CC BY
55
УПРАВЛЕНИЕ БИОЦЕНОЗОМ ИММОБИЛИЗОВАННОЙ БИОПЛЕНКИ
И. И. ПАВЛИНОВА, кандидат технических наук
Московский институт коммунального хозяйства и строительства
Процесс окисления органических загрязнений в реакторах с иммобилизованной биопленкой осуществляется микроорганизмами, прикрепленными к поверхности носителя и образующими пленку сложной неоднородной микробиологической структуры. Её формирование может происходить на различных твердых поверхностях, в том числе движущихся в микробиологически обсемененной жидкой среде, представляющей собой загрязненную органическим субстратом сточную воду.
В рассматриваемых биореакторах иммобилизованная биологическая пленка размещена на дисках, вращающихся вокруг своей оси и частично погруженных в обрабатываемую жидкость. Вследствие последовательного попадания в жидкую и воздушную среду она постоянно обновляется при контакте с жидким субстратом, обогащенным кислородом воздуха.
Параллельно в реакторе происходит рост дифференцированных в жидкой среде флоккул микроорганизмов активного ила, что частично способствует процессу общей очистки подаваемых в сооружение сточных вод.
Управление процессом формирования и действия биопленки, а также составом ценоза активного ила можно осуществлять с помощью организации многоступенчатой обработки сточных вод в ряде последовательно расположенных бассейнов погруженных дисков, регулированием частоты их вращения, глубины погружения в жидкую среду, выбором диаметра, а значит и окружных скоростей движения дисков в биореакторе. Однако реализация перечисленных способов в конечном счете приводит к изменению трофических уровней питания ценоза активного ила по ходу технологического процесса. Поэтому управление процессами очистки сточных вод сводится к управлению биоценозом иммобилизованной биопленки.
Производственные штаммы её микроорганизмов должны отвечать ряду строгих требований, основные из которых способность роста на подаваемых со сточной водой субстратах и высокая скорость увеличения биомассы. При создании рабочей микробной биомассы, как правило, используют природные штаммы почвенных микроорганизмов, хотя не исключаются и специальные способы их усовершенствования, такие как селекция, мутации и генетическая рекомбинация, что способствует увеличению экономической и экологической эффективности биотехнологических процессов.
В наших исследованиях содержание фиксированной биомассы на диске составляло от 30 г/м2 на начальном до 5 г/м2 на заключительном участке обработки. При этом, несмотря на частые отрывы биопленки, средний возраст активного ила был равен 3...15 суткам.
Микробиологический состав биомассы дисков видоизменяется от секции к секции многокамерного биореактора по мере снижения органической нагрузки. Установлено, что на ранней стадии очистки преобладают нитчатые формы микроорганизмов Sphaerotilus и Microthrix. Кроме того, в этой биомассе обильно представлены протозои, в частности, Amoeba, и инфузории (Paramecium, Aspidisca, Opercularia). Грибы обычно отсутствуют, но нематоды встречаются очень часто.
На заключетельной стадии очистки (в последних секциях биореактора) нитчатых организмов также большинство, но они трудно идентифицируются из-за того, что связаны в полисахаридном матриксе. На этом этапе зачастую присутствуют многочисленные коловратки Cathypna luna, их повышенное содержание в массе иммобилизованной на дисках — показатель высокого качества активного ила и степени очистки в целом. Значительная концентрация микроорганизмов рода Hyphomicrobium свидетельствует о развитии процессов нитрификации.
Проведенные исследования микрофлоры биореактора с дисками показали, что в нем преобладают виды Zoogloea ramigera, Pseudomonas и Hyphomicrobium.
Такие сведения необходимы для научно обоснованного выбора модели микробиологического процесса при разработке общей технологической модели очистки сточных вод.
Биологические модели Моно и Герберта, наиболее предпочтительные для упомянутых целей, по разному характеризуют процессы роста микроорганизмов на этапе логарифмической и эндогенной фаз метаболизма. Поэтому правильный выбор играет определяющую роль в корректности сформированной технологической модели.
Результаты наших исследований свидетельствуют, что при обоснованном выборе биологической модели функционирования биомассы, можно достигать высоких (0,92...0,96) коэффициентов корреляции экспериментальных показателей и расчетных данных, полученных при использовании математической модели процесса очистки в биореакторе с дисками.
Это, в свою очередь обеспечивает возможность успешного применения математического моделирования во время разработки и проектирования сооружений аэробной биологической очистки сточных вод.
Достижения науки и техники АПК, №4-2006
51
