Диссертация (1141490), страница 8
Текст из файла (страница 8)
собственно процессаочистки воды и скорости биохимического разложения изымаемых загрязнений. Вэтой связи представляет интерес задача по определению оптимальной скоростинарастания биопленки.Опыт проводился в трехкратной повторности, каждая повторность опыта –в разные дни и в разное время суток.58При проведении эксперимента микробиологические препараты готовили изкаждого слоя биологической полимерной загрузки. Поскольку исследуемыепробы биопленки из различных слоев загрузки с очищаемой водой отбирались изэкспериментальной установки, расположенной в г. Чехов, где было оптимальноенасыщение кислородом, микропрепараты готовились в тот же день.
Дляравномерного перемешивания и равномерного насыщения биомассы кислородомприменена 5-минутная аэрация, с последующим переходом к определениюмикроорганизмов и изучению фрактальной структуры фрагментов биопленки.Изучение видового состава биопленки. Для характеристики биопленки иопределения технологических параметров работы биореактора было выполненоизучение видового состава организмов индикаторов, относящихся к микрофауне,их численность и морфологические показатели клеток простейших.
Большинствоорганизмов микрофауны биопленки находится не в виде отдельных клеток, аобразует бактериальные скопления, зооглеи, структура которых также может датьважное представление о биологической и технологической характеристикебиоценоза биопленки. Важное значение имеет степень развития нитчатыхбактерий и водных микроскопических грибов. Роль указанных индикаторныхорганизмов в биопленке уже хорошо выяснена, и организмы-индикаторы внесеныв специальные определители [32,42,97,106].Используя, указанные выше, определители простейших, коловраток,низших червей и водных клещей, следует вывод, что микрофауна биопленки изэкспериментальной станции представлена следующими видами: Philodina roseolaNotommata ansata; Monostila lunaris; Licane stichaea; Vahikampfia (amoeba) limas;Chilodonella uncinata; Carchesium polypinum; Habrotrocha (Callidina) bidens;Euplotes patella; Aspidisca costata; Epistylis plicatilis; Aspidiska lуnceus; AturritaVorticella convallaria; Vcompanula.Наличие указанных видов микрофауны биопленки, в каждом слое загрузкиговорит о хорошей очистке воды в биореакторе.
Хотя присутствие Aspidiskalynceus и Aturrita и указывало на сниженные нагрузки в биореакторе, при этомпроцессы нитрификации протекали нормально.59Исследование видового состава коловраток в пробах биопленки из каждогослоя загрузки, позволило судить насколько хорошо идет очистка воды в каждомслое.Помимо этого, исследовалась структура самой биопленки и влияние на нееаэлозом, которые могут приводить к деструктированию зооглейного матрикса вбиозагрузке рассматриваемого объекта.Во фрагментах биопленки, взятых из различных слоев биозагрузки,исследована частота встречаемости нитчатых бактерий Spherotilus natans.
Примассовом развитии они могут резко изменить структуру биопленки. Изучениеуказанных параметров позволило судить не только о структуре биопленки, но иоценить ее окисляющую способность, как одно из важнейших свойств приочистке сточных вод.Исследование способности микроорганизмов биопленки образовыватьфрактальные паттерны. Осадок из экспериментальной установки равномерноразмешивался стеклянной палочкой по дну чашки Петри, а затем делалось пятькруговых возвратных движений чашки Петри, чтобы стабилизированные зооглеиосадка пришли в контакт. В результате возвратных круговых движений в чашкахПетри образуется дендроподобный фрактал, напоминающий «спицы колеса» сдихотомическим ветвлением.Далее подсчитывалось количество ветвлений в чашках с осадком из двухмодельных контактных биореакторов, получившихся при применении ершовойзагрузки и при использовании петельной загрузки нового типа из полимерныхматериалов.В первом варианте опыта были исследованы адгезивные свойствафрагментов биопленки, полученные с новой петельной полимерной загрузки.
Вобщей сложности опыт был повторен 5 раз. После фотографирования паттерна онразрушался круговыми движениями стеклянной полочки и строился заново.Проводился сравнительный анализ первоначального паттерна скопления зооглейс паттерном, восстановившимся после разрушения. Во втором варианте опыта,исследовано формирование паттернов из фрагментов биопленки снятой с60ершовой загрузки. Как и в первом варианте, опыт был проведен с пятикратнойповторностью. При этом рассматривалось строение первичного паттерна ипаттерна, который восстановился после разрушения его круговыми движениямистеклянной палочки.В общей сложности при всех вариантах опыта (с учетом контроля)проанализированы паттерны скопления в 22 чашках Петри. Получившиесяпаттерны скопления зооглей с ершовой и петельной загрузок фотографировалисьцифровой камерой и анализировались на компьютере.2.4.2.
Результаты исследований формируемых биопленокМикроскопическийанализраспределениямикроорганизмоввбиопленке.Для препаратов, изготавливаемых из образцов биопленки, проведенмикроскопический анализ. Удельная поверхность формирования биопленкиувеличивается за счет заселения микроорганизмами внешнего и внутреннейповерхностей петельной загрузки [50]. На рисунке 2.15 приведен примермикроскопического анализа для микроорганизмов петельной загрузки, гдеотчетливо заметно фрактальное распределение с дихотомическим ветвлением. Нарисунке 2.16 приведено аналогичное исследование ершовой загрузки, здесьотмечено хаотичное распределение.Петельная загрузка благодаря более сложной внешней и внутреннейповерхностиимеетпреимуществопопространственномураспределениюбиопленки, ее закрепленности, что способствует формированию фрактальныхмостиков.Биопленка,заполнившаявнутренностьпетли,приобретаетдвухсторонний контакт с очищаемой сточной водой, что увеличивает ее рабочуюповерхность в два раза.61Рисунок 2.15 – Фрактальное распределение микроорганизмов в биопленке,сформированной внутри полимерной петли загрузки биореактора (600х)Рисунок 2.16 – Хаотичное распределение микроорганизмов в биопленке,сформированной на ершовой загрузке биореактора (микропрепарат) (600х)62Микроскопический анализ распределения микроорганизмов, выросших наершовой загрузке, показал, что скопления бактерий и грибов в биопленкепредставлены хаотично, и фрактального роста в такой биопленке не наблюдается.Щетины ершовой загрузки несколько ограничивают имеющееся пространство дляформирования биоценоза.Исследование адгезивных свойств биопленки при применении новойполимерной петельной загрузки и классической ершовой загрузки проводилось сиспользованиеммикроэкосистемысбактериальнымизооглеями,котораяпредставляют собой чашку Петри с тонким слоем воды, в которую помещалисьдиспергированные стеклянной палочкой образцы биопленки, снятые с ершовой ипетельной загрузки.
Указанный прием позволяет выявить адгезивные свойствамикроорганизмов, входящих в биопленку каждого из видов рассматриваемойзагрузки биореактора.Известно,чтоклеткисапрофитныхмикроорганизмовфрагментовбиопленки в воде образуют флоккулы или зооглеи, сходные по морфологиимежду собой [86]. Чем больше адгезивные свойства у микроорганизмов,формирующих биопленку, тем крепче она удерживается на поверхности загрузки.Как следствие, в отстойнике биофильтра образуется меньше осадка отработавшейбиопленки.Отработавшиемикроорганизмыбиопленки,склеенныемукополисахаридами, при более длительном удержании подвергаются аэробнойстабилизации и образовавшийся осадок из такой отработанной пленки будетболее минерализованным.Система,состоящаяизфрагментовбиопленкиссапрофитнымимикроорганизмами, выступает в нашем случае своеобразным живым прибором,призваннымвыявить насколько эффективно используетсяокислительныйпотенциал очистных сооружений при том или другом типе загрузки биореактора.По существу, при исследовании клеточной адгезии было прослежено зараспределением сапрофитных микроорганизмов в биопленке в двумерномпространстве, что моделирует эффект формирования биопленки на ершовой ипетельной загрузке биореактора.
Так происходит, например, при действии63консорциумамикроорганизмов,выступающеговкачестве«затравкиупорядоченности», когда под их влиянием из хаотически распределенныхмикроорганизмов формируются своеобразные паттерны [89].Бактериальные флоккулы специально формировались в лаборатории избиопленки экспериментального биореактора с различными типами загрузок. Посвоему составу фрагменты биопленки состояли из бактериальных зооглей,простейших и коловраток, и их биоценоз был близок к активному илу.
Основнаямасса стабилизированного осадка представлена зооглеями, в состав которыхвходят сапрофитные бактерии различных видов, склеенные вместе в флоккулымукополисахаридами, выделяемыми входящей в них бактерией Zooglea ramigera.Фрагментыбиопленкисновойпетельнойзагрузкибиофильтраобразовывали ярко выраженный паттерн, говорящий о высокой адгезивнойспособности микроорганизмов, образующих микробиологическое сообщество наэтом типе загрузки (рисунок 2.17,а). В пользу этого говорит и тот факт, чтобиопленка до снятия внутри петли также имела хорошо организованный паттерн.Во всех случаях в центре чашки наблюдалось сплошное скоплениефрагментов биопленки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
