Способ технологического контроля процессов биологической очистки сточных вод на городских станциях аэрации

 

Использование: биологическая очистка городских сточных вод, оценка функционального состояния экосистемы активного ила, оперативный контроль за работой сооружений биологической очистки и состоянием сточных вод в процессе очистки в аэротенках. Сущность: устанавливают изменение активности молекулярных форм малатдегидрогеназы активного ила регенератора, 1-й, 2-й, 3-й секции аэротенка и ила на выходе из аэротенка. Завершение очистки сточных вод определяют при достижении активности малатдегидрогеназы (МДГ)-3 в любой из секций аэротенка уровня активности МДГ-3 или регенератора. 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к биологической очистке городских сточных вод, может быть использовано для оценки функционального состояния экосистемы активного ила, оперативного контроля за работой сооружений биологической очистки и состояния сточных вод в процессе очистки в аэротенках.

Известен способ технологического контроля процессов биологической очистки городских сточных вод, заключающийся в определении общей дегидрогеназной активности пробы активного ила со сточной жидкостью и трех проб того же ила, к каждой из которых добавляли фосфатный буфер, воду и неочищенную сточную воду. При высоких значениях БПК₅устанавливали следующую динамику общей дегидрогеназной активности (ДГА):ДГА_фосф. > ДГА_исх > ДГА_cт.ж. > ДГА_Н2О. При достижении значения БПК₅ 15 мг/л (окончание очистки сточных вод) динамика дегидрогеназной активноcти менялась на следующую: ДГА_ст.ж. >ДГА_фосф.>ДГА_исх.>ДГА_Н2О.

Cущественным недостатком известного способа является незначительная информативность, точность и достоверность, поскольку сравниваются значения ДГА ила при добавления фосфатного буферного раствора, водопроводной воды, очищаемой и очищенной сточных вод, а значения БПК₅очищенной и очищаемой сточных вод в процессе биологической очистки во многом зависит от их компонентного состава.

Цель изобретения - увеличение точности, оперативности и чувствительности способа технологического контроля за работой аэротенков путем установления изменения активности молекулярных форм малатдегидрогеназы (МДГ, К. Ф 1.1.1.37. ) - одного из ключевых ферментов цикла Кребса - активного ила регенератора, 1-й, 2-й, 3-й секций аэротенка и на выходе из аэротенка, МДГ-аэробный фермент участвует в переносе восстановленных эквивалентов через мембранные системы клеток и в целом характеризует функциональное состояние экосистемы активного ила, кислородный режим и окислительную мощность аэратора. Кроме того, по значениям активности МФ МДГ в разных точках аэротенка можно судить о глубине очистки сточных вод. Показана возможность использования изменения активности МФ МДГ ила для определения токсичности промышленных сточных вод (авт.св. N 4756133/13/133554).

Способ осуществляется следующим образом: из регенератора, 1-й, 2-1, 3-й секций аэротенка и на выходе из аэротенка берут по 10, мл иловой суспензии (45-50 мг сухого остатка), трехкратно промывают от фоновых загрязнений фосфатным буфером рН 7,0, центрифугируют при 5000 в течение 10 мин. Осадок переносят в механический дезинтегратор (стеклянная ступка и пестик на шлифах), дезинтеграцию проводят в течение 5 мин при 4^оС. Дезинтегрируемую иловую смесь переносят в колбу, добавляют 5 мл фосфатного буфера и тритона Х-100 20 мг/лм в конечной концентрации. Колбы помещают на магнитные мешалки и проводят солюбилизацию белков в течение 2 ч при 37^оС. Дезинтеграт центрифугируют при 8000 в течение 10 мин. В супернатанте определяют МФ МДГ методом электрофореза в плоских блоках полиакриламидного геля. Анализируемые образцы в объеме 50 мкл в смеси с 40%-ным раствором сахарозы наносят на линию старта. Электрофорез проводят при силе тока 100 мА в первые 30 мин и 200 мА до окончания электрофореза. В качестве электродного буфера используют 1 М трис-ЭДТА-боратный буфер, рН 9,2.

Выявление МФ МДГ проводят с помощью феназинметасульфат-тетразолиевой реакции в инкубационной среде следующего состава: 0,1 М трис-НС1 буфер рН 7,1-15 мл; НАД-30 мг; нитросиний тетразолиевый-10 мн; фенанзинметасульфат-2 мг; 1 М раствор малата натрия рН 7,1-10 мл; вода дистиллированная 70 мл. Неспецифические реакции исключают использованием инкубационной среды без малата натрия. Гелевые блоки заливают инкубационным раствором и инкубируют при 37^о в течение 2 ч. МФ МДГ выявляются в виде темно-синих зон. Путем прямой денситометрии определяют относительную активность каждой зоны МДГ. Далее количественно сравнивают активность МДГ-3 ила регенератора, ила1-й, 2-й, 3-й секций аэротенка и ила на выходе из аэротенка. Достижение активности МДГ-3 в любой в точек аэротенка активности МДГ-3 ила регенератора указывает на завершение очистки сточных вод.

П р и м е р. В центрифужные пробирки помещают по 10 мл иловой суспензии регенератора, 1-й, 2-й, 3-й секций аэротенка и силовой суспензии, отобранной на выходе из аэротенка. Суспензию 3-х кратно отмывают от фоновых загрязнений, проводят дезинтеграцию ила вышеописанным способом, получают ферментные образцы, подвергают из электрофорезу и выявляют МФ МДГ феназинметасульфат-тетразолиевой реакцией. Параллельно проводят определение ХПК, аммонийный азот и фосфат анионы в сточной жидкости, отобранной в тех же точках аэротенка, а также общую активность неспецифических дегидрогеназ активного ила при добавлении сточных вод из разных точек аэротенка, неочищенной сточной воды, фосфатного буфера и водопроводной воды.

Данные табл. 1 указывают на интенсивные процессы изъятия загрязнений из сточных вод уже во второй секции аэротенка и на входе в третью секцию получено трех-пятикратное снижение содержания загрязнителей по ХПК и фосфат анионам. Данные ДГА ила, установленные известным способом, не подтверждают той закономерности. Это связано с компонентным составом сточных вод и преобладаем в их составе трудно окисляемых соединений.

На фиг. 1 - 5 представлены количественный состав и активность МФ МДГ. полученных предлагаемым способом.

Из фиг. 1 видно, что МДГ ила регенератора представлена тремя активными зонами, зона 2 включает 4 МФ. Наибольшей активностью обладает МДГ-1 и МДГ-2. Активность МДГ-3 незначительна. Такая динамика МФ МДГ характерна для активного ила регенератора, где происходят интенсивные эндогенные cинтетичеcкие процеccы, на что указывают активноcть МДГ-1 и МДГ-2, МДГ-3, локализированная на внешней поверхности цитоплазматической мембраны, "отдыхает".

Из фиг. 2 видно, что активность МДГ-3 ила 1-й секции аэротенка в момент контакта со сточной жидкостью возросла почти в 3 раза по сравнению с регенератором с заметным снижением активности МДГ-1 и МДГ-2. Такое состояние характерно для основного этапа изъятия загрязнителей из сточной воды.

На фиг. 3 представлены МФ МДГ активного ила 2-й секции аэротенка, Из него видно, что активность МДГ-3 продолжает увеличиваться, заметно увеличение активности МДГ-1 и МДГ-2. Такое состояние молекулярных форм характерно для интенсивных процессов изъятия загрязнителей из сточных вод, иными словами, для основного этапа очистки сточных вод.

На фиг. 4 представлены МФ МДГ активного ила 3-й секции аэротенка. Хорошо видно снижение активности МДГ-1 и МДГ-2, а также наметилась тенденция к снижению активности МДГ-3. Изъятие загрязнителей из сточных вод продолжается, но с меньшей интенсивностью, чем в секциях 1 и 2.

На фиг. 5 показаны МФ МДГ активного ила на выходе из аэротенка. Активность МДГ-3 достигла уровня активности МДГ-3 регенератора. Также отмечено падение активности МДГ-1 и МДГ-2. Очистка сточных вод подошла к завершению.

В табл. 2 представлены данные динамики активности МДГ-3 ила в процессе очистки сточных вод.

Динамика активности МФ МДГ вообще и МФ МДГ-3 в частности полностью подтверждается динамикой ХПК и фосфат анионов. Однако не получено подтверждения динамики дегидрогеназной активности по известному способу.

Полученные результаты однозначно указывают на преимущества предлагаемого способа по сравнению с существующим по достоверности, точности и информативности.

Применение заявляемого способа технологического контроля процессов биологической очистки сточных вод на городских станциях аэрации обеспечит более действенный, оперативный контроль за работой аэраторов, позволит установить окончание очистки сточных вод практически в любой точке аэротенка.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ГОРОДСКИХ СТАНЦИЯХ АЭРАЦИИ, предусматривающий отбор проб микроорганизмов активного ила регенератора из первой, второй и третьей секций аэротенка и проб ила на выходе из аэротенка, их центрифугирование, дезинтеграцию, определение фракций фермента методом электрофореза в плоских блоках полиакриламидного геля, окрашивание молекулярных форм фермента и определение их относительной активности денситометрией, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, в качестве фермента регистрируют малатдегидрогеназу окрашиванием феназинметасульфаттетразолиевой реакцией, после чего полученные электрофореграммы сканируют и определяют активность третьей молекулярной формы малатдегидрогеназы в процентах от общей активности фермента во всех секциях аэротенка, при этом завершение очистки определяют по достижении уровня активности третьей молекулярной формы малатдегидрогеназы в любой из секций аэротенка, равной уровню активности этой же формы фермента в иле регенератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5