МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

1. Материал и оборудование

Материалом для работы служили пробы активного ила двух аэротенков и двух регенераторов, а также данные гидробиологического анализа в течении года. Пробы активного ила исследовали в специализированной лаборатории, где было использовано следующее оборудование:

— микроскоп бинокулярный с увеличением в 30, 100, 200, 400, 900 раз;

— микроскоп люминесцентный с увеличением в 30-1350 раз;

— микроскоп бинокулярный стереоскопический (МБС);

— окуляр-микрометр с измерительной линейкой;

— объект-микрометр ГОСТ 7513;

— устройство для наблюдения методом фазового контраста КФ-4;

— весы лабораторные общего назначения ГОСТ 24104;

— сушильный шкаф с терморегулятором СНОЛ 2,5 (3,5);

— холодильник для хранения проб;

— счетные камеры Кольвитца, Горяева ТУ 42816, Тома на 0,1-1,0 мм глубины;

— пробоотборник любого типа объемом 500-700 см3;

— термометры в металлической оправе для измерения температуры воды ГОСТ 2045.

Гидробиологический анализ активного ила

Для характеристики работы очистных сооружений гидробиологический анализ имеет основное значение, поскольку характеризует состав, количественное распределение и своеобразие организмов активного ила. Характерные изменения в биоценозе активного ила наилучшим образом отражают протекание процесса очистки, позволяют быстро оценить его качественный уровень и сделать выводы об основных неблагоприятных факторах, ухудшающих эффективность очистки сточных вод.

Гидробиологический анализ заключается в оценке, с помощью микроскопирования, состояния и структурных особенностей биоценоза активного ила, организмы которого обладают способностью реагировать качественным изменением и количественным распределением отдельных групп на состав и свойства очищаемых сточных вод, а также на условия жизнеобеспечения, регулируемые режимом эксплуатации сооружений (Методическое руководство по гидробиологическому…,1996).

2. Отбор и хранение проб

Микроскопирование ила производится 1 раз в декаду. В период, когда работа сооружений дестабилизируется какими-либо чрезвычайными обстоятельствами (поступление на очистку токсичных сточных вод, нарушение технологического режима и т.д.), требуется более регулярное и тщательное гидробиологическое наблюдение, анализ проводится 2-3 раза в декаду или ежедневно. Пробы для анализа берут отдельно из каждого узла сооружений биологической очистки (аэротенки, регенераторы, вторичные отстойники и т.д.). Пробы, отобранные из разных зон аэротенков, будут характеризовать состояние зональных биоценозов на разных этапах очистки сточных вод, поэтому отбирать пробы в каждом коридоре аэротенков на гидробиологический анализ не следует.

Приготовленную посуду для отбора проб ополаскивают отобранной водой. Для анализа пробу отбирают повторно. Для этого используют ковш объемом 500 см3. Первый раз ковш следует погрузить в воду на 3 мин, чтобы его температура сравнялась с температурой воды, затем ковш погружают на глубину 0,5 м и сразу же извлекают. Иловую смесь переливают в стеклянную бутыль объемом 3 дм3 так, чтобы все содержимое ковша было вылито. Отбор повторяют до тех пор, пока не наберется 2,8-2,9 дм3 иловой смеси. Отобранная проба снабжается этикеткой, на которой указывается дата, место отбора. Бутыль не закупоривают и немедленно доставляют в лабораторию, где ее содержимое тщательно перемешивается и разливается следующим образом:

  1. 1 дм3 — в литровый мерный цилиндр, калиброванный от самого дна для определения дозы ила по объему;
  2. 1,5 дм3 — в склянку для отстаивания и определения прозрачности надиловой воды;
  3. 100 см3 — в цилиндр объемом 100 см3 для определения дозы ила по весу;
  4. 100 см3 в стакан для гидробиологического анализа и хранения.

При взятии проб измеряют температуру воды. Для этого используют термометры с ценой деления 0,1 °С. Для определения температуры на месте взятия пробы 1 дм3 воды наливают в склянку, нижнюю часть термометра погружают в воду и через 5 мин отсчитывают показания, держа его вместе со склянкой на уровне глаз.

Время от отбора пробы до ее анализа необходимо сократить до минимума, к гидробиологическому анализу следует приступать не позднее 30-40 мин с момента взятия пробы, после того как температура смеси активного ила сравняется с температурой помещения. При невозможности проведения анализа в указанный срок пробы активного ила охлаждают (+4°С). Хранить пробы следует не более 24 часов после отбора при температуре 3-4°С. Консервация проб не допускается. При проведении анализа температура пробы должна соответствовать температуре помещения, в котором он проводится

 3. Гидробиологический метод

Гидробиологический анализ активного ила состоит из следующих этапов:

  1. визуальное исследование ила в стеклянном цилиндре;
  2. определение видов, подвидов организмов (для мелких жгутиконосцев, колоний бактерий ограничиваются более высокими систематическими рангами);
  3. определение численности каждого вида методом количественного счета;
  4. описание функционального состояния, особенностей внутреннего строения, морфологических изменений у индикаторных организмов;
  5. определение размеров некоторых характерных биоиндикаторов проводится в том случае, если при микроскопическом исследовании выявляется их заметное измельчение, а также для уточнения видовой диагностики;
  6. распределение биоиндикаторов на характерные группы организмов, присутствующих в данной пробе ила (основные критерии распределения — это пищевые потребности биоиндикаторов, их отношение к концентрации растворенного кислорода, адаптационно-экологическая пластичность, понимаемая как способность существовать и приспосабливаться в широком диапазоне изменений окружающей среды, устойчивость к воздействию токсичных сточных вод);
  7. итоговая оценка биоценоза, отнесение его к одному из определенных типов, характеристика установленного типа;
  8. подготовка гидробиологического заключения.

Выполненные по каждой анализируемой пробе процедуры записывают в рабочем журнале, а качество активного ила сравнивают с данными гидрохимических анализов и технологических расчетов.

Перед исследованием ила под микроскопом необходимо описать его особенности при визуальном наблюдении в стеклянном цилиндре. Измеряют осадок ила по объему в цилиндре объемом 1 дм3 за 30 мин отстаивания, скорость осаждения, цвет хлопьев активного ила. Нормальный цвет ила буро-коричневый, густого мясного бульона. Темный, землистый ил с оттенком черноты может быть следствием плохого перемешивания иловой смеси и недостатка кислорода или плохой циркуляции и откачки ила (залеживание, загнивание ила). Запах ила должен быть болотистый, без преобладания запаха каких-либо химических веществ. Отмечают процесс хлопьеобразования при уплотнении, происходит ли оседание общей массой с четкой границей очищенной жидкости или наблюдается разрыв массы, быстро или медленно протекает флокуляция (компактные или диспергированные хлопья и загрязняют ли надиловую воду).

После 30-минутного отстаивания описывают внешний вид надиловой воды. Надиловая вода должна быть прозрачная, не окрашенная, не опалесцирующая. Прозрачность зависит от глубины окисления загрязняющих веществ, а также от наличия в воде мелких, не осе дающих за 2 часа хлопьев активного ила и диспергированных бактерий. Любые, даже незначительные изменения в составе сточных вод и в технологическом режиме их очистки имеют следствием присутствие в очищенной воде мелких хлопьев и большого числа свободно живущих бактерий, что приводит к падению прозрачности очищенной воды. Прозрачность воды анализируется в пробе, отобранной в конце зоны аэрации или сборном канале аэротенков. При прозрачности 30 см и более все другие санитарные показатели, как правило, соответствуют высокой степени очистки.

Рассчитывается иловой индекс и использует его значения для характеристики седиментационных свойств активного ила. Условно принято считать для очистных сооружений искусственной биологической очистки оптимальными значениями илового индекса от 90 до 130 см3/г. Одно из основных требований к иловому индексу — стабильность его значений, которая указывает на удовлетворительные условия эксплуатации очистных сооружений.

Для исследования микрофауны активного ила наиболее широко используется метод «живой» капли под покровным стеклом или в счетных камерах с помощью световой, фазовоконтрастной микроскопии (Методическое руководство по гидробиологическому…,1996).

 4. Метод количественного учета организмов

При ориентировочном просмотре проб можно вести учет частоты встречаемости организмов индикаторов по балльной системе, когда оценивается относительная численность организмов по условной пятибалльной шкале (табл. 1.). Преимущества — быстрота выполнения анализа (10-15 мин), поэтому использовать этот метод лучше при массовых анализах. Недостаток — субъективность оценки, невысокая точность. Необходимо тщательно перемешать пробу, затем отбирается некалиброванная капля в объеме 0,1 см3.

При учете используется покровное стекло 24×24 мм. Просматривается 2-3 капли, в каждой по 40 полей зрения, причем препарат проводят зигзагообразно, так, что материал просматривается практически полностью. Учет производится при увеличении 5×10 или 10×10. Учету подлежат все встречающиеся организмы.

Таблица 1.

Условные баллы встречаемости организмов

Частота встречаемости Цифровое обозначение частоты встречаемости (баллы)
единично 1
мало 2
порядочно 3
много 4
масса 5

Определение концентрации активного ила по массе (дозы ила по весу)

Метод заключается в фильтровании определенного объема иловой смеси с последующим высушиванием и взвешиванием осадка. Характеризует сухое вещество активного ила, выраженное в г/дм3.

Выполнение измерений: В сушильный шкаф ставятся открытые пронумерованные бюксы с помещенными в них беззольными бумажными фильтрами. После того, как температура установится на 105°С, отмечают время и сушат 1 час, затем повышают температуру до 120°С и сушат еще 30 минут. В шкафу бюксы закрывают, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают. Отобранная иловая смесь находится в лабораторном помещении пока ее температура не сравняется с комнатной, после чего иловую смесь тщательно перемешивают, наливают в 100 см3 цилиндр и фильтруют этот объем через бумажный фильтр с помощью водоструйного насоса через воронку Бюхнера. После того, как иловая смесь вся пройдет через фильтр, цилиндр тщательно споласкивают небольшим количеством дистиллированной воды, которая также отфильтровывается.

Фильтр, сохраняющий форму воронки, накладывается на соответствующий бюкс и помещается в холодный сушильный шкаф, крышка бюкса помещается рядом с бюксом. Затем анализируемый материал помещается в шкаф. Включаем его и при 120°С пробы выдерживаются до постоянного веса. Первое взвешивание бюксов производится через 30 мин высушивания. Перед взвешиванием шкаф выключается, каждый фильтр осторожно, чтобы не потерять осадок, складывается и помещается в соответствующий бюкс. После этого с помощью специальных щипцов бюксы закрываются крышками и переносятся из шкафа в эксикатор.

После того, как бюксы в эксикаторе охладятся до комнатной температуры, начинают взвешивание ила. Перед взвешиванием следует тщательно проверить соответствие номеров крышек и бюксов. Взвешивают, вычитая начальную массу бюкса, с фильтром. Доза ила по весу d рассчитывается по формуле:

где 1000 – коэффициент пересчета см3 в дм3;

а и b — вес бюкса с осадком и без осадка соответственно, г;

V — объем отфильтрованной пробы, см3.

Определение дозы ила по объему и илового индекса

Доза ила по объему характеризует седиментационные свойства активного ила, т.е. способность его к осаждению за 30 минут отстаивания. Иловой индекс это объем 1 грамма сухого ила, занимаемый им за 30 минут отстаивания в 1 дм3 цилиндре. Иловой индекс также характеризует седиментационные свойства ила, но уже с учетом его сухой массы.

Отобранная иловая смесь находится в лабораторном помещении пока ее температура не сравняется с комнатной, после чего иловая смесь тщательно перемешивается, наливается в 1 дм3 цилиндр, который ставится на горизонтальную поверхность стола, включается секундомер и через каждые 3 мин отмечают объем в см3, занимаемый оседающей массой активного ила. Через 30 мин отстаивания записывают окончательное значение дозы ила по объему, выраженное в см3. Результат округляют до целых см3.

Наблюдения следует проводить в прохладном помещении, вдали от источников тепла, так как при температуре выше 25°С во время наблюдений может произойти всплывание осевшего активного ила вследствие денитрификации. В жаркое время года пробу перед анализом желательно охладить до 18-20°С в холодильнике.

Иловой индекс рассчитывается, после того как получены значения дозы ила по сухому весу и объему. Результат, получается от деления численных значений дозы ила по объему V (см3/дм3) на дозу ила по сухому веществу d (г/дм3):

Прозрачность надиловой воды

Метод заключается в визуальном определении светопропускания через столб надиловой воды. Мерой прозрачности служит высота столба воды, выраженная в см, при которой можно читать шрифт определенного размера и типа.

Отобранную пробу иловой смеси доводят до комнатной температуры, тщательно перемешивают, наливают в склянку емкостью 1-1,5 дм3 и отстаивают 2 часа.

Прозрачность определяется чтением стандартного шрифта Снеллена (высота букв 3,5 мм) через наполненный водой цилиндр Снеллена. Цилиндр располагается над шрифтом на расстоянии 2 см. Чтение шрифта проводится в хорошо освещенной комнате, но без попадания прямых солнечных лучей. Столб воды регулируется за счет ее отбавления, поскольку сначала цилиндр Снеллена наполняется до краев. По результатам трех определений вычисляют среднюю величину прозрачности, выраженную в сантиметрах. Точность определения — ±0,5 см (Методическое руководство по гидробиологическому…,1996).

5. Составление гидробиологического заключения.

Ведение рабочего журнала

По результатам гидробиологического анализа и количественного счета организмов составляется таблица.

При характеристике биоценоза не следует уделять внимание отдельным малочисленным видам, только характеристика сообщества как единого целого позволит получить правильные выводы. Особое внимание гидробиолога должно заслуживать значительное численное развитие, подавление или исчезновение из биоценоза того или иного вида. Окончательные выводы делаются по доминированию или исчезновению определяющих видов-индикаторов, индексу видового разнообразия.

При сопоставлении выводов, полученных на основании гидробиологического анализа, с гидрохимическими данными следует помнить, что они могут не совпадать, поскольку гидробиологический анализ выявляет нарушения более оперативно. При неблагоприятном воздействии сточных вод или нарушении технологического режима эксплуатации очистных сооружений качество очистки, регистрируемое химическими анализами, может сохраняться удовлетворительным, а гидробиологическое обследование немедленно выявит разрушение хлопьев и изменения в составе биоценоза и физиологическом состоянии организмов ила. Такое запаздывание ухудшения качества очистки по гидрохимическим данным объясняется тем, что при разрушении хлопьев и отдельных клеток организмов ила очистку некоторое время осуществляют их внутренние ферменты.

Все свои наблюдения гидробиолог регулярно заносит в рабочий журнал. В начале рабочего журнала указывают сведения по пунктам:

  1. наименование и номер сооружения (аэротенк, регенератор);
  2. расположение точки отбора проб активного ила;
  3. дата, час отбора проб и исследования, температура иловой смеси;
  4. осадок активного ила по объему, см3/дм3;
  5. доза ила по весу, г/дм3;
  6. иловой индекс, см3/г;
  7. внешний вид надиловой воды;
  8. прозрачность надиловой воды, см;
  9. результаты качественного и количественного гидробиологического контроля;
  10. индикаторная оценка процесса биологической очистки и рекомендации по устранению выявленных нарушений.