научная статья по теме ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБНОГО СОСТАВА АКТИВНЫХ ИЛОВ МОСКОВСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБНОГО СОСТАВА АКТИВНЫХ ИЛОВ МОСКОВСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ»

МИКРОБИОЛОГИЯ, 2014, том 83, № 5, с. 615-625

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ^^^^^^^^^^^^ СТАТЬИ

УДК 579.695+579.8

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБНОГО СОСТАВА АКТИВНЫХ ИЛОВ МОСКОВСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

© 2014 г. А. Ю. Каллистова*, ^ Н. В. Пименов*, М. Н. Козлов**, Ю. А. Николаев*, **, А. Г. Дорофеев**, В. Г. Асеева**, В. А. Грачев**, Е. В. Менько*, Ю. Ю. Берестовская*,

А. Н. Ножевникова*, М. В. Кевбрина**

*Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской академии наук, Москва

**ОАО "Мосводоканал", Москва Поступила в редакцию 03.02.2014 г.

Впервые для аэротенков московских очистных сооружений охарактеризован вклад в микробное сообщество активных илов основных технологически значимых групп микроорганизмов: аммоний- и нитрит-окисляющих, фосфат-аккумулирующих, пенообразующих бактерий, анаммокс-бактерий, а также планктомицетов и метаногенных архей. Методом FISH показано, что аэробные илы представляют собой эубактериальные микробные сообщества, вклад метаболически активных архей в них незначителен. Значимый вклад в бактериальную компоненту активных илов вносят нитрифи-каторы II ступени и планктомицеты, доминирующими нитрификаторами являются Nitrobacter spp. Метаболически активные анаммокс-бактерии в илах аэротенков не выявлены. Обнаружены различия в характеристиках илов аэротенков, использующих различные технологии очистки. Численность нитрифицирующих и фосфат-аккумулирующих бактерий в образцах илов в целом коррелировала c активностями микроорганизмов в микрокосмах и с эффективностью удаления соединений азота и фосфора из сточной воды: максимальная численность и активность микроорганизмов показана для илов аэротенков, работающих по технологиям Кейптаунского и Ганноверского университетов. Наименее активным был ил Новокурьяновских очистных сооружений, в котором наблюдалось обильное развитие филаментных бактерий, приводящее к пенообразованию. В группе пенообразующих бактерий обнаружены Gordonia spp. и Acinetobacter spp., утилизирующие нефть и моторные масла, и Sphaerotilus spp., утилизирующие ненасыщенные жирные кислоты, а также Can-didatus 'Microthrix parvicella'. Таким образом, показатели численности и состава метаболически активных микроорганизмов, полученные методом FISH, могут быть применены для технологического контроля очистки сточных вод.

Ключевые слова: канализационные очистные сооружения, активный ил, нитрификаторы, фосфат-аккумулирующие организмы (ФАО), пенообразующие бактерии, флуоресцентная in situ гибридизация (FISH).

DOI: 10.7868/S0026365614050152

Очистка сточных вод от различных загрязнений является одной из важнейших проблем современности. Биологические методы очистки, основанные на интенсификации природных процессов разложения органических соединений микроорганизмами, общепризнано считаются наиболее экономически и экологически приемлемыми. В централизованной очистке хозяйственно-бытовых сточных вод с ХПК (химическим потреблением кислорода) менее 2 г л-1 осуществляется аэробная очистка, проходящая с участием активного ила. Активный ил является сложной антропогенной экосистемой, которая формируется в ограниченном пространстве аэротенков централизованных

1 Автор для корреспонденции (e-mail: kallistoanna@mail.ru).

канализационных очистных сооружений в условиях изобилия кислорода и довольно высокой нагрузки по органическим загрязнениям. Высокая эффективность и скорость очистки, благодаря принудительной интенсивной аэрации и поддержанию высокой численности микроорганизмов, позволяют окислять органические загрязнения вплоть до их полного удаления [1].

Микроорганизмы активных илов формируют хорошо организованные структурно-функциональные сообщества в виде флоккул активного ила, в которых микробные клетки, органические и неорганические частицы прочно связаны между собой внеклеточными полимерными веществами. Основную роль в процессе очистки сточных вод от органических загрязнений в аэротенках иг-

Таблица 1. Процент удаления загрязнений в аэротенках Курьяновских (КОСст и НКОС2) и Люберецких очистных сооружений (Блок удаления биогенных элементов — технология UCT, аэротенк № 14 — технология ISAH)

Очищенная вода, % удаления загрязнений

КОСст НКОС2 UCT ISAH

Взвешенные вещества 93 93 97 96

ХПК 80 85 92 96

БПК 94 95 97 95

n-nh4 80 60 99.2 99.3

P-PO4 75 60 90 99.7

рают разнообразные гетеротрофные микроорганизмы. В удалении биогенных элементов (азота и фосфора) из сточных вод участвуют аммоний-, нитрит-окисляющие бактерии и фосфат-аккумулирующие организмы (ФАО). Установлено, что практически при любой технологической схеме очистки в иле преобладают грамотрица-тельные протеобактерии, в основном представители Бе1арго1еоЬас1ег1а. В состав протеобактерий активного ила входят энтеробактерии и вибрионы, а также типичные аэробные окислители органического вещества, такие как псевдомонады, флоккулообразующие бактерии Zoogloea 8рр. и филаментные бактерии 8ркаегоШы8 па1ат, развитие которых рассматривается многими исследователями как причина "вспухания" активных илов. К преобладающей в иле группе Бе1арго1ео-Ьа^епа относятся Ккойососст-подобные бактерии Сапй1йаШ$ 'АсситиЦЬас1ег рИо8рИа1А5', которые, согласно современным представлениям, играют основную роль в процессе интенсивного биологического удаления фосфора [2]. В состав данной группы также входят окисляющие аммонийный азот бактерии рода Nitrosomonas. Микро-организмы-нитрификаторы II стадии, ЫНгоЬа^ег, принадлежат к другой достаточно распространенной группе бактерий — AlphaproteoЬacteria. Окисляющие нитрит бактерии рода Nitrospira в значительных количествах обнаруживаются в активном иле сооружений по очистке промышленных стоков, содержащих высокие концентрации аммонийного азота (до 5 г л-1) и обогащенных белковыми загрязнениями. Часто эти бактерии обнаруживают в составе микроколоний с бактериями рода Nitrosomonas [3]. В активных илах в значительном количестве присутствуют представители АсйпоЬа^епа (в эту группу попадают и пенообра-зующие бактерии ОоМота 8рр.). Нитчатые бактерии группы 'СМотА^' обнаруживают в активных илах промышленных сооружений, удаляющих биогенные элементы по различным технологическим схемам [4].

Таким образом, активные илы аэротенков представляют собой сложные микробные сообщества, состоящие из физиологически и филоге-

нетически разнородных групп микроорганизмов, комплексно участвующих в удалении из сточных вод основных загрязнений. Поэтому оценка численности и состава метаболически активных микроорганизмов, важных для технологического контроля очистки воды, является достаточно сложной методической задачей. Метод флуоресцентной in situ гибридизации (fluorescence in situ hybridization, FISH) с использованием 16S рРНК-специфичных флуоресцентно-меченых олиго-нуклеотидных зондов позволяет идентифицировать и определить численность микроорганизмов, относящихся к различным филогенетическим таксонам (от видов до доменов) в таких комплексных микробных сообществах, как активный ил очистных сооружений, где численность и разнообразие микроорганизмов беспрецедентно высоки.

Целью работы было определение с помощью микроскопических (фазово-контрастная микроскопия нативных и окрашенных препаратов), мо-лекулярно-биологических (FISH) и культуральных методов численности и разнообразия технологически значимых групп эубактерий (нитрификаторов, фосфат-аккумулирующих, пенообразующих бактерий и анаммокс-бактерий), а также планктоми-цетов и метаногенных архей в активных илах московских очистных сооружений, а также выяснение связи между численностью этих групп микроорганизмов в активном иле и их физиологической активностью в микрокосме.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования служили образцы активных илов из следующих аэротенков, работающих по разным технологиям (табл. 1).

1. "Старые" Курьяновские очистные сооружения (КОСст), в аэротенках которых происходит полная биологическая очистка, т.е. удаление взвешенных веществ, окисление соединений углерода и, частично, нитрификация и дефосфотация.

2. Новокурьяновские очистные сооружения (НКОС2), где отмечено начало пенообразования; технология очистки воды такая же, как на КОСст.

3. Блок удаления биогенных элементов Люберецких очистных сооружений (БУБЭ ЛОС), работающий по технологии Кейптаунского университета (University of Cape Town, UCT). В нем протекают процессы окисления органического вещества, аммония, денитрификация и дефосфотация, т.е. происходит эффективное удаление биогенных элементов.

4. Аэротенк № 14 ЛОС, работающий по технологии Ганноверского университета (Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, ISAH), на сегодняшний день самой эффективной и надежной технологии удаления биогенных элементов из сточных вод, обедненных органическим веществом.

5. Пена с поверхности аэротенков ЛОС и КОС.

Физико-химические характеристики сточной, очищенной воды и активного ила определяли стандартными методами: концентрацию взвешенных веществ — гравиметрически (весы AC211S, "Sartorius", Германия); химическое потребление кислорода (ХПК) — бихроматным методом; биологическое потребление кислорода (БПК5) — манометрически (в склянках Oxitop, "WTW", Германия); концентрацию (дозу) активного ила (г сухого вещества (СВ) л-1) — высушиванием образцов ила до постоянного веса при 105°C; беззольное (органическое) вещество — как разницу по весу между массой высушенного ила и зольным остатком, определенным при сжигании (550°C) сухого образца в муфельной печи до постоянной массы; концентрацию NH+ — фотометрически с реактивом Несслера; NO- — фотометрически с реактивом Грисса; содержание РО^- — фотометрически с растворами молибдата аммония, аскорбиновой кислоты и антимонилтартра-та калия (спектрофотометр DR2010, "Hach", США) в соответствии с руководством [5].

Определение дыхательной активности ила или

максимальной скорости потребления кислорода (СПК), расходуемого на окисление органического вещества (СПКорг) и аммонийных соединений (СПКнитр) проводили в лабораторном микрокосме по ранее разработанной методике [6]. Для этого иловую смесь из аэротенков предварительно отстаивали, о

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком