Способ технологического контроля работы аэрационных сооружений

19) ЯО И 1 3 Ш С 02 Р 30 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Иф 43Л,А, Сергунинао-исследоваГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Всесоюзный научительский институт биологическогоприборостроения(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 273509, кл. С 01 И 31/08, 1970,2. Авторское свидетельство СССРУ 859326, кл. С 02 Р 3/00, 1981(54)(57)КОНТРОЛЯНИЙ, вкл СПОСОБ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАБОТЫ АЭРАЦИОННЫХ СООРУЖЕючающий отбор проб, отстаивание, отмывку, смешивание проб ссубстратами и продувКу смеси с последующим измерением окислительновосстановительного потенциала, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью определения состояний эндогенного, анаэробного и контролируемого дыхания окислительно-восстановительной цепи активного ила и микроорганизмов и одновременно их аэрофильности, продувку осуществляютинертным газом в течение одного часаодновременно через равные интервалы,времени измеряют снижение окислительно-восстановительного потенциалаи рассчитывают скорость его снижения, 112520910 15 Наиболее близким ио технической сущности и дости аемому результатук предлагаемому явля тся способ Изобретение относится к микробио=логической промышленности, а именнок контролю очистки сточных вод, иможет быть использовано при оценкеработы аэрационных сооружений (аэротенков и аэрируемых Фильтров) иферментеров,Существующие способы оценки качества очищенной воды и активного илане дают своевременной и точной информации о работе аэрационных сооружений и ферментеров. Поэтому необходимы новые способы для характеристики работы этих сооружений, позволяющие быстро и точно определитьи дифференцировать физиологическиесостояния дыхательной цепи микроорганизмов и, соответственно, позволяющие автоматизировать процесс оценки работы сооружений и регулировать 20их технологический режим,Известен способ технологическогоконроля процессов биологическойочистки городских сточных вод, за-ключающийся в том, что определяют 251 дегидрогеназную активность (ДА)пробы активного ила с очищенной сточной водой и трех проб того же ила, ккаждой из которых добавляют фосфатный буфер, воду и неочищенную сточкую 30воду, Сравнение между собой результатов определения ДА в различныхусловиях даст представление о качестве очистки в аэрационных сооружениях 1.Недостатком данного способа яв -ияется то, что величина ДА характеризует только степень восстановленности двух ферментов дыхательнойцепи: терициниуклеотидов и флавопро 40теидов (НАД Н и ФАД Н),Как известно,дыхательная цепь состоит не менеечем из 7 фермеитог. Активность пятиоставшихся фсрментов не определяется. Кроме того, окисленная часть15этих двух ферментов ке вступает вреакцию с используемыми для определения ДА окислителями. Если микроорганизмы попадают в анаэробкые условия или в :риду, где отсутствуюфосфать, получаются высокие значения ДА ири отсутствии биологическогоокисления, Поэтому величина ДА микроорганизмов ила не коррелируется сэффективностью очистки,55 определения способности сточных вод к биохимической очистке, заключающийся в отборе пробы, отстаивании, отмывке, продувке пробы иловой смеси воздухом, смешивании пробы иловой смеси и сточной воды, аэрации смеси воздухом в присутствии солей азота и фосфора в течении 3-4 ч, при этом каждый час измеряют рН и Е и расчитывают но ним значение показателя г Н, 2 .Йедостатком известного способа является то, что он не может быть использован для случаев подавления активности некоторых ферментов или при подавлении токсичными веществами роста отдельных таксономических групп микроорганизмов активного ила, различных по своей аэрофильности,Цель изобретения - определение состояний эндогенного, анаэробного и контролируемого дыхания окислительно-восстановительной цепи активного ила и микроорганизмов и одновременно их аэрофильности.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему отбор проб, отстаивание, отмывку, смешивание проб с субстратами и продувку смеси с пбследующим измерением окислительно-восстановительного потенциала, продувку осуществляют инертным газом в течение одного часа, одновременно через равные интервалы времени измеряют снижение окислительно-восстановительного потенциала и рассчитывают скорость егоснижения.Способ заключается в том, что определяют кинетику снижения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) взвеси активного ила или культуры микроорганизмов при переходе из аэробного состояния в анаэробное (продувание азотом или другим инертным газом). Важкым условием проведения способа является изменение уровня активности ферментов дыхательной цепи путем замены состава у среды культивирования фосфатным буфером (Фб) рН 7,3, иэотокическим раствором (И Р) и свежим субстратом,Кинетику снижения ОВП определяют рН-метром, В качестве основного электрода используют гладкий платиновый, а электродом сравнения служи3 11 и 209гладкий хлорсеребряный или каломельный,Время, в течение которого измеряют кинетику снижения ОВП, равно 1 ч,Интервал между измерениями 15 минУказанное время выбрано потому,что в течение 1 ч происходит изменение ОВП активного ила и большинства аэробных микроорганизмов на 507от основного изменения, При значениях 1времени измерения больше 1 ч увеличивается скорость снижения ОВП умикроаэрофильных микроорганизмов,при значениях времени измерения меньше 1 ч увеличивается величина скорости снижения ОВП и аэрофильных микроные от экспериментально полученныхзначений Ь Е;Ч - нулевая скорость сниженияЬЕ, мВ/мин;0;15;30;45;60 - значения времени,при которых измеряют ОВП, мин;Ь Е - разность ОВП между первоначальной величиной через выбранный промежуток времени, мВ,О Экспериментальные значения нулевой скорости снижения Ь Е в сравнении с дегидрогеназной активностьюи технологическими показателями очистки для активных илов аэротенков раэ 15 личных конструкций и технологическихрежимов приведены в табл. 1,где Ч - нулевая скорость сниженияо исоЬЬ Е для активного ила,взвешенного в очищеннойсточной воде;Чо нсв - то же, для активного ила,взвешенного в неочищеннойсточной воде;Ч- то же, для активного ила,о пвзвешенного в изотоничес 0,043 гори Ь Уо5560 Ч ЬУо Ь Уо Ь Уо о 15 30 45организмов.Затем определяют начальную (нулевую) скорость изменения ОВП (Чр).Нулевая скорость изменения ОВП рас-,считывается по известной формуле"Ньютона-Грегори или любой другойформуле, используемой для расчетовнулевой скорости нелинейной ферментативной реакции. 25Сравнение результатов измеренийОВП в различных средах (среда культивирования, свежий субстрат, фосфатный буфер, изотонический раствор) характеризует состояние дыхательных ферментов микроорганизмовв активном иле или в ферментере,П р и м е р 1, Берут 4 пробы активного ила, отобранного в концеаэротенка. Три пробы осаждают в35центрифуге в течение 1-2 мин соскоростью 3500 об/мин. Затем во всехпробах сливают воду и оставляютосажденный ил. Далее в одну пробуила добавляют 10 мл неочищенной сточной воды, во вторую пробу 10 мл изотонического раствора, в третью 10 млфосфатного буфера. Все пробы встряхивают до полного взвешивания илаи измеряют на рН-метре (Ч ) началь 1ные значения ОВП с платиновыми хлорсеребряньрч электродами. Затем продувают все пробы азотом в течение 1 чи через каждые 15 мин, в течениеэтого часа, измеряют ОВП,Далее рассчитывают величину нуле 50вой скорости Ч снижения ОВП (ЬЕ)по известной формуле Ньютона-Греком растворе;Ч Б - то же, для активного ила,взвешенного в фосфатном буфере с рН 7,3-7,6.Сравнивая нулевые скорости снижения Ь Е, полученные путем изменения среды культивирования, с показателями очистки в аэротенках (ХПК, БПК 5 очищенной воды) и технологическими параметрами очистки (нагрузкой по БПК 5 на 1 г беззольного вещества ила в сушке) установлено, что существует пропорциональная зависимость между нагрузкой на ил Ы и величиной Чописываемая уравнением где И - нагрузка, мг/сут/г.б.в.;Ч - нулевая скорость изменения ЬЕ;0,043 - эмпирический коэффициентпропорциональности, установ.ленный из большой выборки(табл, 1, графы 3 и 6),Существует, кроме того, закономерность в изменениях соотношений междудЧ к 81 ЧпЧо в и качеством очистки воды оцениваемым повеличине ХПК и БПК 5 (табл, 1, графы 4 - 9), где Ьу буо, Ьу Ь уо- первая,4вторая, третья и четвертая производНа основании полученной закономерности построена схема, по кото 1125209рой можно путем сравнения величинОКСХО 4 х ЧОИСВ" а Ор х Х Ов МЕжду ОбОйхнлустановить состояние дыхательнойцепи и степень аэрофильности микроорганизмов активного ила, 5Из табл, 1 также видно, что дегидрогеназные активности микроооганиэмов полученные в идентичных условиях, не аналогичны соотношениям нулевых скоростей снижения 4 Е ОСхема 1 для оценки активного ила.1, Ингибирование дыхательных ферментов факультативных аэробов избьггком субстрата, Подавление активностидыхательных ферментов, 15Технологические показатели очистки неудовлетворительные: ХПК )200 мгО, /л; БПК Б 30 мгО, /лЧ.ходЧ,сьЧ сЧ, (пример 1,табл. 1). 202. При неполной биологическойочистке преимущественно Факультативными анаэробами и аэробами, Подавление Развития строгих аэробов.ХПК х 200 мгО /л; БПКБ15 мгО /л 25НСВ исхОд" арх РБ (примертабл, 1),3. При биологической очистке совместно строгими и Факультативными аэробами. 30ХПК100;:., /л; БПК;15 мгО /л;мсх) " мсхад рьЧ па (примеры3 и 4, табл. 1),Полная биологическая очисткастрогими аэробами и автотрофами. 35пК . 100 мг 0 /л; БПК с 10 мгО /лЧ а БЧЧ ц 4 Ч (ПРИМЕР .5,табл, ),5, Пол сая биологическая очисткастрогими аэробами автотрофами и фото синтезирующими микроорганизмами,ХПК - 0 мгО ,л, БПК10 мгО /л,БясхОдпа ," Кэ (ПРИМЕРтабл, 1),Результаты о ределения состояниядыхательной цепи и степень аэрофильности микроорганизмов ила позволяютпутем изменения технологическихусловии (количества растворенногокислорода и концентрации ила) добиться высокой эффективности очистки для.гфобследуемого комплекса аэрационныхсооружений.П р и м е р 2. Все операции при определении изменения ОВП и расчете производят, как в примере 1, Исследуемьк объектом является культурамикроорганизма, например, Е, со 11,находящаяся в стационарной фазе роста, количество клеток 10 а в 1 мл.Значения нулевой скорости измененияЕ для микроорганизмов различныхаэрофильных групп приведены в табл.2.При оценке микроорганизмов по величине Ч субстоата наблюдаетсяплавный переход от факультативныханаэробов к строгим аэробам,Если микроорганизмь, находящиесяв состоянии контролируемого дыхания, расположить в порядке уменьшения величины Ч субстрата, устанавливается соответствие меяду аэрофильностью и величиной Чо субстрата(табл. , графа 5), Чем выше аэробность микроорганизма, тем меньшевеличина Чо субстрата. Это значит,что аэробные микроорганизмы не могут развиваться при высоких концентрациях субстрата, а факультативные анаэробы и аэробы, наоборот,предпочитают высокие концентрациисубстрата.Схема П.Факультативныеанаэробы Ч ЧусБ исход П фБИикроаэрофилы Ч п 1 х ЧСБ фб исходАэробы ЧЧБисход ср оаСтрогие аэробы,автотрофныебактерии иводоросли ЧохБЧ, ЧиЧсисход ир сБЕсли дыхательная цепь находитсяв состоянии аэндогенного контролируемого или аэндогенного дыхания, приизбытке Фосфатов нг наблюдаетсязакономерность между изменением величины Чо и аэрофильностью, Толькосравнение величины Ч в этих состоиониях между собой позволяет выявитьразличие у исследованных групп микроорганизмов. Так, при создании условий эндогенного дыхания с избыткомфосфатов дыхательный аппарат факультативных аэробов и анаэробов подавляется, Однако по мере увеличенияаэробности микроорганизма величинаЧохБ становится наибольшей посравнению со значениями Чо в остальных состояниях (табл. 2, графа 6),То же касается и водорослей. Дыхание при отсутствии Фосфатов (контролируемое дыхание) уменьшается у водорослей, У остальньк групп исследованных микроорганизмов изменяется соотношение между величиной Ч я и 70 в состояниях эндогенного дыхания, неконтролируемогодыхания и дыхания при избытке фосфатов,На основании опытных данных, полученных для культур микроорганизмовразличной степени аэрофильности,составлена схема П, характеризующаякаждый вид по вел чине соотношенийЧ 0 при изменении уровня активностиферментов дыхательной цепи.При сравнении схем 1 и П наблюдается совпадения порядка располо,жения Ча при различных уровнях активности ферментов дыхательной пепиу активного ила и культур микроорганизмов в случаях развития факультативных аэробов и фотосинтезируюших, автотрофных бактерий, В остальных спучаях, когда растут в активномиле смешанные культуры микроорганизмов, порядок расположения Чр в схеме1 не имеет аналогов в схеме П. Поэто 101520 30 40 45 50 му совпадение порядка расположения Ч для активных илов в схеме 1 с его значением в схеме П указывает на развитие в нем микрофлоры какой в ли одной группы, Отсутствие аналогов в порядке расположения Чо в схеме П при сравнении со схемой 1 указывает на развитие смешанных групп микроорганизмов.Сопоставляя значения Ч для разных уровней активности ферментов дыхательной цепи у микроорганизмов активных илов из производственных аэротентов со значениями Чо в тех же условиях, полученными для культур микроорганизмов, можно установить какие виды микроорганизмов предпочтительно растут в активном иле, Это позволит путем изменения технологических условий (концентрации ила и расходы воздуха) вырастить такую микрофлору активного ила, которая способна повысить эффективность очистки без изменения конструкции и объема аэрационных сооружений,Кроме того, сопоставляя величины Чомикроорганизмов при разных уровнях активности между собой, можно определить, в каком состоянии по степени восстановленности ферментов дыхательной цепи находится исследуемая культура. Зная степень восстановленности ферментов (ОВП), можно такжепутем регулирования времени аэрациив аэротенках и времени регенерациив регенераторах добиться требуемогоэффекта очистки,Накопление опыта использованияпредлагаемого способа оценки аэрофильности микроорганизмов позволит вбудущем значительно быстрее, чемпри использовании общепринятых методов, обнаружить изменение ферментативной активности микроорганизмов,приводящее к ухудшению процесса ваэротенках или ферментерах, Изучение дыхательной цепи большого количества видов микроорганизмов с использованием предлагаемого способавместо визуального метода оценкиприведет к созданию способа классификации микроорганизмов,Использование предлагаемого способа позволит оценить и дифференцировать все состояния дыхательнойцепи у микроорганизмов различныхаэрофильных групп, а это позволитбыстро и точно оценить работу аэротенков. Для определения нагрузкипо БПК на 1 г беззольного вещества ила в сутки требуется 5 сут в базовом образце, По предлагаемому способу затрачивается 1-1,5 ч и увеличивается точность примерно на 15-207за счет измерения одного показателя, включаюя 1 его все указанные выше,Для осуществления предлагаемогоспособа требуется один человек,вместо 2-3 по известному. Причемспособ не нуждается в расходе реактивов, за исключением небольшого количества 1-2 н. раствора щелочи дляпромывания платиновых электродов иазота для создания анаэробных условий. Предлагаемый способ даст возможность автоматизировать процесс определения нагрузки на активный ил и одновременно определить аэрофильность системы активного ила, что позволит автоматически регулировать технологический процесс в аэротенках, Регулирование процесса можно производить путем изменения концентрации ила и концентрации растворенного кислорода,1Э 16 Ох ацхасээоохайСОл лОО сЧ СОи1- хо х 1 1ос О 1 оаОс . . эоо ХцэоХОсЭ ЭООХо 1: хдхо мСЧ125209 12 Таблица 2 РРи/и Наименование Аэ р офил ьность Скорость изменения Ь Е и состояниедыхательной цепи о суБс 1 р неконт 1. Е. со 1 г 11,4 5,0 22,7 Факультативный анаэроб 2. В, сегецв 17,2 6,3 8,2 8,4 3, Рвецдовопав зтиттег 1 10,7 10,9 9,7 8,04. Сагн 1 Ыа 1 авЪса 5,6 11,4 11,8 Аэроб М 1 сгососспв т 1 аю 18 5,3 10,8 5,2 9,4 б. В. гЬпгЫ 81 епв 18 4,3 13,7 4,6 7, АкогоЬасгег СЬтооСтрогийаэроб 2,4 9,3 соссцв 8,9,5 0,2 3,2 То же 3,4 15,3 8,3 0,3 10. СЫоге 11 а Составитель Г, Лебедева Редактор В. Петраш Техред М.Гергель Корректор Г. Решетник, Заказ 8425/16 Тираж 866 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 В, виЬг 11 двБеггага вагсепсепв Иикроэрофилы г То же0 Ис 1 оА исходное эндогенное ды- хание ролируемое дыхание-19,7 -21,2 о рБэндогенное дыхание при избыткефосфатов ЧО 1 рконтролируемое дыхание