CC BY
40
УДК 577.152.1:628.543
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД НА БИОСТРУКТУРУ И ФУНКЦИИ МИКРОЦЕНОЗА АКТИВНОГО ИЛА
© 2011 И.Ф. Шаталаев, Н.В. Расцветова, И.В. Медриш, Г.С. Быкова
Самарский государственный медицинский университет
Поступила в редакцию 30.09.2011
Исследовали влияние фенола, «-крезола и поверхностно-активных веществ на микроценоз активного ила. Установлена динамика БПК5, численности бактерий, простейших и активности дегидрогеназ микроценоза активного ила.
Ключевые слова: активный ил, микроценоз, биоструктура, функции, загрязненные воды
Активный ил представляет собой комплекс микроорганизмов различных систематических групп, между которыми формируются симбио-тические, антагонистические и метабиотические взаимоотношения. Преобладающей группой микроорганизмов являются бактерии. Кроме того, содержится незначительное количество простейших, выполняющих разнообразные функции. В зависимости от вида и состава загрязненных вод создаются определенные ассоциативные взаимоотношения в микроценозе активного ила.
Цель исследования: изучение закономерностей развития организмов активного ила и его энзимологической активности при действии токсичных компонентов загрязненных вод.
Материал и методы исследования. Для исследования в качестве контрольной пробы брали активный ил и загрязненную воду аэраторов первой ступени биологической очистки сточных вод МП «Самараводоканал». В опытные пробы вносили по 40 мг фенола, «-крезола и поверхностно-активных веществ на 1 г ила. Количество бактерий определяли методом [1], количество простейших определяли методом [2], общую дегидрогеназную активность определяли методом [3], БПК5 определяли методом [4]. Полученные результаты были статистически обработаны.
Результаты исследований и их обсуждение. Как показали исследования, в контрольной серии исходное значения показателя БПК5 составило 680 мг О2/л. В течение последующих 28 часов наблюдалось снижение этого показателя
Шаталаев Иван Федорович, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой химии фармацевтического факультета.E-mail: shatalaev@list.ru Расцветова Наталья Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры химии фармацевтического факультета. E-mail: rastsvetova_nv@list.ru Медриш Инна Владимировна, кандидат химических наук, ассистент кафедры химии фармацевтического факультета. E-mail: medrish@mail.ru
Быкова Галина Сергеевна, ассистент кафедры химии фармацевтического факультета. E-mail: gali-na_bp@bk.ru
(рис. 1), что свидетельствует о происходящем очищении загрязненных вод микроценозом активного ила. Процесс изъятия загрязнений неравномерен. Через 4 часа после начала эксперимента величина БПК5 уменьшилась всего на 10,3%, а через 8 часов сократилась в 1,6 раза. Это свидетельствует о значительной нагрузке на микроценоз ила. Основной объем загрязнений был изъят в интервале первых 12 часов (величина БПК5 снизилась в 3,5 раза относительно исходного значения). В каждые последующие 4 часа наблюдалось уменьшение БПК5 относительно предыдущего показателя в среднем в 2,5 раза. Через 28 часов после начала эксперимента показатель достиг величины 7 мг О2/л, что практически соответствует допустимому значению 6 мг О2/л. В опытной серии в первые часы после начала эксперимента наблюдалась тенденция к уменьшению показателя: через 4 часа БПК5 снизился лишь на 5,2%, а через 8 часов - на 12,1% (против 36,8% в контрольной пробе). Сопоставляя величины БПК5 контрольной и опытной проб через 12 часов можно отметить, что в опытной показатель снизился всего в 1,7 раза (до 413 мг О2/л), в то время как в контрольной в 3,5 раза (до 192 мг О2/л) (рис.1). Анализ полученных результатов показывает, что в опытных пробах основное количество загрязняющих веществ изымается активным илом в интервале 16-20 часов после загрязнения (БПК5 составляет 283-166 мг О2/л). Таким образом, уменьшение показателя БПК5 на порядок в контрольных пробах отмечен через 12 часов, а в опытных пробах через 20 часов после начала эксперимента. Следует также отметить, что после начала исследований каждые 4 часа в опытной серии показатель уменьшался в среднем в 1,6 раза, в то время как в контрольной серии - в 2,5 раза. К моменту окончания эксперимента (через 28 часов) показатель БПК5 в опытной серии в отличие от контрольной не достиг допустимого значения и составил 54 мг О2/л, что выше нормы в 9 раз (рис. 1). Это свидетельствует о том, что удаление загрязняющих веществ микроценозом активного ила не завершено.
2094
Рис. 1. Динамика БПК5 в процессе очистки загрязненных вод
Изучение динамики общей дегидрогеназ-ной активности ила показало следующее. В контрольных пробах был отмечен подъем активности ферментов: через 4 часа после начала эксперимента на 25,0%; через 8 часов - на 51,2% (рис. 2). Активность дегидрогеназ достигла максимального значения через 12 часов. За это время произошло удаление илом большей части загрязняющих веществ, и было отмечено значимое снижение величины БПК5. Затем наблюдалось снижение активности ферментов (на 28,8% по-сравнению с предыдущим значением) при дальнейшем уменьшении величины БПК5. Через 20 часов после начала эксперимента активность де-гидрогеназ достигла минимальных значений (1,39-1,46 мг формазана/г ила), сохранявшихся в течение последующих 8 часов до окончания эксперимента. Одновременно наблюдалась стабилизация показателя БПК5. В опытной серии была
установлена следующая динамика активности дегидрогеназ. После добавления суммы экоток-сикантов на протяжении 4 часов наблюдалось значительное угнетение активности ферментов (55,5%). Однако по истечении 4 часов был зафиксирован подъем активности энзимов. В интервале 10-12 часов после начала эксперимента активность дегидрогеназ достигла исходного значения, и было отмечено ее дальнейшее увеличение (рис. 2). Максимальное значение активности дегидрогеназ было установлено через 16 часов после начала эксперимента, что свидетельствует об удалении илом из загрязненных вод основного количества экотоксикантов (в контрольной серии эта стадия очистки была зафиксирована через 12 часов после начала эксперимента). Через сутки общая дегидрогеназная активность достигла исходного значения, сохранившегося до конца эксперимента (рис. 2).
- контроль
8 12 16 20 время аэрации,час
2
8
0
4
Рис. 2. Динамика общей дегидрогеназной активности микроценоза ила
Таким образом, загрязнение вод экотокси-кантами в определенном диапазоне концентраций вызывает значительное угнетение дегидро-геназ микроорганизмов активного ила с последующей стабилизацией их функций. Восстановление активности ферментов происходит с отсрочкой во времени и при снижении диапазона минимума и максимума значений.
В контрольной серии общая численность бактерий в начале эксперимента составляла 185 млн./мл суспензии ила. В течение первых 12 часов было отмечено увеличение их численности на 58,9%. Это повышение, вероятно, связано с процессом удаления загрязняющих веществ. Оно сопровождается повышением активности дегидрогеназ
и снижением БПК5. Последующие 4 часа происходит уменьшение численности бактерий (на 29,6%) и количество их в дальнейшем сохраняется на одном уровне до окончания эксперимента (рис. 3). Таким образом, в контрольной серии в интервале от 12 до 28 часов после начала эксперимента наблюдается стабилизация численности бактерий, активности дегидрогеназ при плавном снижении показателя БПК5. В опытных пробах общее число бактерий в течение первых 8 часов эксперимента практически не меняется. За период от 8 до 12 часов количество бактерий увеличивается на 20,0%. В интервале 12-16 часов популяция бактерий достаточно стабильна, а затем отмечается снижение численности бактерий от
2095
241 млн./мл до 194 млн./мл суспензии ила (рис. 3). Сравнивая динамику численности бактерий и активности дегидрогеназ в ходе эксперимента можно отметить однонаправленность изменений этих параметров при постоянном снижении БПК5. В целом динамика количества бактерий в
контрольных и опытных сериях носит однонаправленный характер: подъем численности в течение первых 12 часов и снижение в интервале 12-28 часов, а амплитуда более выражена в контрольной, чем в опытной серии.
■ контроль
16 20 эрации,час
Рис. 3. Динамика численности бактерий микроценоза активного ила
Наряду с бактериями, простейшие являются важным компонентом микроценоза ила. В контрольной серии отмечалось значимое снижение числа простейших: на 20,5% через 4 часа после начала исследований и на 53,9% через 8 часов. Минимальное количество простейших было в суспензии ила через 12 часов после начала исследований (1,4 тыс ./мл), что на 61,1% меньше первоначального (рис. 4). В интервале 12-24 часов число простейших резко возрастает от 1,4 тыс./мл до 7,2 тыс./мл, оставаясь к концу эксперимента на уровне 6,3 тыс./мл суспензии ила. Сравнивая динамику численности простейших с изменением числа бактерий и колебанием активности дегидрогеназ в начальные 12 часов эксперимента можно отметить снижение количества простейших на фоне роста числа бактерий и активации дегидрогеназ. В период с 12 до 28 часов, наоборот, простейшие активно размножаются, а популяция бактерий уменьшается. Активность дегидрогеназ снижается. В опытных пробах
направленность изменений числа простейших аналогична изменениям в контрольной серии. В интервале времени от 0 до 16 часов количество простейших стремительно падает (-87,2%) с 3,9 до 0,5 тыс./мл. Затем за период от 16 до 28 часов их популяция восстанавливается (рис. 4). Анализируя полученные данные можно отметить, что в контрольной и в опытной сериях изменения численности простейших однонаправлены. Абсолютные значения в опытной серии были ниже, чем в контрольной. Сравнение динамики количества простейших с динамикой числа бактерий и активности дегидрогеназ в период от 0 до 12 часов эксперимента показывает, что падение численности простейших происходит на фоне роста числа бактерий и активности дегидрогеназ. В период от 12 до 28 часов, наоборот, подъем -активное размножение простейших происходит при сокращении популяции бактерий и снижения активности дегидрогеназ.
- контроль
8 12 16 20 время аэрации, час
Рис. 4. Динамика численности простейших микроценоза активного ила
Выводы:
1. Структура микроценоза активного ила зависит от степени загрязнения воды. При низких концентрациях экотоксикантов в воде в микроценозе активного ила преобладают простейшие. Повышение содержания загрязняющих веществ, наоборот, приводит к росту популяции бактерий.
2. При сильном загрязнении воды снижается общая дегидрогеназная активность микроценоза активного ила и резко возрастает величина биохимического потребления кислорода. Целесообразно определять эти показатели для оценки степени загрязнения сточных вод.
270
250
190 -
170
0
4
8
24
28
время
8
7
2096
Промышленная экология
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Разумов, А.С. Прямой метод учета бактерий в воде // Микробиология. 1932. 1, №2. С. 131-146.
2. Красильников, Н.А. Определитель бактерий и актиномицетов. - М.-Л.: АН СССР, 1949. 830 с.
3. Гюнтер, Л.И. Методика определения дегидроге-назной активности и окислительно-восстановительного потенциала при технологи-
INFLUENCE OF THE POLLUTED WATERS ON BIOSTRUCTURE AND FUNCTIONS OF ACTIVE SILT MICROCENOSIS
ческом контроле за работой аэротенков / Л.И. Гюнтер, Н.М. Казаровец - М.:ОНТИ АКХ им. К.Д. Памфилова, 1970. 16 с. 4. Новиков, Ю.В. Методы определения вредных веществ в воде водоемов / Ю.В. Новиков, К.О. Ласточкина, З.Н. Болдина. - М.: Медицина, 1981. 376 с.
© 2011 I F. Shatalaev, N.V. Rastsvetova, I.V. Mednsh, G.S. Bykova Samara State Medical University
Investigated influence of phenol, p-krezol and surface-active substances on active silt microcenosis. Dynamics of BCO5, number of bacteria, protozoa and dehydrogenase activity of active silt microcenosis is established.
Keywords: active silt, microcenosis, biostructure, functions, polluted waters
Ivan Shatalaev, Doctor of Biology, Professor, Head of the Chemistry Department of Pharmaceutical Faculty. E-mail: shatalaev@list.ru
Nataliya Rastsvetova, Candidate of Biology, Associate Professor at the Chemistry Department of Pharmaceutical Faculty. E-mail: rastsvetova_nv@list.ru Inna Medrish, Candidate of Chemistry, Assistant at the Chemistry Department of Pharmaceutical Faculty. E-mail: medrish@mail. ru
Galina Bykova, Assistant at the Chemical Department of Pharmaceutical Faculty. E-mail: galina_bp@bk.ru
2097
