Анализ влияния гуминового препарата на рост микроорганизмов активного ила с целью интенсификации и оптимизации биологической очистки сточных вод

УДК 628.3

А. И. Хисамова, Н. А. Югина, Е. О. Михайлова,

М. В. Шулаев

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГУМИНОВОГО ПРЕПАРАТА НА РОСТ МИКРООРГАНИЗМОВ АКТИВНОГО ИЛА С ЦЕЛЬЮ ИНТЕНСИФИКАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Ключевые слова: биологически активные вещества, Serratia marcescens, Bacillus megaterium, гуминовый препарат.

Исследовано влияние гуминового препарата на микроорганизмы Serratia marcescen и Bacillus megaterium. Выявлена способность гуминового препарата оказывать различное воздействие на рост микроорганизмов активного ила в зависимости от концентрации и стадии роста, а также подобрана концентрация препарата 103 г/л, которая способствует более глубокой очистке сточных вод.

Keywords: biologically active substances, Serratia marcescens, Bacillus megaterium, humic compound.

The humic compound effect on growth of microorganisms Serratia marcescens and Bacillus megaterium was detected. The ability of humic compound to have different effects on the growth of microorganisms in activated sludge depending on concentration and stage of growth was found. It was shown, that the humic compound concentration 10'3 g/l can be used for intensification of biological treatment of sewage water.

Введение

В настоящее время метод биологической очистки сточных вод является наиболее универсальным и широко применяемым при обработке стоков. Однако традиционные биологические очистные сооружения работают с перегрузкой и часто не выдерживают современных требований к качеству очищенной воды, а также к стабильности и устойчивости работы. В последние годы в нашей стране и за рубежом ведутся активные поиски способов интенсификации классических методов биологической очистки, в том числе и с помощью добавления биологически активных веществ (БАВ) в сточные воды при очистке [1, 2].

Изучение действия биологически активных веществ, используемых в сверхнизких концентрациях, которые по своим свойствам близки к природным регуляторам роста, представляет особый интерес для специалистов в области биотехнологии для решения задач в области защиты окружающей среды [3].

Целью данной работы явился анализ влияния гуминового препарата на рост микроорганизмов активного ила с целью интенсификации процесса биологической очистки в аэротенке.

Гуминовый препарат - суспендированное комплексное гуминовое удобрение. Его состав включает в себя макро- и микроэлементы, природные стимуляторы роста - гуминовые и фульвиновые соединения. Препарат представляет собой пастообразное вещество темнокоричневого цвета, малотоксичен, IV класс опасности. Все это делает гуминовые соединения потенциальными стимуляторами биологической очистки сточных вод [4].

Экспериментальная часть

Для проведения работы по изучению влияния биологически активного вещества - гуминового препарата были выбраны микроорганизмы Serratia marcescens и Bacillus megaterium, поскольку данные микроорганизмы в наибольшем количестве присутствовали в активном иле очистных сооружений. Для проведения работы по изучению влияния биологически активного вещества

- гуминового препарата использовалась надыловая жид-

кость активного ила биологических очистных сооружений ОАО «Казаньоргсинтез».

Непосредственно изучение влияния гуминового препарата осуществлялось на жидкой среде. Посевным материалом служила 18часовая культура бактерий и надыловой жидкости активного ила. Посев с инокулята осуществляли на жидкую среду с гуминовым препаратом в конечных концентрациях 100, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 г/л. В качестве контроля использовалась среда без препарата. Культивирование микроорганизмов проводили при 28°С на вибростенде в течение 48 ч. Выбор контрольных точек эксперимента обусловлен тем, что 8 ч соответствует лаг-фазе роста, 24 ч - экспоненциальной фазе роста, 32 - началу стационарной фазы, 48 - периоду отмирания культуры.

Динамика роста B. megaterium при внесении гуминового препарата в концентрациях

10-4, 10-сунке 1.

10-2, 10-1,

10 г/л представлена на ри-

Рис. 1 - Динамика роста В. megaterium при внесении гуминового препарата в концентрациях 10-4 (-4), 103 (-3), 102 (-2), 101 (-1),

100

Результаты исследований показали, что применение гуминового препарата стимулирует

t, ч

рост B. megaterium на 8 - 32 ч роста в концентрациях 10-\ 10-2 г/л на 16 - 30 % и 26 - 48 % относительно контроля, соответственно. Внесение в среду гуминового препарата в концентрациях 10-3 и 10-4 г/л приводило на 8 - 24 ч к снижению роста бактерий на 6 - 12 и 25 - 50 % относительно контроля, соответственно. В тоже время на 32 ч роста гуминовый препарат оказывал ингибирующее воздействие на рост культуры микроорганизмов в концентрациях 10° и 10-4 г/л, а в концентрации 10-3 г/л, напротив, стимулировал рост микроорганизмов на 21 %. Максимальный стимулирующий эффект на 48 ч был показан для концентраций 10-2 и 10-3 г/л.

Далее было проведено исследование динамики роста X marcescens при внесении гуминового препарата в тех же концентрациях (рис. 2).

Рис. 2 - Динамика роста S. тигсенсеш при внесении гуминового препарата концентрацией 10-4

Результаты исследований показали, что применение гуминового препарата стимулирует рост бактерий X marcescens на 24 ч роста в концентрациях 10-2, 10-3 г/л на 50 % и 13 % относительно контроля, соответственно. Внесение в среду гуминового препарата в концентрациях 100, 10-1, и 10-4 г/л приводило на 24 ч к снижению роста бактерий на 38, 20 и 15 % относительно контроля, соответственно. На 32 - 48 ч роста гуминовый препарат оказывал ингибирующее воздействие на рост культуры микроорганизмов в концентрациях 10° и 10-1 на 8 - 40 % и 10 % соответственно. Концентрации 10-2 и 10-3 г/л на 32 - 48 ч, напротив, оказывали стимулирующее воздействие на рост бактерий (на 36 - 40 % и 4 - 38 %).

Таким образом, было показано, что максимальный стимулирующий эффект на рост микроорганизмов

B. megaterium и X marcescens достигается при применении растворов гуминового препарата в концентрациях 10-1, 10-2 и 10-3 г/л.

Полученные данные свидетельствуют о способности данного препарата оказывать различное воздействие на рост бактерий в зависимости от концентрации, что может быть использовано для интенсификации очистки сточных вод. Можно предположить, что стимуляция роста бактерий связана с влиянием данного физиологически активного соединения на различные процессы жизнедеятельности клетки, что требовало дальнейшего изучение влияния гуминового препарата на рост и жизнедеятельность на биоценоз активного ила.

Экспериментальные исследования биологической очистки сточных вод производились на установке, состоящей из двух конструкционно идентично выполненных упрощенных физических моделей биологических очистных сооружений, смонтированных на одной технологической раме. Установка была предназначена для проведения сравнительных экспериментов:

- контрольный аэротенк реализовывал традиционный процесс биологической очистки реальных сточных вод;

- опытный аэротенк был представлен для проведения процесса биологической очистки сточных вод с использованием гуминового препарата.

Аэротенк представлял собой реактор, куда подавался воздух и иловая суспензия для очистки сточных вод. Отбирались пробы очищенной воды в смеси с иловой суспензией через определенные промежутки времени, затем активный ил отделялся фильтрованием, и анализировалось значение ХПК очищенной воды. Также осуществлялся биологический анализ активного ила в начале и в конце каждого эксперимента [5].

В первом эксперименте в опытном аэ-ротенке проводился процесс очистки стоков в присутствии гуминового препарата в концентрации 10-2 г/л, а в контрольном аэротенке -традиционная биологическая очистка. Полученные данные показали, что на протяжении всего эксперимента процесс с гуминовым препаратом уступал по степени очистки системе с традиционной биологической очисткой. В конце эксперимента контрольный аэротенк обеспечивал на 17,8 % более глубокую степень очистки сточной воды, чем опытный (рис. 3).

Ъ ч

Рис. 3 - Кинетика изменения ХПК при внесении гуминового препарата концентрацией 10-2 г/дм3

Во втором эксперименте в опытном аэ-ротенке проводился процесс очистки стоков в присутствии гуминового препарата в концентрации 10-3 г/л, а в контрольном аэротенке -

традиционная биологическая очистка (рис. 4).

Рис. 4 - Кинетика изменения ХПК при внесении гу-минового препарата концентрацией 10-3 г/л

Установлено, что в первые три часа гуминовый препарат оказывает положительный эффект на степень очистки по сравнению с традиционной биологической очисткой, так за 3 часа эксперимента значение ХПК с 462 мг О2/дм3снизилось до 132 мг О2/дм3, в то время как при традиционной биологической очистке значение ХПК к этому времени составило 192 мг О2/дм3. К 8 часу эксперимента опытный аэротенк обеспечивал степень очистки 95 %, а контрольный - 89,2 %. В конце эксперимента опытный аэротенк обеспечивал на 2,6 % более глубокую очистку сточной воды, чем контрольный, а в среднем на 7,1 %. Полученные данные позволяют сде-

лать вывод, что применение гуминового препарата в концентрации 10-3 г/дм3 способствует более глубокой очистке сточных вод.

Таким образом, показана способность гуминового препарата оказывать различное воздействие на рост микроорганизмов активного ила в зависимости от концентрации и стадии роста, что может быть использовано для интенсификации очистки сточных вод, а также подобрана концентрация препарата 10-3 г/л, которая способствует более глубокой очистке сточных вод.

Литература

1. Н. С. Жмур, Т. Н. Жигарева, А. И. Разумов, Экология и промышленность, 6, 36 - 40 (2009).

2. Л. И. Хабибуллина, Е.О. Михайлова, С. В. Ахмадиева, М. В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, 7, 192 - 198 (2011).

3. Е.О. Михайлова, С. В. Ахмадиева, Л. И. Хабибуллина, М. В. Шулаев, Вестник Казанского технологического университета, 7, 184 - 188 (2011).

4. Электронные ресурсы:

ЬИр://^'^^. е^тееп^у stems.ru

5. С. В. Мазлова. XI Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Сборник тезисов докладов (Казань, Россия, 2010). Изд-во Отечество. Казань, 2010. Часть 2. С. 362 - 365.

© А. И. Хисамова - магистр КНИТУ, alsu_khisa@mail.ru; Н. А. Югина - магистр КНИТУ, tashka_ugi@mail.ru; Е. О. Михайлова - канд. биол. наук, ассистент каф. химической кибернетики КНИТУ, katya_o_m@rambler.ru; М. В. Шулаев - д-р техн. наук, проф. каф. химической кибернетики КНИТУ; mshulaev@mail.ru.