8542

51

∑hρ=3; ∑hα=15; ∑hβ=23.

Ind S = ∑(Sh)/∑h=103/41=2,51.

Цель работы – определение сапробности водоема.

Оборудование и материалы:

Микроскоп, аквариумы, предметные и покровные стекла, пинцет.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.Получить у преподавателя “ стекла обрастания” с разным временем экспозиции в аквариуме (от недели до полутора-двух месяцев).

2.Рассмотреть под микроскопом препараты с объективом x40.

3.Используя ключ для определения главных групп водных беспозвоночных животных и определители водорослей, составить таблицу видового многообразия. Оценить сапробность обнаруженных организмов по табл.2.

4.Произвести учет организмов по частоте встречаемости по табл.3.

5.Определить сапробность водоема по методу Пантле и Бука (см. пример в тексте). Определить класс качества воды с помощью табл.4.

6.В отчете привести все сведения из п. п. 3-5, в том числе рисунки обнаруженных видов.

Лабораторная работа №11

БИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АКТИВНОГО ИЛА.

52

Биологический анализ активного ила1 имеет большое значение для оперативного контроля состояния процесса биологической очистки сточных вод. Простейшие индикаторные организмы хорошо реагируют на изменения условий существования: нагрузку на ил, обеспеченность кислородом, наличие токсичности, степень регенерации активного ила и т.п. Общее количество простейших и разнообразие видов меняются, кроме того, по сезонам года. В зимний период (температура воды 1213оС) наблюдается наибольшее количество простейших при сравнительно небольшом их разнообразии (9-11 видов). Летом (температура воды 23-25оС) разнообразие видов наибольшее (свыше

15)при незначительном общем количестве простейших.

Всвязи со своеобразной экологической обстановкой в аэротенке2 все организмы активного или можно рассматривать как показатели условий среды обитания, т.е. состава сточных вод и технологического режима их очистки. Следует отметить, что сигнал о “ неблагополучии” на очистных сооружениях индикаторные организмы подают значительно раньше, чем изменяются данные гидрохимических анализов. Так, вспышка Gromia neglecta предупреждает о токсичности поступающих сточных вод за 10-15 дней до ухудшения состава очищенных вод.

Причины многочисленных отклонений от оптимального режима биологической очистки можно разделить на две большие группы. Первая группа – поступающие сточные воды неблагоприятны для биологической очистки: могут быть очень токсичными, несбалансированными по элементам питания (перегрузки или недогрузки, как по взвешенным веществам, так и по расходу сточных вод), неравномерно попадают на аэрационные сооружения. Вторая группа – нарушения эксплуатации очистных сооружений. К ним относятся: несвоевременная выгрузка осевшего ила в аэротенк,

1 Активный ил – частицы органических веществ, населенных различными группами аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов.

2 Аэротенк – прямоугольные железобетонные резервуары, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом.

53

недостаточная аэрация активного ила в аэрационных сооружениях. Отклонения в режиме эксплуатации городских очистных сооружений или в составе поступающих сточных вод отражаются на численности биологических индикаторов активного ила (табл.5). При ухудшении циркуляции ила сумма всех свободноживущих реснитчатых инфузорий превалирует над суммой прикрепленных реснитчатых инфузорий, найденных в активном иле. На напряженность в процессах циркуляции ила указывает равенство между суммой прикрепленных и свободно плавующих инфузорий. Увеличение численности мелких голых амеб свидетельствует об ухудшении режима аэрации. Сумма всех видов коловраток – показатель интенсивности процесса нитрификации; при отсутствии нитрификации коловратки в активном иле не обнаруживаются.

Принцип предложенного в лабораторной работе метода – учет количества и состояния организмов-индикаторов по результатам микроскопирования активного ила. На основании этих характеристик делают заключение о состоянии активного или и его способности к

Таблица 5

Использование индикаторных организмов активного ила для технологического контроля работы городских очистных

сооружений
Изменение в	Индикаторные организмы и
технологическом режиме	признаки
Токсичные стоки	Actinophrye
	Gromia neglecta (численность
	превышает 2 млн. на 1 г сухого
	ила)
	Zooglea ramigera
	Цисты простейших
	Нитчатые водоросли, грибы
Нарушение циркуляции ила	Положительный признак:
в системе	(+) наличие прикрепленных
	инфузорий
	Отрицательный признак:
	(-) наличие

54

	свободноплавающих инфузорий
Нарушение аэрации	Мелкие жгутиконосцы
	Мелкие амебы
Изменение мелких нагрузок	Изменение суммы бентосных
на ил	раковинных амеб
Продуктивность процессов	Изменение суммы
нитрификации	коловраток

переработке загрязнений. Биологический анализ дополняет технологический контроль качества очистки и работы комплекса сооружений биологической очистки.

Пробы для анализа берут отдельно из каждого сооружения: аэротенка, регенератора3, вторичного отстойника4, биофильтра5. Жидкую пробу, отобранную ковшом, переливают в широкогорлую банку, заполняют ее на половину объема и закрывают пробкой. Немедленно переносят в лабораторию и приступают к анализу не позднее чем через 20-30 мин с момента взятия пробы (в течение 1-2 ч пробу, не закрытую пробкой, можно хранить в холодильнике). Для отбора проб со дна сооружения из вторичного отстойника или из резервуара может быть применен батометр. Если его нет, используют склянку с пробкой, открывая ее на заданной глубине при помощи тросика, прикрепленного к пробке. Пробы с биофильтров отбирают скребком на разных глубинах загрузки. В лаборатории берут соскобы пленки с твердого субстрата и рассматривают под микроскопом. Тотчас после доставки проб из аэрационных сооружений в лабораторию отливают из каждой пробы100 мл в цилиндр для определения объема ила через 30 мин отстаивания и дозы ила.

3 Регенератор – резервуар, отдельно стоящий или занимающий один-три отсека аэротенка, в котором идет интенсивное окисление органики за счет высокой дозы активного ила и большей подачи воздуха, чем в аэротенке.

4Вторичный отстойник – резервуар, в котором отработанный (циркуляционный) активный ил отстаивается, насыщается кислородом, чтобы через регенератор вновь поступить в аэротенк

5Биофильтры – очистные сооружения прямоугольной или круглой формы, заполненные слоем из крупнозернистого материала (камня, шлака, щебня), заселенного аэробными микроорганизмами.

55

Обычно для фиксации препаратов применяют 40%-й формалин. Можно использовать более сложные фиксаторы, например осмиевую кислоту, 1%-й водный раствор. Пары осмиевой кислоты очень ядовиты, поэтому для приготовления раствора вскрывают ампулу, сразу бросают ее в склянку и доливают отмеренное количество дистиллированной воды. Хранят в темной склянке с хорошо притертой пробкой и притертым колпачком.

По возможности для фиксации применяют жидкость Утермеле: в 20 мл дистиллированной воды с 5 г дважды сублимированного йода растворяют 10 г KI, добавляют 50 мл дистиллированной воды и 5 г уксусно-кислого натрия. Раствор хранят не более 1 мес в склянке из темного стекла с притертой крышкой.

Для микроскопирования жгутиковых пригоден йод, 0,3%-й водный раствор; для наркоза коловраток – сульфат никеля, 1%-й водный раствор. Нейтральрот, водный раствор (1:800), применяют для микроскопирования простейших; глицерин – для микроскопирования червей и изготовления временных препаратов. Спирт этиловый 96%-й является универсальным средством для фиксации организмов.

Основным методом анализа организмов активного ила (простейших, коловраток и др.) является микроскопирование в живом состоянии. В очищенной воде для сгущения пробы применяют центрифугирование, отстаивание или фильтрование через мембранный фильтр №6 (размер пор 2-5 мкм). Каплю свежего ила наносят на стекло, покрывают покровным стеклом и просматривают под микроскопом. Рекомендуется просматривать до 10-15 капель. Кроме определения видов организмов отмечают физиологическое состояние организмов, структуру ила, наличие зооглей, включение минеральных солей или органических частиц, мусора и т.д. При определении видов организмов надо детально рассмотреть их внутреннее строение, поэтому их делают неподвижными, применяя фиксацию или наркоз. Обычные фиксаторы (этиловый спирт, формалин) сильно деформируют простейших, поэтому применяют быстродействующий фиксатор – пары осмиевой кислоты. Чтобы зафиксировать препарат, на предметное стекло наносят маленькую каплю жидкости с простейшими, стекло быстро

56

переворачивают каплей внутрь склянки с раствором осмиевой кислоты и выдерживают в течение нескольких секунд плотно прижатыми к горлышку склянки. Затем рассматривают препарат пол покровным стеклом при большом увеличении. Жгутики флагеллят хорошо видны в жидкости Утермеле или в растворе йода. К покровному стеклу на границе с предметным прикладывают полоску фильтровальной бумаги, смоченной реактивом. Чтобы остановить или замедлить движение коловраток, употребляют растворы наркотических веществ, например, сульфата никеля. Наиболее простым способом остановить движение коловраток является следующий. К капле воды с живыми коловратками на предметном стекле добавляют каплю глицерина, осторожно тщательно перемешивают концом препаровальной иглы и покрывают покровным стеклом. Остановить движение крупных инфузорий можно также подсушивая каплю, покрытую покровным стеклом при температуре 40-45о.

При качественном просмотре проб организмы можно учитывать по пятибалльной шкале. Наиболее принята шкала шестиступенчатая девятибалльная (1, 2, 3, 5, 7, 9). Однако качественная оценка субъективна, а также недостаточно точна, поэтому количественный учет применяют в счетных камерах. Если невозможно подсчитать каждый вид организмов в отдельности, то количественный учет организмов проводят по следующим счетным группам: нитчатые бактерии, губки, зооглеи, жгутиковые, амебы, свободноплавающие и сидячие инфузории, коловратки, черви, личинки насекомых, рачки и т.п. При взятии пробы пипеткой следует тщательно перемешивать жидкость.

При наличии активного ила с крупными организмами, что характерно для лабораторных установок, применяют стереоскопический микроскоп МБС с окулярами 10-12,5, тогда подсчет ведут в чашках Петри. В активном иле производственных сооружений обычно преобладают мелкие организмы, их подсчитывают в камерах Кольтвица, Нажотта, Горяева и т.п. В активном иле на сооружениях с низкой нагрузкой или при стабилизации ила нужно применять увеличения микроскопа от 60 до 400 раз. В каждом случае после

57

основного просчета дополнительно просматривают пробу как при большом, так и при меньшем увеличении, чтобы не пропустить очень редкие или очень мелкие организмы.

Количество организмов выражают в экземплярах или объемных единицах биомассы на 1 мл иловой смеси активного ила. При сравнении активного ила из разных сооружений – аэротенка и регенератора или двух аэротенков с разными дозами ила – лучше выражать содержание организмов на 1 г сухого вещества ила. Для этого одновременно с микроскопированием из той же пробы определяют дозу ила и затем делят число организмов на дозу ила в граммах. Поскольку организмы сильно отличаются между собой по размерам, правильнее выражать содержание организмов не в числе, а в их биомассе. Для этого вычисляют объем организмов, исходя из измерений их размеров с помощью окуляра-микрометра и приравнивая форму каждого организма к простейшему геометрическому телу. Плотность организмов принимают равной единице, получают биомассу в граммах. Например, биомасса отдельных видов инфузорий составляет для Tetrahymena 0,01-0,05*10-3 мг; для Paramecium caudatum – 0,5- 0,6*10-3 мг; для Spirostomum – 12,7*10 -3 мг.

Результаты микроскопирования проб и количественного учета организмов активного ила записывают в рабочем журнале, который приведен в справочном материале к лабораторной работе. Дают характеристику ила.

Цель работы – ознакомление с биологическим методом анализа активного ила.

Оборудование, материалы, реактивы:

Микроскоп; предметные и покровные стекла; пипетка на 1 мл; активный ил (или настой сена 5-, 15-, 25-, 30-, 35-дневной выдержки в стаканах на 250 мл); формалин 40%-й, вата; спирт.

Порядок выполнения лабораторной работы:

58

1. Получить у преподавателя образцы активного ила или его “ макет”. Удобным макетом является сенной настой разного срока выдержки с развивающимися в нем индикаторными видами. Технику приготовления сенного настоя см. в справочном материале к лабораторной работе.

2.Использовать микроскоп с малым увеличением. На предметное стекло нанести пипеткой каплю предварительно хорошо перемешанной иловой смеси и накрыть покровным стеклом. Немедленно приступить к микроскопированию. Зарисовывать обнаруженные во всех полях зрения виды в рабочую тетрадь.

3.На следующем этапе на предметное стекло нанести произвольное количество осевшего ила и зажать между двумя предметными стеклами. Здесь следует сосредоточить внимание на состоянии организмов, величине, форме и плотности хлопьев ила, наличии посторонних примесей.

4.Дать возможную характеристику активного ила по наличию индикаторных видов.

5.При статической обработке полученные данные необходимо сравнить с отклонением от принятых норм, приведенных в табл.6. Согласно приведенной в таблице классификации, средние значения даны для выборки по пробам с хорошим качеством очищенной воды, для которых прозрачность превышает 30 см. Если полученная характеристика не превышает m + 3δ, то возникшие патологические изменения в процессах биологической очистки нормализуются без дополнительного вмешательства оператора за счет самопроизвольного возвращения к режиму биологической очистки. Если характеристика превышает m + 7δ, то для восстановления нормальной работы необходимо вмешательство оператора.

6.В отчете представить рисунки имеющихся групп организмовиндикаторов, сведения об их количественном учете, оценку степени очистки ила.

Таблица 6

59

Критерии нормы и патологии индикаторных видов активного ила

Биоиндикаторы	т	δ	m+ 3δ	т + 7 δ
Zooglea ramigera	428	349	1475	2 871
Нитевидные бактерии	561	2 000	6 561	14561
Грибы	351	375	1476	2 976
Водоросли	76	89	343	699
Мелкие Flagellata	504	431	1 797	3 521
Amoebina	1 598	1 063	4 787	9 039
J ramia neglecta	431	550	2 087	4281
Цисты	1312	1 000	4312	8 312
Actinopoda	52	59	229	465
Сумма:
бентосных раковинных амеб	505	1 000	4 505	7 505
свободноплавающих	861	-	-	-
инфузорий
прикрепленных инфузории	1 087	-	-	-
коловраток	139	-	-	-

Справочный материал

Перечень индикаторных организмов активного ила

Нитчатые бактерии кладотрикс и сферотилюс часто встречаются в активном иле, особенно в углеводистых стоках (крахмально-паточных, гидролизных, текстильных и др.). Кладотрикс усваивает азот из любых соединений, включая минеральные (нитраты), а сферотилюс растет только на органическом азоте. По морфологическим признакам кладотрикс отличается ложнодихотомическим ветвлением. Нитчатые бактерии образуют длинные нити при замедленном течении жидкости и, наоборот, мельчают при сильном механическом перемешивании в сооружениях. Массовые скопления нитчатых в аэротенке вызывают вспухание ила.

Нитчатые серобактерии (Beggiatoa, Thiothrix) встречаются в сточных водах, содержащих сероводород. Сначала сероводород окисляется до серы, которая откладывается капельками в клетках

60

нитчатых. При недостатке кислорода окисление останавливается на этой фазе. При избытке кислорода сера окисляется до сульфатов, которые сильно подкисляют среду. Нити не имеют капель серы при недостатке сероводорода или избытке кислорода. Серобактерии встречаются также в виде отдельных клеток или их скоплений.

Плесневые грибы образуют ветвящиеся нити, разделенные на клетки, или отдельные клетки. Развиваются в широком диапазоне температур и при различной реакции среды, но чаще в кислой среде, в промышленных сточных водах, где отсутствуют другие организмы.

Зооглеи представляют собой желеобразную массу различной формы и консистенции, в которую вкраплены бактериальные клетки шаровидной и палочковидной форм. Размеры бактериальной клетки

– от десятых долей микрометра до нескольких микрометров. Зооглеи встречаются в виде комковатых шаровидных скоплений, узких плотных тяжей или древовидного разветвления лопастей.

Корненожка (или амебы) (Arcella vulgaris)в хорошо работающем нормальном активном иле встречаются в значительных количествах, как и в нитрифицирующем иле, но отмечалось их присутствие и в плохом иле. Amoeba radiosa присутствует при хорошей работе сооружений.

Жгутиковые бесцветные (Bodo, Proteus) в больших количествах встречаются в перегруженных илах; единственные экземпляры – в нормально работающем иле. Жгутиковые имеют размеры около 10 мкм, поэтому хорошо видны в микроскоп только при большом увеличении.

Инфузории (Infusoria) почти всегда присутствуют в созревшем иле. Характерным является состояние реснитчатой зоны организма: в хорошем иле реснитчатая зона раскрыта, движения ресничек активные; при неблагоприятных условиях реснитчатая зона замкнута. При увеличении нагрузки оперкулярия сжимается и инцистируется.