ?, ; ; : Хд ; X мы использовали метол непараметрического дисперсионного анализа Крускала-Баллиса.

Дяя 'построения математических медалей зависимости величин 2 ; 25 ; Хд ; Х5 ; X от времени использовали регресионный анализ. Для выявления значимых факторов проверялась статистические гипотезы о параметрах регрессии. Критерием качества

р

служит квадрат множественного коэффициента корреляции и .

Применение параметрического дисперсионного аняли?1 показало, что при заданном уровне значимости с( « 0,050 доза не влияет ни на одну из величин ъ ; ; Х0 ; Хд ; X, потог^у, что на определенное время в микроэкосистеме устанавливается оптимальное равновесное состояние ме?иу концентрациями окисляемых компонентов субстрата и количеством микроорганизмов.

Для выбора на основе полученных экспериментальных данных оптимальной дозы вселения были апробированы 10 математических уравнений в виде линейной и нелинейной зависимостей /табл. 2/.

При представлении процессов, происходящих в микроэко-систёыах послэ вселения 1 млн кл/мл хлореллы но 1 мл сточной воды в виде линейной зависимости, математическое уравнение процесса имеет следутадиЧ вид: 25 = 189,58 - 25,43 -ь. Анализ кривых, описывающих это уравнение показал, что линеГдая зависимость не дает возможности установить начато .гшер1унг.:кя ?лорг;лл*, разграничить стадия деструхпг:> загрязнений /ря;:.2/.

Таблица 2

Кинетические модели процесса очистка сточных вод сообществом на основе хлорелла Кесслера

® модели: Доза : Кинетические коделк

♦ | интегральная форма : стандартная ; оз-^бка : абсолютное I значение

1 : 2 : з : 4 : 5

1 1 г 5 а 189,58 - 25,43 г 35,5494 7,03984 5,33307 - 3,61266

2 ' 1 ъ 5 а 200,34 - 14,447г + 1,501 ±2 28,560561 ■ 3,648334 0,0472304 7,0126 - 3,75341 3,1785

3 2 2 5 = 438,55 - 434,915 * + 166,359 г2 -' - 27,138 1:8 + 1.5788 4 4 28,1911 41,54 . 19,286728 3,513521 ' 0,218702 15,5563 -10,4697 8,6258 - 7,7239 • 7,2193

4 3 2 5 23731 - 0,486265t 0,507703 0,113526 10,3157

5 5 3 5 - 164,333 - 65,4926 X + 6,444^2 -21,0657 12,08255 1,474897 7,8010 - 5,4249 4,3664

Продолжение таблицы 2

£ : 2 : 3 : 4 : 5

6 6 2 5 = в 5,58776 - 0,59342t 0,398648 0,0789441 0,00001 0,00029

31,199285 5,0222

7 7 Z 5 = 157,199286 - 60.258702t + 5,874012t 2 17,938157 - 3,3592

2,191495 2,6804

8 8 2 5 « е4,56368 - 1,16351t 0,368114 0,2688104 12,3975 - 4,33977

9 9 2 5 = e 6,08817 - 0,804359 * 0,444859 0,0380952 13,6856 -9,13057

10 10 . 2 5 = 4,56284 t- Ь163-56 0 0,368075 0,268075 12,3965 -4,33967

сутки.

Рис. 2» Динамика БПК^ г процессе очистки сточной воды вселением хлореллы Кеош;ера

При описании процессов о поглодаю нелинейной нависи-мости, полученное уравнениеъ 5 = 200,34 - 14,447 ; + 1,50^ позволило о помощью тангенсов определить скорость, стадии деструкции органических веществ и время начала гппорфкнкцшг хлореллы /рис, 3/.

Выбрав нелинейную зависимость за основу с помощью уравненияз 5 = 200,34 - 14",447с + 1,501 г2 ж меняя исходное количество клеток от 1 до 10 млн на 1 мл сточной воды нами определен оптимальный режим вселения хлореллы. Такой дозой является 5-10 млн кл/мл. При этом очистка сточной воды по БПКд достигает 4-7 мг/л, а время инокуляции для предотвращения гиперфункции составляет 5-6 суток.

вывода

1. Из сбросных колодцев Астраханского рыбоконоервного комбината выделен штамм СЬйогеНа Кело^аг!,регистрационный номер 1РРАС-112, резистентный к высокотрофным оточннн водам.

2. Установлено, что хлорелла Кесслера, при вселении з высокотравные сточные вода, образует сообщество со специфическими для них бактериями, микромирами я простейшими.

3. Определено, что сообщество способно к очистке внсокотрсф-ных сточных вод до БПК5 5-7 г. т/л, протекакдей в две стадии. В первой - анаэробный провдсо деструкции загрязняющих веществ происходит под воздействием ассоцнаптов хлореллы. Во второй - анаэробный, в результате ее Фотосетгге-тичоской деятельности восстанавливается кислородный режим очищенной воды - 8-9 мг/л.

4. Установлено, что для очистки высокотро^яшс сточных вод более целесообразно по сравнению с коллекционными штамма-

а в с оуткя •

Рис, 3. Динамика БПК^ в процессе очистки сточной, вода вселением хлореллы Кесслера

а - деструкция легкораэлагаемах органических веществ;

в, с - деструкция трудноразлагйемых органических веществ;

в - гиперфункция хлореллы

ми применение хлореллы Кесслера.

Оптимальным вариантом для очистки внсокотрофннх сточных вод является вселение хлореллы дозой 5-10 млн кд/мл. Для предотвращения гиперфункции хлореллы время инокуляция не должно превышать 5-6 суток.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рекомендовано использовать хлореллу Кесслера для очистки сточных вод рыбоконсервных фабрик Республики Бенин, которые расположены на берегу лагуны Нокуэ. Сброс очищенной воды вместе б хлореллой повысит возможность кормовой базы для выращивания тиляпий рыбоводного хозяйства Годомей.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ '

1. Амину P.A., Дзержинская И.С. Структура и свойства альго-ЦеНОЭа На ОСНОВ© Chlorella Xescleri 1РРАС-112.- SypHi Биологические науки, Л 11-12,- 1992.- о. 52-55.

2. Дзержинская 'И.С. f Амину P.A., Воробьева В.А.'» Сопруно-ва О.Б. Способ очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий»- Заявка ка выдачу патент^ на изобретение Л 5058291, праорета^ от IG августа 1992 г,- 9 с.

3. Дзиртайохая Н.С.* Киселева I.A., Амину Р.А?, .Воробьева В.А» Способ осветления а обесцвечиваний овросодаряядах сточных вод»- Заявка аа выдачу патента ка изобретение

6058290, приоритет от 10 августа 1992 т.- 8 0.