CC BY
81
ISSN 1998-4812 Вестник Башкирского университета. 2008. Т. 13. №2
277
УДК 576.2: 282.232/275
К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ ОНТОЛОГИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Ф. Б. Шкундина 1, Р. А. Шкундина 2, Г. Ф. Г абидуллина 1а
1 Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, 450074, ул. Фрунзе, 32.
Тел.: + 7(347) 273 66 34.
E-mail: gabidullinag@mail. ru 2 Уфимский государственный авиационный технический университет Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, 450025, К. Маркса 12.
Тел.: +7 (34 7) 273 77 33.
Разработана первоначальная версия онтологии биологической очистки сточных вод. На начальном этапе разработки выявлен видовой состав водорослей на биологических очистных сооружениях г. Уфы.
Ключевые слова: онтология, водоросли, биологическая очистка сточных вод.
Введение
Основная масса сточных вод очищается на биологических очистных сооружениях (БОС). Для эффективной работы БОС необходимы совместные усилия микробиологов, химиков, гидробиологов, технологов. У каждого такого специалиста есть специфический научный словарь. Существует необходимость в разработке унифицированной, детальной и непротиворечивой терминологии в области процесса управления очисткой сточных вод. Крайне актуальным является решение проблемы представления естественно-языковой информации в машинно-интерпретируемом виде.
Онтология является удобным способом создания общей для различных специалистов в области очистки сточных вод терминологии с учетом контекста предметной области. Под онтологией понимается структурная спецификация некоторой предметной области, ее формализованное представление, которое включает словарь (или имена) указателей на термины предметной области и логические связи между ними.
Онтология биологической очистки сточных вод позволит, например, учитывать синонимы. Альгологи используют в своей работе различные классификации, поэтому при определении видов водорослей один и тот же вид может получить разные названия. Поэтому очень важно понять, какой же вид выявлен, какие проблемы могут возникнуть при его массовом развитии и как эти проблемы надо решать. Подобная онтология ранее не разрабатывалась. В области биологической очистки сточных вод потенциальными пользователями такой онтологии являются микробиологи, гидробиологи, химики, экологи, технологи очистных сооружений.
Результаты и их обсуждение
В связи со своеобразием экологической обстановки на БОС, все организмы - участники очистки сточных вод (ОСВ) в составе активного ила можно рассматривать как конкретный биоиндикационный комплекс, отражающий динамику показателей условий среды обитания, и, прежде всего, химиче-
ского состава сточных вод, уровня токсичности и технологического режима их очистки [1].
Активный ил содержит бактерии, водоросли, грибы, протисты, червей, водных членистоногих. На сооружениях биологической очистки обычно обнаруживаются водоросли, относящиеся к 4 отделам: Bacillariophyta, Chlorophyta, Cyanophyta
(Cyanobacteria), Euglenophyta. Цианобактерии могут вызывать «вспухание» при дисбалансированном питании активного ила (в основном, недостаток азота и фосфора). Биоценоз активного ила аэро-тенков почти полностью гетеротрофен. Однако условия обитания во вторичных отстойниках (отсутствие перемешивания и присутствие света) дают возможность развиваться автотрофным водорослям, которые принимают активное участие в очистке сточных вод, поскольку постоянно присутствуют и достигают массового развития в обрастаниях стенок отстойников. Водоросли на очистных сооружениях следует рассматривать как облигатные виды для вторичных отстойников и факультативные для аэротенков. В первичных отстойниках в связи с высоким содержанием загрязняющих веществ обычно развиты только представители воль-воксовых и цианобактерий.
Для формирования онтологии были использованы полученные нами данные по биологическим очистным сооружениям г. Уфы. Методика сбора и обработки альгологического материала соответствовала общепринятым подходам в изучении водорослей [2]. Город Уфа расположен на берегу реки Белой, там, где происходит впадение в нее рек Уфа и Дема. Население города в 2002 г. составляло 1049.3 тыс. человек. Среднесуточный расход сточных вод, поступающих на БОС - 180 тыс. м3/сут. Продолжительность обработки воды в аэротенках -5.5 ч. Нагрузка загрязнений по БПК5 на 1 г без-зольного сухого вещества активного ила -237 мг/г.сут. Влажность активного ила - 99.5%. Доза ила в аэротенках - 1.5 г/л. Концентрация растворенного кислорода - 4 мг/л. Сооружения биологической очистки должны очищать воду до показателей БПКполн. и концентрации взвешенных веществ до 20 мг/л.
* автор, ответственный за переписку.
278
раздел БИОЛОГИЯ и ЭКОЛОГИЯ
Таблица
Водоросли в аэротенках г. Уфы в зимний период 2005 г.
Отделы I 30.11 | 7.12 | 14.12 | 21.12 | 28.12
Cyanophyta (Cyanobacteria)
Oscillatoria agardhii Gom. - + + + +
Microcystis aeruginosa Kutz. emend.Elenk - + - + +
Synechocystis aquatilis Sauv. + - + - -
Spirulina platensis (Nordst) Geitl. - - - + +
Coelosphaerium kuetzingianum Nag - + - + -
Phormidium mucicola Hub. - + - - -
Chrysophyta
Hyalobryon ramosum Lauter-bom + - + - -
Monas vivipara Ehrenberg + - - - -
Poteriodendron petiolatum (Stein) + - + - -
Dino phyta
Gymnodinium inversum Ny-gaard + - + - -
Euglenophyta
Trachelomonas sp. sp. - + + + +
Phacus sp. sp. + - - - -
Euglena viridis Her. - - + - -
Bacillariophyta
Navicula hungarica var. capitata Cl. - - + + -
Surirella sp. sp. + - + - -
Chlorophyta
Chlorella vulgaris Beyer. - + + + +
Crucigenia quadrata Morren + - - - -
Chlamydomonas sp. sp. + + + + +
Chlamydomonas elliptica Korsch. - - + + -
Coenocystis planctonica Korsch. - + - + +
Leptosira mediciana Borzi - - - + -
Условные обозначения: знак «+» означает присутствие водоросли; знак «-» - отсутствие водоросли.
В аэротенках г. Уфы развивалось разнообразное сообщество водорослей. Были выявлены представители 6 отделов водорослей (табл.): Cyano-phyta (Cyanobacteria) - 6, Chrysophyta - 1, Dino-phyta - 1, Euglenophyta - 3, Bacilariophyta - 2, Chlorophyta - 4. Наиболее часто встречались Oscil-latoria agardhii, Microcystis aeruginosa, Trachelomo-nas sp, Chlorella vulgaris, Chlamydomonas sp. sp.
Мы использовали экологическую картотеку видов водорослей [3] для выявления экологических характеристик видов водорослей, развивающихся в
аэротенках на БОС г. Уфы, и последующего занесения ее в онтологию. По специфическому местообитанию большинство развивающихся в аэротенке видов были планктонными. Сапробная валентность, показывающая приуроченность к определенной зоне сапробности, изменялась у выявленных видов от 1.6 до 4.5. Большинство видов были b-мезосапробы, 2 вида относились к a-мезосапро-бам: Chlorella vulgaris и Euglena viridis. По галоб-ности получено следующее распределение: 4 гало-фила и 5 индифферентных видов. По географической приуроченности все виды были космополитами, только Euglena viridis относилась к бореальным видам.
Заключение
Разрабатываемая онтология содержит общие знания специалистов в области очистки сточных вод: о структуре очистных сооружений, о химическом составе воды, ее физических свойствах, об основных группах организмов, очищающих сточные воды, о биоиндикаторах и т.д. [4]. Кроме этого, онтология учитывает опыт экспертов по выходу из конкретных проблемных ситуаций, возникающих при эксплуатации БОС. Онтология разработана в редакторе разработки и управления онтологиями Protege 3.1 [5].
Таким образом, проведенное нами исследование позволило разработать начальную версию онтологии биологической очистки сточных вод. Планируется проводить дальнейшие исследования водорослей в системе биологической очистки сточных вод, что позволит расширить онтологию и использовать ее в качестве информационно-справочной системы для специалистов, занимающихся очисткой сточных вод.
ЛИТЕРАТУРА
1. Жмур Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.:Акварос, 2003. -512 с.
2. Водоросли. Справочник / Вассер С. П., Кондратьева Н. В., Масюк Н. П. и др. Киев: Наукова думка, 1989. -608 с.
3. Баринова С. С., Медведева Л. А., Анисимова О. В. Водо-
росли индикаторы в оценке качества окружающей среды. Экологическая картотека. 2001 г. Режим доступа:
http ://msu.ru/algae.
4. Шкундина Р. А. Интеллектуальная система поддержки принятия решений на основе онтологии (на примере управления очисткой сточных вод): автореф. дис. ... канд. тех. наук. Уфа, 2006. -16 с.
5. Horridge M., Knublauch H., Rector A., Stevens R., Wroe C. A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Pro-tege-OWL Plugin and CO-ODE Tools Edition 1.0. Copyright © The University Of Manchester. August 27, 2004.
Поступила в редакцию 28.06.2006 г. После доработки — 3I.I0.2007г.
