Исследование влияния НУЗ на активные илы гг Казани

Исследование влияния НУЗ на активные илы гг. Казани и Теплице (ЧР) Студент группы 619 -121 Денисова В. В. Научный руководитель: Ахмадуллина Ф. Ю.

Цель исследований: • биомониторинг илов очистных сооружений городов Казани (РФ), Теплице (ЧР); • исследование влияния низкочастотного ультразвука на их биоиндикаторный комплекс. КНИТУ, Казань, 2014 2

Решаемые задачи: 1. Исследование комплекса индикаторных микроорганизмов методом биодиагностики. 2. Оценка родового разнообразия и сходства, выявление доминантных индикаторов исследуемых смешанных популяций микроорганизмов разных модификаций процесса БОВ. 3. Изучение влияния низкочастотного ультразвука на биом активного ила городских очистных сооружений г. Казань (РФ). 4. Изучение влияния опосредованного воздействия низкочастотного ультразвука на биом активного ила городских очистных сооружений г. Теплице (ЧР). 5. Исследование вторичного загрязнения иловой суспензии тяжёлыми металлами при её обработке низкочастотным ультразвуком. КНИТУ, Казань, 2014 3

Микроскопирование активного ила Активный ил городских очистных сооружений г. Казань Методы исследования Объекты исследований Активный ил городских очистных сооружений г. Теплице КНИТУ, Казань, 2014 Количественная оценка состояния активного ила (5 -бальная оценка, индекс Шеннона, индекс Маргалефа, индекс Палия. Ковнацки, индекс Серенсена) Определение тяжелых металлов в надиловой жидкости 4

1. Изучение биома активных илов очистных сооружений гг. Казани и Теплице КНИТУ, Казань, 2014 5

Сточные воды контрольных биостанций г. Казань г. Теплице Поступающ ий сток, мг/дм 3 Очищенн ая вода, мг/дм 3 Степень очистки, % Поступающ ий сток, мг/дм 3 БПКполн. (БПК 5) 148, 9 9, 6 93, 6 157, 35 12 92, 4 ХПК 576 68 88, 2 335, 1 50 85, 1 Взвеш. в-ва 231, 4 10, 03 95, 7 169, 24 15 91, 1 Общий азот 31, 94 18, 6 41, 8 35, 25 14 60, 3 Общий фосфор 3, 1 2, 2 29 4, 77 1, 5 68, 6 Фенолы 0, 021 0, 001 95, 2 - - - Формальдегиды 0, 084 0, 024 71, 4 - - - Нефтепродукты 1, 14 0, 06 94, 7 - - - АСПАВ 2, 83 0, 045 98, 4 - - - Fe 2, 62 0, 26 90, 1 - - - Al 0, 67 0, 071 89, 4 - - - Cu 0, 022 0, 002 90, 9 - - - Zn 0, 14 0, 014 90 - - - Компоненты БП 0, 26 КНИТУ, Казань, 2014 Очищенн Степень ая вода, очистки, % мг/дм 3 0, 47 6

Места отбора проб а б а) городские очистные сооружения г. Казань; б) городские очистные сооружения г. Теплице КНИТУ, Казань, 2014 7

Индикаторные микроорганизмы Тип Саркомастигофоры Sarcomastigophora Подтип Класс Жгутиконосцы Mastigophora Растительные жгутиконосцы Phymomastigophorea Животные жгутиконосцы Zoomastigophorea Саркодовые Sarcodina Настоящие амебы Lobosea Филозеи Filosea Oligohymenophora Kinetophragminophora Инфузории Ciliophora Ресничные Ciliata Peritricha Polyhymenophora Сосущие Suctoria Немательминты Nemathelminthes Suctorida Коловратки Rotifera - Нематоды Nematodes Кольчатые черви Annelida - Малощетинковые черви Oligochaeta КНИТУ, Казань, 2014 Род Казань Теплице Astasia - Bodo Acanthamoeba, Arcella, Centropyxis Trinema, Euglypha Paramecium - Holophrya, Chilodonella Epistylis, Opercularia, Vorticella, Thuricola Aspidisca Podophrya, Tokophrya Lecane, Cephalodella, Rotaria, Gastrotricha, Callidina, Gastrotricha, Tobrilus, Nematoda Holophrya, Chilodonella, Colpidium Epistylis, Opercularia, Aspidisca Tokophrya Lecane, Cephalodella, Rotaria, Encentrum Philodina Tobrilus, Nematoda Aelosoma, Aelosoma 8

Индексы родового разнообразия и сходства Индексы ГОС Шеннона г. Казань г. Теплице Маргалефа 3, 32± Серенсена 3, 42± 0, 73 2, 78± 2, 84± КНИТУ, Казань, 2014 9

Условия формирования индикаторных микроорганизмов Класс Растительные жгутиконосцы Животные жгутиконосцы Настоящие амебы Lobosea Филозеи Filosea Oligohymenophora Род Astasia Bodo РФ + + ЧР + Acanthamoeba + + Arcella Centropyxis Trinema Euglypha + + + + Paramecium + - Holophryа + + Kinetofragminophora Chilodonella + + Peritricha Colpidium Epistylis Opercularia Vorticella + + + - Thuricola + - Aspidisca Tokophrya Podophrya Lecane Cephalodella Rotaria Philodina Gastrotricha Callidina Encentrum Tobrilus + + + + + Nematoda + + Aelosoma, - + + + - Polyhymenophora Сосущие Suctoria Коловратки Rotifera Нематоды Nematodes Малощетинковые черви Водные клещи Условия Типичный представитель нормально функционирующего ила. Обитает преимущественно в средненагруженных илах. Мелкие амебы-показатели нарушения очистки, высокой нагрузки, неудовлетворительной аэрации, диспергирования хлопьев и высокого содержания в иловой смеси бактерий, не связанных с хлопьями АИ. Крупные амебы - обычные обитатели нормально функционирующего ила. Питаются диспергированными бактериями, мелкими простейшими, поэтому развиваются в массе при нарушении процесса очистки и дефлокуляции хлопьев АИ. Практически постоянно представлены в АИ. Обнаруживается при различных условиях, включая увеличение содержания органических загрязняющих веществ в СВ, а также при различных нарушениях технологического режима, чувствительна к недостатку кислорода; а также характерна для ила с недостаточной нагрузкой. Характерен при низких нагрузках. Встречается с увеличением содержания органических загрязняющих веществ в СВ, а также при различных нарушениях технологического режима. Встречается в высоконагружаемом иле. Его наличие говорит о высоком качестве очистки и хороших нитрифицирующих свойствах ила. Характеризует созревший ил. V. campanula, V. nebulifera – встречается при недогрузке ила, V. microstoma – встречается при перегрузке ила. Характерезуют недогруженные очистные сооружения, большой период аэрации и высокое качество очищенной воды. Встречаются при снижении нагрузок, с хорошо протекающими процессами нитрификации. Показатели глубокой очистки с нитрификацией (как и все хищники ). Характеризуют работу аэротенков с низкими нагрузками, продленную аэрацию, полное окисление. Развиваются в низконагружаемом иле, Формирующем высокое качество очистки. Обитатели ила обычных аэротенков, обеспечивающих полное окисление загрязняющих веществ. Обнаруживается при продленной аэрации. Развивается при ухудшении условий. Характерен при низких нагрузках. Показатель высокой степени очистки. В малых количествах могут развиваться в хорошо работающем иле, в больших указывают о застое ила В АИ встречаются постоянно. Наибольшей массовости достигают в регенераторах аэротенков. Развиваются в хорошо минирализованном, иногда в голодающем АИ. КНИТУ, Казань, 2014 10

Индекс доминирования Палия-Ковнацки Род D ГОС г. Казань D ГОС г. Теплице Astasia 1, 6 - Bodo Acanthamoeba Arcella Centropyxis Trinema Euglypha 0, 096 14, 56 3, 2 14, 88 3, 072 14, 24 0, 748 4, 988 4, 239 18, 703 0, 935 17, 706 Paramecium 1, 632 - Holophryа 1, 152 0, 623 Colpidium - 0, 062 Chilodonella 0, 32 0, 623 Epistylis 3, 552 18, 516 Vorticella 5, 12 - Opercularia 4, 416 8, 354 Thuricola 0, 096 - Polyhymenophora Aspidisca 7, 168 2, 431 Сосущие Suctoria Podophrya 0, 032 - Gastrotricha 1, 408 0, 064 0, 672 1, 28 0, 032 0, 064 0, 249 0, 374 0, 249 Класс Растительные жгутиконосцы Phymomastigophorea Животные жгутиконосцы Zoomastigophorea Настоящие амебы Lobosea Филозеи Filosea Oligohymenophora Kinetofragminophora Peritricha Rotaria Коловратки Rotifera Lecane Cephalodella Encentrum КНИТУ, Казань, 2014 Tobrilus Нематоды Nematodes Nematoda 11

Доминантные индикаторные микроорганизмы ГОС г. Казань а 1 и а 2) Acanthamoeba; б) Centropyxis; в) Euglypha КНИТУ, Казань, 2014 12

Инфузория р. Aspidisca Дефлокулированный хлопок активного ила Хлопок активного ила (созревший) КНИТУ, Казань, 2014 13

Индекс доминирования Палия-Ковнацки Род D ГОС г. Казань D ГОС г. Теплице Astasia 1, 6 - Bodo Acanthamoeba Arcella Centropyxis Trinema Euglypha 0, 096 14, 56 3, 2 14, 88 3, 072 14, 24 0, 748 4, 988 4, 239 18, 703 0, 935 17, 706 Paramecium 1, 632 - Holophryа 1, 152 0, 623 Colpidium - 0, 062 Chilodonella 0, 32 0, 623 Epistylis 3, 552 18, 516 Vorticella 5, 12 - Opercularia 4, 416 8, 354 Thuricola 0, 096 - Polyhymenophora Aspidisca 7, 168 2, 431 Сосущие Suctoria Podophrya 0, 032 - Gastrotricha 1, 408 0, 064 0, 672 1, 28 0, 032 0, 064 0, 249 0, 374 0, 249 Класс Растительные жгутиконосцы Phymomastigophorea Животные жгутиконосцы Zoomastigophorea Настоящие амебы Lobosea Филозеи Filosea Oligohymenophora Kinetofragminophora Peritricha Rotaria Коловратки Rotifera Lecane Cephalodella Encentrum КНИТУ, Казань, 2014 Tobrilus Нематоды Nematodes Nematoda 14

2. Изучение влияния низкочастотного ультразвука на биом активного ила городских очистных сооружений КНИТУ, Казань, 2014 15

Проведение эксперимента МКР для непосредственного УЗВ Sonor Super RK для опосредованного УЗВ Показатель МКР Sonor Super RK υ, к. Гц 40 35 Мощность 221 -240 Размер a=140 мм, b=20 мм, h=140 мм D=250 мм, h = 170 мм Объём установки 220 мл 3000 мл Режим озвучивания, мин 1, 2, 5 0, 5, 1, 3, 5 КНИТУ, Казань, 2014 16

Опосредованное действие низкочастотного ультразвука Характеристика состояния объектов микроскопирования Состояние активного ила, мин 0 (исх. ) Надиловая жидкость прозрачная крупные, Хлопки ила компактные Нитчатые бактерии наличие Актиномицеты наличие Водоросли наличие Амёбы много; подвижные 0, 5 прозрачная средние, компактные наличие подвижные 1 прозрачная средние, компактные наличие, много слабо подвижные Инфузории крупные, средние; средние и активные; без мелкие, активные повреждений активные, много Коловратки небольшое количество Черви отсутствие Цисты отсутствие Состояние активного 4, 5 ила, балл Индекс Шеннона 2, 68 небольшое колво; крупные; подвижные отсутствие 3 лёгкая муть средние, компактные наличие слабо подвижные 5 мутноватая некомпактные наличие слабоподвижные много средние и мелкие, повреждённых, активные, много оторванные бутоны много, крупные, подвижные слабоподвижные отсутствие наличие отсутствие увеличение 4, 5 3, 5 2, 55 2, 52 2, 42 2, 24 КНИТУ, Казань, 2014 17

Воздействие опосредованного низкочастотного ультразвука а) б) в) а) дефлокуляция хлопьев; б) образование цист; в) деформация простейших КНИТУ, Казань, 2014 18

Прямое действие низкочастотного ультразвука Характеристика состояния объектов микроскопирования Состояние активного ила, мин 0 1 2 5 Надиловая жидкость прозрачная мутноватая Хлопки ила крупные, компактные мелкие, некомпактные Коловратки крупные, подвижные крупные, слабо подвижные Инфузории крупные, средние активные, без повреждений средние, слабоактивные Амебы подвижные, достаточно много слабо подвижные Черви отсутствие Цисты отсутствие много Нитчатые бактерии отсутствие небольшое скопление Состояние активного ила, балл 4, 5 3 2, 3 2 Индекс Шеннона 2, 84 2, 39 1, 57 1, 03 КНИТУ, Казань, 2014 19

Воздействие прямого низкочастотного ультразвука КНИТУ, Казань, 2014 20

Сопоставление данных прямого и опосредованного озвучивания № пробы Опосредованное УЗВ (υ=35 к. Гц) исх. 1 мин 5 мин Прямое УЗВ (υ=40 к. Гц) исх. 1 мин 5 мин Балл 1 4, 5 3, 5 4, 5 3 2 2 4, 5 4 3 4, 5 3 2 3 4, 5 3 2 Индекс Шеннона 1 2, 9 2, 52 2, 25 2, 84 2, 19 2, 03 2 2, 71 2, 59 2, 24 2, 77 2, 09 1, 74 3 2, 52 2, 28 1, 97 2, 95 2, 12 0, 89 КНИТУ, Казань, 2014 21

3. Исследование вторичного загрязнения иловой суспензии тяжёлыми металлами при её обработке низкочастотным ультразвуком КНИТУ, Казань, 2014 22

Изменение концентрации тяжёлых металлов при прямом и опосредованном озвучивании Условие эксперимента Металлы, мг/дм 3 Проба v, к. Гц τ, мин W, Вт Cu Zn Ni Cr Опосредованное УЗВ - - - исходная 0, 0197 0, 0654 0, 0081 0, 0021 35 5 240 УЗВ 0, 0218 0, 0674 0, 0084 0, 0009 Прямое УЗВ - - - исходная 0, 0008 0, 0392 0, 0004 0, 0023 40 5 80 -96 УЗВ 0, 0039 0, 4239 0, 0036 0, 0052 КНИТУ, Казань, 2014 23

Выводы • Проведён биомониторинг ценозов активных илов двух городских очистных сооружений (гг. Казань и Теплице) с различными модификациями процесса биологической очистки сточных вод с целью выявления индикаторных микроорганизмов. • Установлены доминантные и субдоминантные биоиндикаторы исследованных смешанных популяций микроорганизмов, к которым относятся Acanthamoeba и Aspidisca (г. Казань), Epistylis и Opercularia (г. Теплице) соответственно. Определены индексы родового разнообразия и сходства для г. Казань г. Теплице, соответственно, равные 3, 32 и 2, 78 (индекс Шеннона); 3, 42 и 2, 84 (индекс Маргалефа); 0, 73 – индекс Серенсена. • Методом микроскопирования изучено опосредованное и прямое влияние низкочастотного ультразвука на исследованные активные илы и определён уровень его воздействия по двум системам количественной оценки его состояния. Эффект дезинтеграции биоценозов наблюдается после 1 и 5 минут соответственно при прямой и опосредованной ультразвуковой обработке. • Показано вторичное загрязнение иловой суспензии тяжёлыми металлами при её обработке низкочастотным ультразвуком, что может служить скрытым фактором дестабилизации работы очистных сооружений. КНИТУ, Казань, 2014 24

Спасибо за внимание! КНИТУ, Казань, 2014 25