Научная статья на тему 'К вопросу о разработке онтологии биологической очистки сточных вод'

К вопросу о разработке онтологии биологической очистки сточных вод Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
381
83
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОНТОЛОГИЯ / ВОДОРОСЛИ / БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД / ONTOLOGY / ALGAE / BIOLOGICAL WATER TREATMENT

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Шкундина Ф. Б., Шкундина Р. А., Габидуллина Г. Ф.

Разработана первоначальная версия онтологии биологической очистки сточных вод. На начальном этапе разработки выявлен видовой состав водорослей на биологических очистных сооружениях г. Уфы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Шкундина Ф. Б., Шкундина Р. А., Габидуллина Г. Ф.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE ONTOLOGY OF BIOLOGICAL TREATMENT OF WASTE WATERS

The initial version of the ontology of biological treatment of waste waters has been performed in the article. The algological species of the biological sewage disposal stations of Ufa City have been defined.

Текст научной работы на тему «К вопросу о разработке онтологии биологической очистки сточных вод»

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.