Биомониторинг активного ила - перспективный путь решения проблемы экспресс контроля процесса биологической очистки нефтесодержащих сточных вод

Е. С. Балымова, Р. К. Закиров, Р. Р. Гайнетдинова,

Ф. Ю. Ахмадуллина

БИОМОНИТОРИНГ АКТИВНОГО ИЛА - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПУТЬ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПРЕСС КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

Ключевые слова: нефтепродукты, активный ил, уравнение регрессии.

На основании количественного исследования экосистемы активного ила сточных вод производств органического синтеза установлены основные закономерности влияния нефтепродуктов на восстановительный потенциал биоагента. Полученные результаты подтвердили эффективность биоматематического подхода при описании состояния смешанной популяции микроорганизмов в процессе биологической очистки сточных вод, содержащих данный загрязнитель.

Keywords: petroleum products, activated sludge, regression equation.

The main regularities of oil influence in industrial waste on reduction potential of biological agent was taken on the ground of quantitative estimation of activated sludge in wastewater extended aeration process for organic production. The results proved out efficiency of biomathematical approach for rapid assessment of activated sludge in oil contaminated waste biological treatment.

Нефть и нефтепродукты - это сложная непостоянного состава смесь углеводородов различного строения и высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ.

Воздействие нефтепродуктов на экосистему определяется совокупностью содержащихся в ней компонентов. Особенно страдают водные системы от пленки на поверхности воды, что влияет на кислородный массообмен и приводит к гибели гидробионтов. Не менее негативное воздействие на биоту оказывают низкомолекулярные нефтепродукты, среди которых наиболее токсичен ряд алифатических, нафтеновых и особенно ароматических компонентов в нефти. Для них допустимые максимальные концентрации в сточных водах, направляемых на биологическую очистку, лежат в пределах

10-35 мг/дм согласно [1-3] при достижении степени очистки 72-90%.

В связи с этим остро стоит проблема диагностики токсического влияния нефтяных углеводородов на многоуровневую экосистему активного ила и на процесс очистки сточных вод в целом. На сегодняшний день одним из важнейших инструментов предупреждения и оценки

антропогенного воздействия на экосистему является биомониторинг, который позволяет заблаговременно при использовании биоматематического подхода прогнозировать ожидаемое качество

рециркулирующего активного ила и в зависимости от состава поступающих на биологическую очистку промышленных стоков и условий функционирования всего комплекса очистных сооружений [4].

Целью настоящих исследований являлась оценка влияния нефтепродуктов на биоценоз

активного ила сточных вод производств органического синтеза.

Эксперимент проводили в реакторах объемом 2 дм3 при среднепузырчатой аэрации. Для оценки реального отклика активной биомассы на дозы

поллютанта эксперимент проводили в условиях, максимально приближенных к производственным: соотношение ила и сточной воды составляло 1,3:0,7, режим аэрации был аналогичен режиму аэрации в производственных биоокислителях.

Диапазон изучаемых концентраций нефтепродуктов составлял 1-20 мг/дм3. Эксперимент предполагал добавление необходимого количества нефтепродуктов в реальные сточные воды. Опыты проводили с низконагружаемой активной биомассой, функционирующей в условиях продленной аэрации промышленных стоков нефтехимического профиля.

Биоиндикацию активного ила осуществляли в динамике: до и в течение процесса аэрации сточных вод и иловой суспензии, с последующей количественной оценкой его состояния в баллах (1-5) [5]. Анализ полученных результатов показал взаимное влияние исходного состояния биоценоза активного ила и концентрации нефтепродуктов на изменение его состояния в процессе биоочистки сточных вод производств органического синтеза, обогащенных контрольным поллютантом.

Начиная с концентрации 5 мг/дм3, наблюдаются существенные изменения в состоянии биоценоза активного ила. Это выражается в изменении прозрачности надиловой жидкости в первый час после внесения нефтепродуктов, снижении подвижности коловраток и амеб, состоянии ресничной зоны инфузорий, появлении большого числа цист и нитчатых бактерий, что свидетельствует о токсичности сточных вод и ухудшении условий функционирования биоценоза активного ила в целом. Незначительное увеличение концентрации нефтепродуктов (7 мг/дм3) ухудшает состояние гидробионтов ила. Это проявляется в разрушении флокул активного ила, увеличение свободных клеток, о чем свидетельствует мутность надиловой жидкости. Более значительные повреждения в биоценозе активного ила наблюдаются при концентрации

нефтепродуктов - 10 мг/дм : массовое появление цист, стойкая мутность надиловой жидкости, снижение родового разнообразия, заметные повреждения и измельчение простейших, и как результат - количественная оценка состояния биоагента снижается (рис. 1). Также снижается

значение индекса Шеннона, характеризующегося родовое разнообразие биоценоза активного ила, что является еще одним аргументом токсичного воздействия нефтепродуктов на смешанную популяцию микроорганизмов (табл. 1).

4.5 А

3.5

5 2,5 -Н

о

LLL L I

1мг/дмЗ Змг/дмЗ 5 мг/дм3 Юмг/дмЗ 20м /дмЗ

Иг.<одноо состояние

10,4 часа

1час

Рис. 1 - Влияние концентрации нефтепродуктов на состояние активного ила за 3-х часовой период аэрации сточных вод

Таблица 1 - Значения индекса Шеннона при различных концентрациях загрязнителя в сточной воде

Концент рация нефтепро дуктов, мг/дм3 Время аэрации, ч

Исход- ное состоя- ние G,4 1 3

1 1,5б7 1 ,56G 1,428 1,285

3 1,76G 1,754 1,743 1,735

5 1,76G 1,714 1,688 1,638

7 1,415 1,4G7 1,393 1,239

1G 1,б5б 1,59G 1,549 1,446

2G 1,б5б 1,431 1,367 1,345

Лучшее физиологическое состояние биоагента в начальный период очистки приводит к меньшим негативным последствиям в биоценозе активного ила (рисунок 2). В этом случае для корректного сопоставления полученных результатов для илов различного исходного состояния количественные изменения в биоценозе оценивали в относительных величинах [б].

Использование биоматематического подхода для оценки текущего состояния активного ила в процессе биологической очистки сточных вод и прогнозирования его восстановительного потенциала, предложенного нами в работе [4], позволило получить зависимость, описывающую взаимосвязь параметров,

влияющих на состояние гидробионтов активной биомассы (формула 1, рис. 3):

к к-1 к к

у = ьо + Х Ьх + ХХ М^ + Х М2’

]=1 ]=1 1=]+1 ]=1

где у - количественная оценка состояния активного ила по балльной системе, баллы; х1 - концентрация нефтепродуктов, мг/дм3; х2 - продолжительность аэрации, мин.

Рис. 2 - Изменение гидробиологических

характеристик активного ила в процессе биологической очистки сточных вод в зависимости от его исходного состояния

нефтепродуктов на состояние биоценоза активного ила в процессе биологической очистки

Она свидетельствует о токсичном влиянии нефтепродуктов на биоагент и необходимости адаптации биоценоза активного ила,

формирующегося на сточных водах производств органического синтеза, к повышенным концентрациям нефтепродуктов для обеспечения требуемого качества очистки промышленных стоков.

Полученные результаты подтвердили эффективность биоматематического подхода при описании состояния смешанной популяции микроорганизмов в процессе биологической очистки сточных вод, содержащих данный загрязнитель.

Литература

1. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. - М.: Недра, 1987.-212с.

2. Постоянный технологический регламент цеха нейтрализации и очистки промышленно-сточных вод №43-04, ОАО «Казаньоргсинтез», 2008.- 189 с.

3. Фомина Е.С. Биоиндикация и биотестирование как

метод определения загрязненности водных объектов / Сборник статей 5 Международной научной

конференции студентов и аспирантов «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» 12-14 апреля 2006. г. Донецк, С. -232-237.

4. Балымова, Е.С. Биомониторинг активных илов процесса продленной аэрации сточных вод / Е.С.

Балымова, Ф.Ю. Ахмадуллина, Р.К. Закиров // Вода: химия и экология.-2010.-№9.-С.29-34.

5. Балымова, Е.С. Влияние фенола на биоценоз низконагружаемых активных илов / Е.С. Балымова, Ф.Ю. Ахмадуллина, Р.К. Закиров // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №11. - С.339-347.

6. Балымова Е.С. Биодиагностика промышленных

илов - как способ управления качеством

биоочищенных сточных вод химических предприятий / Е.С. Балымова, Р.К. Закиров, Р.Р. Гайнетдинова, Ф.Ю. Ахмадуллина // Журнал экологии и

промышленной безопасности. -2009.- №3. -С.10-11.

© Е. С. Балымова - магистр КНИТУ, elena-balymova@rmbler.ru; Р. К. Закиров - канд. техн. наук, доц. каф. промышленной биотехнологии КНИТУ; Р. Р. Гайнетдинова - зав. лаб., Джалильское предприятие тепловых сетей - филиал «Водоканалсервис»; Ф. Ю. Ахмадуллина - ст. препод. каф. промышленной биотехнологии КНИТУ.