2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................ ................................................4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СЛОЖИВШЕЙСЯ СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ АКТИВНОГО ИЛА...............................................................................12
1.1. Индикаторная роль организмов активного ила. Классификации биоценозов ила.....................13
1.2. Фундаментальные законы экологии и их распространение на процессы,
происходящие в экосистеме активного ила............................................................24
1.2.1. Теория видового разнообразия.............................................................27
1.2.2. Теория устойчивости и стабильности экологических систем..................................31
1.2.3. Закон внутреннего динамического равновесия экосистем.....................................35
1.3. РЕАКЦИЯ БИОЦЕНОЗА АКТИВНОГО ИЛА НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ТОКСИКАНТОВ....................................38
1.4. Нарушение спдиментационных характеристик активного ила под влиянием
ЧРЕЗМЕРНОГО РАЗВИТИЯ НИТЧАТЫХ ХЛАМИДОБАКТЕРИЙ......................................................50
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ •••••••••«••••»••••••«•••••••••••••••••••«•••••••»•••••••••в•••••••••••••••••••*• 60
2.1. Методы предварительной подготовки проб и количественного учета бактерий
АКТИВНОГО ИЛА......................................................................................62
2.1.1. Методы гомогенизации проб................................................................62
2.1.2. Метод прямого счетафлюорохромированных бактерий неядерных фильтрах с окраишванием флюорескамином...............................................................63
2.1.3. Окрашивание бактериальных клеток раствором флюорескамина.................................64
2.1.4. Метод прямого счета флюорохромированных бактерий на мембранных фильтрах с окрашиванием акридин оранжевым..................................................................65
2.1.5. Метод прямого счета бактерий с окрашиванием эритрозином..................................66
2.1.6. Метод окрашивания нитчатых бактерий по методу Гиама......................................67
2.1.7. Метод окрашивания нитчатых бактерий по методу Нейссера...................................68
2.1.8. Измерение размеров нитчатых микроорганизмов..............................................69
2.2. Методы учета простейших активного ила.........................................................70
2.2.1. Качественный учет простейших.............................................................70
2.2.2. Методы количественного учета организмов активного гыа....................................71
2.3. Оценка состояния биоценоза по видовой структуре...............................................72
2.3.1. Индекс Шеннона...........................................................................72
2.3.2. Индекс Cuba..............................................................................81
2.3.3. Модифицированный индекс Cuba.............................................................82
2.4. Оценка функционального состояния активного ила................................................86
2.5. Лабораторные модельные установки для очистки сточных вод......................................86
2.6. Статистическая обработка данных...............................................................89
ГЛАВА 3. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ АКТИВНОГО ИЛА. ХАРАКТЕРИСТИКА И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ УРОВЕНЬ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ БИОЦЕНОЗА.............................................................90
з
3.1. Систематические признаки организмов активного ила и некоторые уточнения ИНДИКАТОРНОГО ЗНАЧЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП............................................94
3.2. Условия формирования и функционирования экосистемы активного ила...............118
3.2.1. Экологические факторы, определяющие развитие и популяционную динамику
активного ила.....................................................................119
3.2.1.1. Биотические факторы...................................................120
3.2.1.2. Абиотические факторы..................................................121
3.2.2. Технологический режим эксплуатации сооружений с аэротенками...............127
3.3. Основные типы экосистемы азротенков и уровни организации биоценозов
активного ИЛА.......................................................................132
ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМЫ И ФОРМЫ РЕАКЦИИ БИОЦЕНОЗА АКТИВНОГО ИЛА НА СТРЕССИРУЮЩЕЕ АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ................................................142
4.1. Поступление, фракционирование и трансформация наиболее распространенных токсикантов в процессе биологической ОЧИСТКИ.....................................147
4.1.1. Нефтепродукты.............................................................149
4.1.2. Тяжелые металлы...........................................................155
4.2. Выбор и обоснование параметров, характеризующих состояние активного ила в
норме и при его стрессировднии......................................................165
4.3. Состояния биоценоза активного ила, характеризующие условную норму, риск и
кризис. Разрушение биоценоза и формы регенерации....................................168
ГЛАВА 5. ВСПУХАНИЕ АКТИВНОГО ИЛА КАК НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННАЯ ФОРМА КРИЗИСНОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ АЭРОТЕНКОВ. СТРАТЕГИЯ УЛУЧШЕНИЯ СЕДИМЕНТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АКТИВНОГО ИЛА.................................206
5.1. Причины, вызывающие вспухание активног о ила...................................209
5.2. Особенности развития хламидобактериального вспухания активного ила на действующих сооружениях биологической очистки....................................223
5.3. Индикаторная оценка процесса биологической очистки в условиях вспухания активного ила....................................................................234
5.4. Специфические мероприятия по подавлению доминирования хламидобактерий.
11 рофилактика нитчатою вспухания...................................................243
5.5. обоснование алгоритма комплексной оценки воздействия токсикантов на процесс биологической очистки с целью выявления причин его нарушений и, в
частности, причин хламидобактериального вспухания ила...............................253
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ........................................................................ 271
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................................... 273
28
сложности (снижении видового разнообразия). Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могут исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как устойчивые становятся еще обильнее. Если действие неблагоприятного фактора нарастает или долго сохраняется, затрагиваются все новые виды биоценоза (Кернц, Ланца, 1976).
Стабильность водных экологических систем зависит от разнообразия водных популяций. В большинстве природных вод поддерживается равновесие между различными сообществами. При нарушениях равновесия популяции реагирует гомеостатически, чтобы восстановить стабильность в сообществах (Митчелл, 1976). Богатое видовое разнообразие организмов активного ила свидетельствует о благополучии биологической системы аэротенка, высокой эффективности очистки и устойчивости биоценоза к повреждающему воздействию аварийных выбросов и токсичных сточных вод. Эффективность очистки обеспечивается наличием многокомпонентных ферментных систем. Важно, чтобы в системе очистки присутствовали организмы, способные одновременно окислять разнообразные субстраты (Ривьер, 1976), — в этом преимущество активного ила с большим видовым разнообразием при очистке сточных вод смешанного состава перед культурами, адаптированными к отдельным видам загрязнения.
Динамика численности каждой популяции сообщества определяется совокупностью параметров, характеризующих ее взаимодействие со средой (Абросов, 1987). Структура биоценоза ила в большой степени зависит от состава поступающей сточной воды, а также от технологических параметров работы аэротенков (Curds, 1973; Andrew, 1974; Гюнтер, Беляева, 1976; Липе-ровская, 1977; Носов и др., 1980). Поэтому анализ процесса очистки и возможность управлять им определяется, в первую очередь, получением точных количественных характеристик каждой таксономической группы организмов активного ила.
Загрязнители различной природы, составляющие смесь в сточной воде, поступающей на биологическую очистку, в той или иной мере влияют на популяции организмов активного ила. Это влияние может быть как стимули-
29
рующим, так и тормозящим, вплоть до токсического. Присутствие специфических загрязняющих веществ в сточных водах формирует условия для развития определенных видов бактерий и простейших, адаптированных к составу очищаемых сточных вод.
Формирование сообщества происходит по правилу наибольшего соответствия условиям среды (Реймерс, 1994). Чем беднее сообщество, тем это более пагубно для его существования. Стратегия экосистемы по сохранению гомеостаза основана на поддержании видового разнообразия и взаимозависимости членов сообществ в изменяющихся условиях окружающей среды.
Способность к перестройке и переходу на новый уровень функционирования более высока у биоценозов более сложной структуры. 11а биоцено-тическом уровне большей устойчивостью обладают системы с богатым видовым разнообразием. При неблагоприятном воздействии потеря видового разнообразия — стремление экосистемы сохранить устойчивость в новых условиях и этот механизм более совершенен у сообществ с богатым видовым разнообразием (за счет более широких возможностей отбора и более совершенного адаптационного механизма). Однако на популяционном уровне наибольшей устойчивостью обладают организмы с наиболее простой организацией: хламидобактерии, осмотрофные простейшие, сапрофитные бактерии. Популяции хищников и представителей высших трофических уровней при антропогенном стрессировании исчезают из биоценоза активного ила в первую очередь. Эго связано с тем, что чем глубже специализация видов в биоценозе (хищники), тем возможнее расхождение темпов адаптации организма и скорости изменения среды его обитания. Этот факт обобщает правило более высоких шансов вымирания глубоко специализированных видов О. Марша: быстрее вымирают более специализированные формы, генетические резервы которых для дальнейшей адаптации снижены (цит. по Реймерсу, 1994).
На организменном уровне способность к выживанию в неблагоприятных условиях связана с толерантностью, наличием цистообразования или
- Київ+380960830922