Хорошо ли идет биологическая очистка воды?

С каждым годом нарастает мощность промышленных предприятий, и хотим мы этого или нет, в водоемы, пока не созданы системы замкнутого водооборота, попадает все большее количество загрязняющих веществ. На первых порах, когда промышленность еще не развивалась так бурно, гидробиоценозы сами справлялись с поступающими в водоемы загрязнениями; происходило, как говорят ученые, самоочищение водоема. Но в наш век индустриализации самоочищение можно использовать только как подсобную силу. Основную биологическую очистку сточных вод ведут с помощью искусственного биоценоза, мощность которого в биоокислении продуктов отходов производства в сотни, а то и в тысячи раз выше самоочищающей способности естественных живых сообществ.

Одним из наиболее перспективных и не ограниченных природными условиями очистных сооружений является аэротенк. Это огромный бетонный резервуар, принимающий сточные воды на биологическую очистку с помощью активного ила. Сточная вода смешивается в аэротенке с активным илом и постоянно продувается снизу мощным потоком мельчайших пузырьков воздуха. Избыток кислорода и приток органических веществ со сточными водами позволяют бактериальному населению и микроскопическим животным бурно развиваться в активном иле. Бактерии склеиваются в хлопья или зооглеи, образующие огромную рабочую поверхность - около 1200 квадратных метров в одном кубическом метре ила, и выделяют ферменты, расщепляющие органические соединения до простых минеральных молекул. Происходит так называемая минерализация органики. Поглощая в избытке органические вещества, бактерии растут, делятся, и масса активного ила постоянно возрастает.

Благодаря тому что бактерии склеены в хлопья, активный ил быстро оседает и отделяется от очищенной им воды.

На поверхности бактериальных хлопьев и между ними обитает бесчисленное множество микроскопических животных: инфузорий, амеб, жгутиконосцев, коловраток, червей и клещей. Вот они-то и есть те "живые приборы", по которым технологи определяют, хорошо ли идет биологическая очистка воды. Правда, их роль не сводится только к роли организмов-индикаторов. Они еще несут и генетическую службу, питаются бактериями и уничтожают старые неработоспособные клетки и те бактерии, которые отрываются от хлопьев, а следовательно, при отстаивании активного ила от чистой воды не оседают и загрязняют ее. Но эти организмы уже выполняют роль датчиков экологического равновесия в аэротенке.

Прежде всего сам видовой состав может сказать многое о том, как чувствует себя активный ил. При хорошей очистке в активном иле в больших количествах встречаются брюхоресничные инфузории и прикрепленные формы - сувойки, напоминающие отдельные колокольчики, а иногда целые гроздья колокольчиков. В таком иле много коловраток и почти нет жгутиковых и амеб (рис. 17, а, б, в). Интересен также и морфологический показатель - строение зооглей. Бактерии объединяются в крупные хлопья с изрезанными краями, когда их рабочая поверхность максимальная.

Рис. 17. Микроорганизмы активного ила: а - при плохой работе аэротенка; б, в - при хорошей работе аэротенка; 1 - эуглифа (раковинная амеба); 2 - арцелла (раковинная амеба); 3 - инфузория туфелька; 4 - бодо (жгутиковое); 5 - амеба протей; 6 - нитчатые бактерии; 7 - сосущая инфузория; 8 - политома (жгутиковое); 9 - коловратка нотоммата; 10 - хлопья активного ила; 11 - амеба дисковидная, 12 - зооглея 'оленьи рога'; 13 - аспидиска (брюхоресничная инфузория); 14 - коловратка филодина; 15 - солнечник; 16 - эуплотес (брюхоресничная инфузория); 17 - аэлозома (малоресничный червь); 18 - оперкулярия (колониальная инфузория); 19 - циклидиум (инфузория); 20 - сувойка; 21 - окситриха (брюхоресничная инфузория); 22 - коловратка моностила; 23 - стилонихия (инфузория); 24 - каршезиум (колониальная инфузория); 25 - коловратка катипна; 26 - эпистилис (колониальная инфузория); 27 - фабдоста (прикрепленная инфузория); 28 - амеба террикола

При ухудшении очистки в активном иле появляются равноресничные инфузории, например всем известные туфельки. Прикрепленные организмы переходят в плавающее состояние. Сувойки отбрасывают ножку, на которой сидят, образуют дополнительный венчик ресничек и становятся "бродяжками", плавающими в толще воды. Коловраток по-прежнему много, но видовой состав их изменяется, появляются виды, способные переносить высыхание и впадать в анабиоз. Все организмы как бы ощущают приближающуюся катастрофу. Зато больше становится жгутиковых и амеб (рис. 17а).

Рис. 18. Округлившиеся бактериальные хлопья

Наконец, при плохой биологической очистке сильно развиваются жгутиконосцы и амебы. Совсем мало становится инфузорий и коловраток. А бактериальные хлопья либо измельчаются, либо округляются (рис. 18).

Смена биоценозов активного ила требует нескольких дней, но экстренные сообщения можно получить от "живых приборов" сразу же при рассматривании их в поле зрения микроскопа. Как узнать, например, что для активного ила не хватает кислорода? Это подскажут сувойки. Обычно их устьица раскрыты, видно, как работает ресничный аппарат и гонит в их клеточный рот бактерий, которыми они питаются. При нехватке кислорода устьица сжимаются, и на тонкой ножке вместо колокольчика виден шарик. Появился кислород в среде - сувойка раскрывает свой ресничный аппарат и начинает им работать. Но если в очищаемую воду был произведен залповый выброс токсических веществ, то сувойки лучше и быстрее любого химического анализатора укажут на это: они не только сжимаются, но и сворачивают ножку в пружинку. Одновременно с этим уменьшается скорость движения инфузорий, а коловратки втягивают голову и ногу в тело. Опасность налицо.

О появлении ядовитых соединений в очищаемой активным илом воде может сказать форма зооглей. От токсических соединений эти бактериальные образования мельчают, а иногда становятся прозрачными. В сильно загрязненных водах при недостатке кислорода могут развиваться также нитчатые бактерии, напоминающие вату, от которых вода почти не отстаивается. Сами нитчатые бактерии, называемые сферотилус, прекрасно очищают воду от различных соединений, но активный ил, где они развиваются, вспухает. Приходится даже вести борьбу с нитчатыми бактериями, чтобы очистка воды не нарушилась.