При работе очистных сооружений мы ежедневно смотрим на данные: ХПК, NH3-N, TN, SVI, DO и т. д., но самая ранняя «тревога» зачастую исходит не от приборов, а от микроорганизмов. Опытные операторы часто сначала смотрят не на лабораторные отчеты, а на микроскоп, потому что микроорганизмы не лгут; их «появление или исчезновение» напрямую говорит вам, здорова ли система. В этой статье систематически изложены методы быстрого выявления распространенных микроорганизмов при очистке воды и их ориентировочное значение с практической точки зрения, что поможет вам: заранее оценить технологические риски, не дожидаясь, пока данные превысят стандарты.
I. Почему микроорганизмы более «дальновидны», чем физико-химические индикаторы?
В системах водоочистки физико-химические показатели отражают «уже произошедшие результаты», а изменения в микробном сообществе зачастую являются «сигналами того, что проблемы только начинаются». Например: аммиачный азот может быть и не избыток, но нитрифицирующих бактерий уже значительно уменьшилось; СО сточных вод может находиться в допустимых пределах, но нитчатые бактерии уже начали колонизировать поверхность. Бактериальные хлопья; данные выглядят нормально, но ворсинки начинают сморщиваться и округляться – все это видимые тревожные признаки.
II. Четыре категории микроорганизмов в очистке воды и основные подходы к их идентификации
Микроорганизмы, мониторинг которых осуществляется в системах очистки воды, обычно делятся на четыре категории: бактерии (основные функциональные компоненты системы), простейшие (наиболее чувствительный биологический индикатор первого-линии), многоклеточные организмы (маркер высокой стабильности системы), а также водоросли и грибы (индикаторы аномалий или загрязнения). Простейших, многоклеточных животных, хлопья и нитчатые бактерии можно наблюдать непосредственно в оптический микроскоп; Бактерии требуют окрашивания, культивирования или методов молекулярной биологии.
Если «эксперт» непосредственно исследует ваш «ил» под микроскопом и говорит, что существует проблема с нитрифицирующими бактериями, вы можете приказать «эксперту» уйти. Нитрифицирующие и нитрит{1}}окисляющие бактерии невозможно наблюдать непосредственно под микроскопом.
III. Наиболее часто используемые методы идентификации микроорганизмов при очистке воды (в порядке сложности)
1. Базовый уровень: оптический микроскоп 100–400x. Возьмите смешанную жидкость непосредственно из аэротенка или стоки из вторичного отстойника и дайте ей постоять 3–5 минут.. 1. Минуты: Подготовьте предметное стекло из промежуточного слоя среды для живого наблюдения или простого окрашивания метиленовым синим. Возможна прямая идентификация: простейших, многоклеточных животных, бактериальных хлопьев, нитчатых бактерий и водорослей.
2. Расширенная стадия (вспомогательная лабораторная оценка): поместите одну каплю воды в центр предметного стекла, добавьте очень небольшое количество осадка или питательной среды и аккуратно равномерно распределите его, чтобы сформировать тонкий однородный мазок (он должен быть тонким; слишком толстый мазок приведет к неполному обесцвечиванию и ложноположительным результатам). Дайте ему высохнуть на воздухе (не нагревайте). Поместите предметное стекло бактериальной стороной вверх и быстро проведите им взад и вперед над пламенем спиртовки 2–3 раза (если спиртовки нет, можно использовать зажигалку). Добавьте кристаллический фиолетовый, чтобы полностью покрыть мазок. Через 1 минуту осторожно промойте медленной струей воды. На этом этапе все бактерии станут фиолетовыми. Добавьте раствор йода, чтобы покрыть мазок. 1 минутой позже... Промойте через 30 минут. Наклоните предметное стекло, добавьте 95% этанол, промойте водой в течение 10–20 секунд, добавьте сафранин или разбавленный основной фуксин, промойте в течение 30–60 секунд, промокните насухо и наблюдайте под микроскопом.
Окрашивание по Граму позволяет различать грам-положительные (G+) и грамотрицательные (G-) бактерии и помогает идентифицировать нитчатые бактерии. Грам-положительные (G+) бактерии имеют толстые клеточные стенки и при наблюдении кажутся фиолетовыми или темно-синими; Грамотрицательные (G-) бактерии имеют более тонкие клеточные стенки с внешней мембраной и при наблюдении кажутся красными или розовыми.
В ходе работы проекта мы проводили эксперименты не для того, чтобы различить G+ и G-, а для определения источника проблем процесса. В случае активных загрязнителей... В иловых системах Gnaphalium и Thiofilaria в основном являются грамотрицательными (G-), что часто соответствует высокой органической нагрузке, недостаточному растворенному кислороду (DO) и чрезмерно высокому содержанию серы в сточных водах; актиномицеты в основном являются грам-положительными (G+), что часто соответствует низкой температуре воды, старению ила и чрезмерно длительной реакции в твердом- состоянии (SRT). Более того, поскольку G-клетки имеют более тонкие клеточные стенки, они часто погибают первыми, когда система подвергается токсическим шокам, причем основной удар несут на себе нитрифицирующие бактерии (в основном G-).
Окрашивание по Граму не обязательно проводить ежедневно. Его можно использовать в качестве вспомогательного диагностического инструмента при набухании нитевидного осадка, внезапном нитрификационном коллапсе, подозрении на токсический шок или ненормальной работе при низких температурах зимой.
Вышеуказанные два метода просты и подходят для водоочистных сооружений. Существуют также более сложные методы, такие как окрашивание 16S рРНК. Секвенирование, FISH, проточная цитометрия и т. д. подходят только для исследований и не рекомендуются для использования в работе проекта.
IV. Бактерии: «системный скелет», определяющий эффективность лечения
1. Флоки: основной показатель стабильности системы.
Бактерии, образующие хлопья-, являются основными переносчиками активного ила. Их морфологические характеристики включают хлопьевидную или комковатую-структуру, заключенную в липкую капсулу с плотно упакованными кокками или короткими бациллами внутри.
Если структура хлопьев компактная, а края гладкие, это указывает на высокую активность ила, хорошую флокуляцию и осаждение, а также высокую способность к удалению ХПК и NH3-N. Если структура рыхлая, края неровные, легко ломается, это свидетельствует о старении или отравлении ила, высоком риске набухания и высокой вероятности превышения нормы СО в стоках.
2. Нитчатые бактерии: наиболее распространенный процесс «нарушители спокойствия».
Gastrosporium glomeratum (G⁻) 1. [Неразборчивый текст -, вероятно, относится к бактериям:] Наличие оболочки и способность двигаться указывают на высокую органическую нагрузку и недостаточность растворенного кислорода (РК). Гранулы, содержащие G-серу-, блестящие под микроскопом, указывают на высокое содержание серы в сточных водах или анаэробные условия. G-разветвленные актиномицеты указывают на низкую температуру воды или старение ила.
3. Функциональные бактерии: «двигатель» процесса денитрификации.
Нитрифицирующие бактерии преимущественно грамотрицательные (почти полностью грамотрицательные), а денитрифицирующие бактерии также преимущественно грамотрицательные, но могут участвовать и грам-положительные бактерии.
В. Простейшие
Самый важный «биологический индикатор» для оперативной эксплуатации и технического обслуживания. Простейшие питаются бактериями и органическими остатками и чрезвычайно чувствительны к изменениям окружающей среды, что делает их наиболее подходящими индикаторными организмами для рутинных микроскопических исследований.
Разным простейшим соответствуют разные условия эксплуатации. Жгутики появляются во время запуска процесса-, при высокой нагрузке на приток и плохом качестве воды; амебы появляются при колебаниях качества воды. Наблюдаются высокие, низкие уровни растворенного кислорода (РК) и плохое качество флокулянтов. Плавающие инфузории (например, Paramecium) появляются в переходной фазе. Сидячие инфузории (такие как Vorticella и Cyclocarya) появляются, когда система стабильна и качество сточных вод отличное. Однако если ротовой диск вортицеллы сжимается, а ее тело округляется, это очень опасный сигнал, указывающий на микробное отравление или дефицит РК, и процесс вот-вот нарушится. Сифонофоры многочисленны только тогда, когда качество воды отличное и система зрелая.
VI. Metazoa: признак «очень стабильной» системы
Коловушки появляются при длительной стабильности процесса, однако избыточное количество коловраток указывает на старение ила и низкую органическую нагрузку. Нематоды не имеют очевидного ориентировочного значения в небольших количествах, но большое их количество указывает на анаэробные условия, накопление ила или токсический шок. Большое количество вибрирующих червей и трубочников указывает на тяжелые анаэробные условия и разложение осадка, что является сигналом об уровне технологической аварии. Нет.
VII. Водоросли и грибы: предупреждающие признаки аномалий и загрязнения
Небольшое количество водорослей может дополнять растворенный кислород (РК); Большое количество грибов указывает на низкий pH притока, высокое содержание сахара, старение ила и конкуренцию грибов с бактериями за питательные вещества, что приводит к образованию рыхлых хлопьев.
VIII. Модели микробной преемственности: важнее, чем «один вид»
Типичная последовательность микробной последовательности (процесс от-запуска → стабильное →-высокое качество работы): если микроорганизмы добиваются успеха в порядке «жгутиконосцы → саркоптеры → плавающие инфузории → сидячие инфузории → всасывающие → коловратки», это указывает на то, что система улучшается; если последовательность обратная, это указывает на то, что система ухудшается.
IX. Практические предложения по эксплуатации и техническому обслуживанию на переднем крае
На выходе из аэротенка или на входе вторичного отстойника наблюдайте сначала за 100-кратным разбавлением, затем за 400-кратным разбавлением. В течение стабильного периода наблюдайте один раз в день; во время аномальных периодов увеличьте дозу до 2-4 раз в день. Окрашивание по Граму следует использовать только один раз, в случае экстремальных погодных условий, модернизации системы или при добавлении в систему нового источника воды.
Вывод: Те, кто действительно разбирается в очистке воды, в конечном итоге вернутся к микроскопу. Когда вы можете использовать микроорганизмы, чтобы определить, в каком блоке возникла проблема,-будь то проблема с нагрузкой, проблемой с растворенным кислородом (DO) или токсическим шоком-и необходимо ли раннее вмешательство, вы больше не оператор, "ведомый данными", а человек, который действительно контролирует процесс.
Микроорганизмы – самый честный язык системы очистки воды.