Диссертация (1141490), страница 9
Текст из файла (страница 9)
При разрушении паттерна стеклянной палочкой онвосстанавливается через 1–2 минуты и по своей морфологии напоминаетпервично возникший паттерн скопления из фрагментов биопленки, снятой сновой полимерной петельной загрузки.Вовторомвариантеопытов,присоблюдениитехжеусловийдеструктирования биопленки, снятой с ершовой загрузки, бактериальные зооглеитакже дают своеобразное скопление в придонном слое воды.
В общем, по своемустроению, паттерн в этом случае напоминает тот, который получался изфрагментов биопленки, снятой с новой петельной загрузки. Однако адгезивныесвойства сапрофитных микроорганизмов в этом случае явно ослаблены. Об этомговорит наличие более тонких дихотомически ветвящихся скоплений фрагментовбиопленки. Паттерны, образованные скоплением фрагментов биопленки сразличных типов загрузки, представлены на рисунке 2.17.64абРисунок 2.17 – Образование фрактальных паттернов в чашках Петри изфрагментов биопленки с различных типов загрузки биореакторов:а – петельная загрузка; б – ершовая загрузкаАнализ фрактальных паттернов с ершовой и петельной загрузок показывал,что адгезия микроорганизмов в биопленке зависит от структуры загрузки.Десятикратная повторность опыта позволила наглядно доказать, что фрактальнаяструктура биоценоза лучше развивается на полимерной петельной загрузкепредлагаемого типа.Дихотомическое ветвление в паттерне скопления фрагментов биопленки,полученных с петельной загрузки, четко проявлялось близко к краям чашкиПетри, в то время как фрагменты биопленки с ершовой загрузки образовывалипоследние дихотомические ветвления от края чашки Петри на расстоянии в двараза дальше, чем при новой предлагаемой петельной загрузке.
Все это указывалона пониженную адгезию микроорганизмов в биопленке на ершовой загрузке посравнению с петельной загрузкой.Повышенная адгезия микроорганизмов в биопленке на петельной загрузкепо сравнению с ершовой загрузкой, выявленная в процессе экспериментов, имеетважное значение для работы всего биореактора. При пониженной адгезиибиоценоза фрагменты биопленки отрываются от поверхности в большемколичестве и менее минерализованные, чем при петельной полимерной загрузке.65Следовательно, образуется больше осадка в отстойнике, а микроорганизмы,которые еще могли бы активно участвовать в процессах очистки водыоказываются инактивированными и находятся в отстойнике контактногобиореактора.На макроснимках загрузок (рисунок2.18) видно, что они имеют разнуюструктуру поверхностного материала и волокон.
Выявлено, что в петлеобразныхструктурах загрузки биопленка образует фрактальные мостики, что можетуказыватьнаналичиепространственного,направленногоростакпротивоположной стороне петли у сообщества микроорганизмов, формирующихматрикс. Это также представляется возможным за счет повышенной адгезии.а)б)Рисунок 2.18 – Макрофотографии поверхностного материала загрузок:а – петельная загрузка; б – ершовая загрузкаОбъяснить механизм более повышенной адгезии микроорганизмов вбиопленке с петельной загрузкой, пока не представляется возможным. Скореевсего, формирование мостиков из биоценоза в полимерных петлях принарастании биопленки способствует такой укладке мукополисахаридов, чтоэлектростатические заряды фрагментов биопленки сохраняются даже при еефрагментации.Таким образом, обоснован новый тип структуры поверхности загрузкиконтактногобиореактораизпорошково-волокнистыхполимеров,66характеризующихся многоуровневой поверхностью для роста биопленки иналичиемпетельнавнешнемслое.Всеперечисленноеспособствуетфрактальному росту микроорганизмов, а тот, в свою очередь, положительновлияет на метаболизм в биопленке, что приводит к интенсификации очистки.Изучениеразвитияиндикаторныхорганизмоввбиопленкенапетельной и ершовой загрузках.
Комплекс микроорганизмов, образующихтонкий слой на загрузочном материале ершовой и петельной загрузок можетвыступать как индикатор работы биопленки сооружения биологической очисткиводы. Толщина слоя биопленки биофильтра обычно не превышает 3 мм, ноприменение петельной биозагрузки, позволяет увеличить этот слой, по сравнениюс ершовой загрузкой, до 6 - 8 мм за счет перпендикулярного расположения петельпо отношению к поверхности загрузки. Однако это не сплошной слой биопленки,а разделенный лепестками, образованными на каждой петле. Благодаря тому, чтопод воздействием тока воды полимерные нити петли могут совершатьколебательныедвижения,сплошногослоябиопленкинеобразуется,иповерхность аэробной части биопленки резко возрастает.
Это дает возможностьзначительно усилить окислительную мощность контактных биореакторов.Отработавшая биопленка выносится вместе со сточной жидкостью избиореактора, после чего отделяется в отстойниках или других аналогичныхсооружениях. Ее влажность составляет 96,2 %. Биоценоз формируется в условияхвлияния внешних факторов таких, как свойства и состав сточных вод,температура и рН среды, кислородный режим.Важнейшую роль в изъятии органических загрязнений из сточных водиграют бактерии.
Помимо этого, в биореакторе могут развиваться грибы,бесцветные жгутиковые, водоросли, однако основную биомассу биопленкисоставляют бактерии. Следует отметить, что видовое разнообразие микрофауныпредставленоограниченнымчисломвидов.Присниженииколичествапитательных веществ уменьшается численность гетеротрофов (грибов и бактерий,особенно нитчатых). Отмечены сезонные колебания видового состава биопленки.Представители различных звеньев трофической структуры биопленки связаны67между собой пищевыми отношениями. Редуценты представлены в цепи питаниягетеротрофными бактериями, грибами, в качестве минерализаторов выступаюттакже – голозойные простейшие, питающиеся бактериями; наконец, можноговорить, о многоклеточных организмах.
Сквозь слой биопленки биореактораосуществляется пульсирующая нестационарная фильтрация сточной воды. Наповерхности и в объеме биопленки биореактора происходит адсорбциязагрязняющих веществ,апослеэтого они подвергаютсядесорбцииибиодеградации органических загрязнений; энергетического и конструктивногометаболизма.Биохимическийпроцессокислениязагрязняющихвеществобеспечивается за счет диффузии кислорода из жидкой среды в клетку. Верхнийслой биопленки, рабочая поверхность которого особенно развита при применениипетельной загрузки, получает преимущество по кислородному режиму посравнению с биопленкой, образованной на ершовой загрузке.
В нижнем слоебиопленки преимущество получают анаэробные организмы, которых такжебольше при использовании петельной загрузки, так как образование мостиковмикроорганизмами между отдельными петлями создает благоприятные условиядля формирования и анаэробной зоны. Основная задача при применениипетельной загрузки нового типа во время эксплуатации биофильтров –значительно увеличить поверхность аэробной зоны и обеспечить образованиеболее толстой анаэробной зоны, играющей важную роль в денитрификацииочищаемой воды.Биоценоз биопленки из биореактора с петельной полимерной загрузкойобразуют мостики в петле и их микрофауна представлена круглоресничнымиинфузориями, являющиеся индикаторами эффективной очистки.При использовании ершовой загрузки отмечается отсутствие мостиков.Слойбиопленкипредставленлибодиспергированнымископлениямимикроорганизмов, либо сплошным слоем образований, похожих на «оленьи рога»Zooglea ramigera. При этом в ершовой загрузке отмечается более слабое развитиемикроорганизмов-индикаторов,указывающихнаухудшениеметаболизмабиопленки при этом типе загрузки биореактора.
Ниже на рисунках 2.15 и 2.1668приведена микросъемка биопленки биореактора с петельной полимернойзагрузкой и с ершовой загрузкой.а)б)Рисунок 2.15 – Микроскопическая картина биопленки из биореактора с петельнойзагрузкой (600х): а – формирование мостиков внутри петли;б – развитие инфузорий (сувоек) в биопленке69а)б)70в)Рисунок 2.16 – Микроскопическая картина биопленки из биореактора с ершовойзагрузкой (600х): а – дисперсное распределение микроорганизмов в биопленке,б – сплошное распределение микроорганизмов в биопленке биореактора, в –образование «оленьих рогов» Zooglea ramigeraИзучен видовой состав биопленки петельной и ершовой загрузки изэкспериментальнойустановки.Проведениеподобногоанализапозволилосравнить эффективность работы сооружений при различной загрузке и выбратьнаиболее предпочтительный вариант для использования на практике.
Данныеприведены в таблице 2.10. Обычно в биопленке встречается 22-30 индикаторныхвидов, среди которых наиболее часто встречаемые: Ladohrix dichotoma, Nematoda,Aspidisca costata, Thiothrix nivea, Opercularia coarctata, Callidina vorax, Notommataansata, Stylonychia pustulata, Colpidium colpo.71Таблица 2.10Видовой состав биопленки петельной и ершовой загрузок [39]БиоиндикаторыКраткая характеристика условий развитияТип загрузкиПетельнаяЕршовая2727недостатку02ZoogleaУстойчивы к высоким нагрузкам по БПК,недостатку кислорода.01КомплексбактерийНитчатые тионовыебактерииУстойчивы к недостатку кислорода, продуктамгниения,ксточнымводам,дисбалансированным по элементам питания12Нитчатые бактерииУстойчивыквысокомусодержаниюводорастворимой легкоокисляемой органики, книзкому содержанию кислорода12Сапрофитные грибыУстойчивы к кислым сточным водам22БесцветныежгутиковыеУстойчивы к высоким нагрузкам по БПК,недостатку кислорода, токсикантам, процессамгниения23Мелкие голые амёбы Устойчивы к высоким нагрузкам по БПК,недостатку кислорода22Мелкие раковинныеамёбыУстойчивы к высоким нагрузкам по БПК,недостатку кислорода.00Крупные раковинные Устойчивы к перегрузкам по легкоокисляемойамёбыорганике12Свободноплавающие Устойчивы к недостатку кислорода, гниению,инфузории (крупные перегрузкам по легкоокисляемой органикеформы)23Брюхоресничныеинфузории42Общее количествовидовбиоиндикаторныхорганизмов вбиопленкеНаправление развития биоценоза:• при усилении активности биопленкиповышениебиоразнообразияистабильности;• при ухудшении метаболизма биопленкиобратное развитиеНитчатые водоросли УстойчивыкислородактоксикантамиНекоторые виды с высокой адаптационноэкологической пластичностью.72КоловраткиШирокаяэкологическаяпластичность,отдельные виды устойчивы к резкимколебаниям рН, как правило, чувствительностьк недостатку кислорода32НематодыВысокаяэкологическаяпластичность,некоторые виды (за исключением хищников)нечувствительны к недостатку кислорода.12ПрикреплённыеинфузорииЧувствительность к недостатку кислорода,перегрузкам, воздействию токсикантов, какправило, показатели хорошего качестваочистки41МалощетинковыечервиХищные виды - показатели глубокой очистки снитрификацией.21БрюхоресничныечервиПоказатели высокогонитрифицирующего илаочистки,10Сосущие инфузорииПоказатели глубокой очистки с нитрификацией(как и все хищники)00ТихоходкиСосущиехищники,чувствительныкнедостатку кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
