Гидробиологический контроль сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Предложенная курсовая работа содержит описание методов очистки, гидробиологического контроля сточных вод и результаты их применения на практике.

Содержание

Введение

Глава 1. Методы биоиндикации

1.1 Биоиндикаторы

1.2 Фитопланктон

1.3 Зоопланктон

Глава 2. Гидробиологический анализ сточных вод

2.1 Отбор проб и контроль фитопланктона

2.2 Оценка численности и биомассы зоопланктона

2.3 Мониторинг бактериопланктона

2.4 Индексы, применяемые при контроле качества сточных вод

Заключение

Список литературы

Введение

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных [17].

Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве [18].

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно - бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод [11].

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы. На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения [15].

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых, воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов, сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д.

Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды [6].

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества [3].

В зависимости от происхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества и возбудители различных инфекционных заболеваний. Водохозяйственные системы городов и промышленных предприятий оснащены современными комплексами самотечных и напорных трубопроводов и других специальных сооружений, реализующих отведение, очистку, обезвреживание и использование воды и образующихся осадков. Такие комплексы называются водоотводящей системой [1].

Цель работы:

Изучить методы гидробиологического контроля сточных вод.

Поставленная цель требует решения следующих задач:

Изучить методы контроля фитопланктона;

Изучить методы контроля зоопланктона в сточных водах;

Изучить способы мониторинга бактериопланктона;

Изучить индексы видового разнообразия.

Объект исследования - цех переработки органических и неорганических соединений производства капролактама, ОАО «КуйбышевАзот».

Для исследования использовались методики проведения анализов и технологический регламент цеха. Для подготовки теоретического материала были использованы литературные источники, содержащие рекомендации по проведению гидробиологического контроля на очистных сооружениях.

Глава 1. Методы биоиндикации

Оценка качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема [7].

Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Рекогносцировочная оценка степени загрязнения водоема по составу гидробионтов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения [4].

Планктон - совокупность гидробионтов, не способных активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.

Фитопланктон - важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений. Таким образом, видовой, видовой состав гидробионтов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.

Биоиндикация - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.

Биотестирование - использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест - объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов [14].

Наиболее полно методы биотестирования разработаны для гидробионтов и позволяет использовать их для оценки токсичности загрязнений природных вод, контроля токсичности сточных вод, экспресс - анализа в санитарно-гигиенических целях, для проведения химических анализов в лабораторных целях и решения целого ряда других задач.

В зависимости от целей и задач токсикологического биотестирования в качестве тест - объектов применяются различные организмы: высшие и низшие растения, бактерии, водоросли, водные и наземные беспозвоночные и другие.

При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета ("цветение "воды). "Цветение" воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемые чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов [9].

1.1 Биоиндикаторы

Хорошим биоиндикатором является водоросль Ностак сливовидный. Наличие этого вида говорит о чистой воде. Первый признак тревоги - измельчение и нарушение правильной округлой формы изумрудных "шаров" этой водоросли.

Бурное развитие других сине-зеленых водорослей, например, осциллятории - хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями.

Лучший индикатор опасных загрязнений - прибрежное обрастание, располагающиеся на поверхностных предметах у кромки воды. В чистых водоемах эти обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышения общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий - теотриксов.

Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию, либо отсутствию тех или иных таксонов [13].

1.2 Фитопланктон

Животные и растения, обитающие в водоемах, в результате обмена веществ оказывают сильное влияние на состояние водоема и свойств воды.

Фитопланктон наиболее распространенная и хорошо изученная из всех экологических групп водорослей. Состав фитопланктона имеет большую видовую насыщенность. Анализ видового состава, обилия и количественного развития видов фитопланктона входят во все программы экологического мониторинга водоемов.

Изучение фитопланктона водоемов производится путем сбора проб на установленных станциях.

Для определения видового состава фитопланктона из пробы на предметное стекло наносится капля материала, закрывается покровным стеклом и анализируется под микроскопом. Идентификация видов осуществляется с помощью определителя.

Сине-зеленые водоросли - прокариотические организмы, встречаются повсеместно и могут обитать в таких экстремальных биотопах, как горячие источники и каменистые пустыни. Некоторые виды сине-зеленых водорослей могут вызвать токсичное "цветение" в эвтрофированных метообитаниях, представляющие опасность для человека и домашнего скота.

Диатомовые водоросли - микроскопические организмы, встречаются во всех видах вод. Образуют основную массу состава продуцентов в водоеме, они являются началом пищевой цепи. Их поедают беспозвоночные животные, некоторые рыбы и молодь. Массовое развитие некоторых диатомовых водорослей может иметь и отрицательные последствия (влияют на качество воды, вызывают гибель личинок рыб, забивая им жабры). Многие диатомеи можно использовать как индикаторы качества воды водоема.

Зеленые водоросли - один из самых обширных отделов водорослей, в котором имеются все известные у водорослей структуры, кроме амебоидной и тканевой.

Эвгленовые водоросли - Распространены исключительно в пресных водоемах, богаты органическими веществами, в клетках содержит многочисленные кроваво-красные гранулы. Пи массовом развитии эти виды образуют на поверхности воды налет: красный - на солнечном свету, зеленый в тени или после захода солнца, некоторые виды вызывают "цветение" воды, окрашивая ее в коричневый цвет.

Золотистые водоросли - преимущественно пресноводные водоросли, чаще всего встречаются в чистых водоемах. Обычно они развиваются в холодное время года.

Криптофитовые водоросли - наиболее обширные порядок криптомонодальные включает водоросли, распространенные в пресных водах и морях. Среди бесцветных криптомонадовых наиболее известен часто встречающийся в загнивающей воде род Хиломонас.

Динофитовые водоросли - существуют в пресных водах и в морях. Среди них существуют паразиты которые уничтожают личинок устриц, есть виды вырабатывающие яд, смертельный для рыб. Кроме, того разлагаясь после своего массового развития, так называемых "красных приливов" , они могут отравлять воду на многие километры вредными продуктами распада, взывая замор рыбы и других водных животных.

Желто-зеленые водоросли - большинство видов пресноводные, широко распространены в различных местообитаниях [14].

биоиндикация гидробиологический контроль сточная вода

1.3 Зоопланктон

Совокупность животных, населяющих толщу морских и континентальных водоемов и не способных противостоять переносу течениями. Зоопланктонное сообщество, как и другое сообщество водной экосистемы, характеризуется относительным постоянством видового состава, динамической устойчивостью, определенной присущей ему организацией. Изменение условий существования организмов отражается на видовом составе, количественных показателях, соотношении отдельных токсономических групп. Таким образом, заапланктон может служить хорошим показателем условий среды и качества воды водоемов.

Все разнообразие методов сбора зоопланктона сводится к двум вариантам:

методы, представляющие комбинацию водозачерпывания и одновременного отделения планктона от воды в самом водоеме, что осуществляется с помощью планктонных сетей и планктоночерпателей;

методы, представляющие комбинацию раздельного водозачерпывания и последующего отделения планктона от воды, что осуществляется или с помощью фильтрации, доставленной на поверхность воды через сетку, или посредством отстаивания [13].

Глава 2. Гидробиологический анализ сточных вод

Гидробиологический анализ сточных вод осуществляется в несколько этапов.

Сначала проводят визуальное исследование ила в стеклянном цилиндре.

Необходимо оценить общие свойства активного ила - скорость оседания хлопка ила (оседает он быстро или медленно, общей массой или с разделением хлопка), нет ли вспухания. Нормальный цвет ила - буро-коричневый. Зеленый цвет ила указывает на развитие сине-зеленых водорослей при поступлении токсичных сточных вод. Голодающий ил приобретает белесовый цвет. Нормальный запах ила - болотный. В зависимости от состава сточных вод запах ила может быть нефтяным, фенольным и др. [8].

2.1 Отбор проб и контроль фитопланктона

Посуду для отбора проб тщательно моют синтетическим моющим средством, промывают водопроводной водой, обрабатывают хромовой смесью, далее промывают водопроводной водой, а затем 3-4 раза дистиллированной водой.

Счетные камеры, предметные и покровные стекла перед употреблением необходимо обезжирить, для этого можно использовать следующий способ:

Стекла погружают в хромовую смесь на 2-3 суток, затем тщательно промывают водопроводной водой, ополаскивают дистиллированной водой, сушат. Храят в сухом виде или в этиловом спирте.

Стекла после иммерсионного масла на 3-5 суток погружают в концентрированный раствор кальцинированной соды, затем тщательно промывают водопроводной водой, ополаскивают дистиллированной водой и 96 % этиловым спиртом.

Новые покровные стекла, перед использованием, обрабатывают смесью Никифорова - равные части этилового спирта и эфира, такой же смесью следует регулярно обрабатывать открытые оптические части микроскопа. Перед употреблением покровные и предметные стекла вытирают мягким полотенцем [12].

Гидробиолог очистных сооружений производит микроскопирование ила не реже 1 раза в декаду. Во время поступления на очистку токсичных сточных вод, или при нарушениях технологического режима, требуется более регулярное и тщательное гидробиологическое наблюдение. В этом случае анализ проводится 2- 3 раза в декаду или ежедневно [10].

Пробы для гидробиологического анализа отбираются отдельно из каждого узла сооружении биологической очистки. Чтобы знать, как протекает процесс очистки в целом, необходимо провести отбор проб в нужном месте. Из аэротенков-вытеснителей отбирать пробу надо в конце аэротенка на расстоянии 0,5-1,5 м, или в сборных каналах аэротенков перед поступлением на отстаивание во вторичные отстойники. Из аэротенков-смесителей пробы также отбираются в сборных каналах. Следует отбирать пробы в местах интенсивного перемешивания иловой смеси. При необходимости более подробного обследования анализируется каждый узел биологической части очистных сооружений. Возвратный ил для анализа отбирают в местах, где ил поступает в регенераторы (камеры, каналы) для смешивания. В регенераторе ил отбирается на расстоянии 0,5-1,5 м от конца регенератора [12].

Отбор проб для гидробиологического анализа активного ила

Иловую смесь набирают в стеклянную бутыль объемом 3 литра. При отборе проб измеряют температуру анализируемой смеси. Отобранная проба снабжается этикеткой, на которой указывается дата, место отбора. Бутыль не закупоривают и немедленно доставляют в лабораторию. Анализы следует проводить после того, как температура ила сравняется с температурой помещения. Если невозможно провести анализ в указанный срок, пробы активного ила охлаждают до 4°С и хранят не более 24 часов после отбора при температуре 4°С. Консервация проб не допускается. Все гидрохимические и гидробиологические показатели определяются в одной пробе, содержимое бутыли тщательно перемешивается и разливается следующим образом:

1 л - в литровый мерный цилиндр, для определения дозы ила по объему;

1,5 л - в стеклянную посуду для отстаивания и определения прозрачности надиловой воды;

100 мл - в цилиндр объемом 100 мл для определения дозы ила по массе;

100 мл - в стакан для гидробиологического анализа [16].

Техника микроскопирования

При микроскопировании активного ила определяют функциональное состояние организмов, особенно индикаторных, подсчитывают организмы тем или иным методом количественного учета, классифицируют их по индикаторным группам, затем определяют тип биоценоза, его характерные особенности. Для исследования микроорганизмов активного ила с помощью микроскопирования, используется метод "живой" капли под покровным стеклом. При рассматривании внутреннего строения организмов можно их обездвижить с помощью этанола (1-2 капли у покровного стекла) или водного раствора формалина 4-10%. Для наркоза коловраток используют 1% водный раствор сульфата никеля, можно добавить каплю глицерина. При исследовании простейших можно использовать медицинский препарат тизерцин - 10% водный, он хорошо наркотизирует и не разрушает организмы [12].

Первый метод. Определение относительной численности организмов по пятибалльной шкале.

Таблица 1. Условные баллы встречаемости организмов

Частота встречаемости	Частота встречаемости (баллы)
Единично	1
Мало	2
Порядочно	3
Много	4
Масса	5

Определение относительной численности организмов по девятибалльной шкале.

Таблица 2. Условные баллы встречаемости организмов

Частота встречаемости	Кол-во экземпляров одного вида	Цифровое обозначение частоты встречаемости, баллы
Очень редко	1	1
Редко	1-3	2
Нередко	4-10	3
Часто	10-20	5
очень часто	20-40	7
Масса	10-100	9

При использовании данных методов используется покровное стекло 24x24 мм. Проводя препарат, зигзагообразно просматривают 2-3 капли, в каждой по 40 полей зрения, увеличение 100х, подсчитывают все встречающиеся организмы.

Второй метод

Определяется абсолютная численность организмов в единице иловой смеси. Организмы подсчитывают в счетной камере Горяева, берут произвольное количество иловой смеси и заполняют камеру, увеличение 100-200х , просматривают все квадраты по диагонали или камеру целиком, если микроорганизмов немного. Каждую пробу активного ила подсчитывают 3 раза и вычисляют среднее арифметическое.

Третий метод

Определяется специфическая плотность организмов, выраженная в тыс.экз. на 1 г сухого вещества (при условии подсчета всей капли иловой смеси).

О.Г. Никитиной был предложен многоступенчатый метод подсчета откалиброванной капли:

1 этап - на предметное стекло наносится калиброванная капля иловой смеси объемом 0,01 см3, накрывается покровным стеклом 9x9 мм, просматриваются все поля зрения, при увеличении 100х подсчитываются все организмы.

2 этап - капля наносится на предметное стекло, накрывается покровным стеклом 24x24 мм, при увеличении 70х подсчитываются только те организмы, которые на 1 этапе не встречались.

3 этап - капля произвольного объема зажимается между 2 предметными стеклами, при увеличении 100х, подсчитываются единичные организмы [10].

2.2 Оценка численности и биомассы зоопланктона

При камеральной обработке собранного материала следует пользоваться счетно-весовым методом. При этом в камере Богорова просчитываются все особи каждого вида. Мелкие организмы просчитываются в части пробы, отбираемой особыми штемпель-пипетками (объемом 0,1-5мл). Для этого пробу необходимо довести до определенного объема в зависимости от обилия планктона. Объем просчитываемой части пробы зависит от ее плотности. Достоверные результаты получают, если в каждой просчитываемой порции число особей одного вида насчитывает не менее 50. Минимальное количество порций должно быть не меньше трех. Количество животных в пробе определяют как среднеарифметическое из всех просчетов. Для учета крупных или малочисленных организмов вся проба просчитывается под бинокуляром.

От определения числа организмов в пробе переходят к определению численности. Данные по численности должны бать представлены как количество организмов в единице объема или в столбе воды, сечение которого соответствует выбранной единице площади. Как правило, при сравнении численности зоопланктона в различных водоемах используются данные по числу экземпляров в единице объема, при сопоставлении результатов определения численности зоопланктона и фитопланктона, количество рыбы и так далее применяются величины средней численности под квадратным метром поверхности.

Биомасса зоопланктона определяется умножением числа организмов каждого вида на их индивидуальную массу.

Богатое видовое разнообразие организмов активного ила свидетельствует о высокой эффективности очистки. Характер реакции биоценоза активного ила на неблагополучное воздействие проявляется в снижении видового разнообразия [14].

2.3 Мониторинг бактериопланктона

Отбор проб

Обязательным условием микробиологических работ на водоемах является неукоснительное соблюдение правил стерильного отбора проб. Стерильность отбора необходима при всех работах, связанных с посевами микроорганизмов на питательные среды. С поверхности вода берется стерильной бутылкой, Предварительно она тщательно моется хромовой смесью, чтобы на стенках не было органических веществ и бактериальных клеток. В горлышко бутылки вставляется ватная пробка с марлевой салфеткой. Сверху накладывают салфетку из жесткой бумаги и завязывают ниткой.

Посевы необходимо проводить не позже чем через 1 час после взятия образцов воды или же через несколько часов, если хранение проб осуществлялось при температуре 3-5oС При посевах соблюдают необходимые предосторожности во избежание заражения посевного материала: стол и руки протирают спиртом; горлышки стерильных колб, бутылок и пробирок открывают над пламенем горелки и обжигают их; стерильные пипетки вынимают из упаковки также над пламенем и обжигают их кончики; крышки стерильных чашек Петри при посевах поднимают как можно ниже и на возможно короткое время вблизи горящей спиртовки. Для каждого разведения используют отдельную пипетку. Все операции при посевах выполняются по возможности быстро.

Стерилизация посуды и сред

Питательные среды, используемые при микробиологических работах, стерилизуют в автоклаве при 120оС в течение 20 мин. В автоклаве стерилизуют также воду для разведения, резиновые предметы (пробки, трубки), металлические инструменты и при необходимости посуду. Среды стерилизуют в небольших сосудах (склянках или колбах объемом не больше 1 л); сосуды заполняются средой не более чем на 1/3. Колбы закрывают ватной пробкой и обвязывают колпачком из плотной бумаги, на котором простым карандашом пишут название среды. Пробирки с приготовленной для разведений водопроводной водой (или физиологическим раствором -- 8,5 г NaCl на 1 л дистиллированной воды) помещают по 10-15 штук в металлические банки с ватной прокладкой на дне и обертывают сверху плотной бумаге. Резиновые пробки заворачивают в плотную бумагу.

Поместив приготовленные для стерилизации предметы ни подставку в автоклав, герметически закрывают крышку. Трубку, выводящую нар, оставляют открытой и начинают нагревать котел. Вода через некоторое время закипает, пар вытесняет воздух из котла. Когда весь воздух вытеснится паром, закрывают выходное отверстие.

Как только выход пара прекращен, манометр начинает показывать увеличение давления, которое доводят до 1 атм. Затем уменьшают нагревание прибора настолько, чтобы давление оставалось на одном уровне. Это давление сохраняют 20 мин, затем прекращают нагревание, давление постепенно падает. Когда оно дойдет по манометру до нуля, открывают кран, выводящий пар. Как только пар выпущен, отвинчивают крышку. Предметы вынимают через некоторое время после окончания стерилизации, дождавшись подсушивания бумаги и пробок.

Стерилизацию сухим жаром производят в сушильном шкафу при температуре 150-170оС. Вся посуда перед стерилизацией должна быть тщательно вымыта, высушена и завернута в бумагу. Чашки Петри заворачивают по четыре вместе. Пипетки перед стерилизацией затыкают с широкого конца ватой и заворачивают поодиночке в узкие длинные ленты тонкой папиросной бумаги. Затем партию пипеток по 15-20 штук заворачивают в плотную бумагу и надписывают на бумаге объемы пипеток. Склянки для отбора проб должны быть закрыты ватной пробкой, а сверху колпачком из плотной бумаги, обвязанным шпагатом вокруг горлышка. Пробирки и пенициллиновые склянки закрывают ватными пробками, заворачивают в плотную бумагу и перевязывают шпагатом. Стеклянные и резиновые пробки для склянок и пробирок стерилизуют отдельно, завернутыми в плотную бумагу, причем резиновые пробки необходимо стерилизовать в автоклаве.

Приготовленные для стерилизации предметы помещают в сушильный шкаф и стерилизуют при 150оС в течение 2 часов, при 160оС -- 1 час, при 170оС -- 20 мин. После прогревания при одной из этих температур в течение указанного времени сушильный шкаф выключают и дожидаются падения температуры до комнатной, после чего дверцы шкафа открывают и вынимают простерилизованные предметы [10].

Микроскопический учет общего количества бактерий в воде

Взятую для анализа пробу пропускают через мембранный фильтр с диаметром пор 0,3-0,7 мкм в фильтровальной установке, состоящей из толстостенной колбы Бунзена, металлической воронки Зейтца и вакуумного насоса, при помощи которого понижают давление примерно до 0,4 атм.

Фильтры предварительно кипятят в дистиллированной воде, которую несколько раз меняют. В зависимости от типа водоисточника, степени его загрязнения и диаметра воронки фильтруют различные объемы воды.

На фильтре карандашом делается отметка с указанием места отбора пробы, даты и профильтрованного объема воды. Серию фильтров укладывают в чашку Петри и высушивают на воздухе. На крышку чаши капают 1-2 капли 40%-ного формалина. На чашке делают отметку о дате анализа (месяц, год). В таком виде фильтры могут храниться до их окрашивания карболовым эритрозином.

Для окрашивания в чашку Петри помещают кружок фильтровальной бумаги, которую смачивают краской, на нее нижней стороной кладут фильтры и закрывают крышкой. С внутренней стороны крышки чашки также кладется фильтровальная бумага, чтобы на фильтры не капала конденсационная вода.

После окончания окрашивания (в течение 14-16 часов) эритрозин с мембранных фильтров отмывают, перекладывая их пинцетом на листе фильтровальной бумаги, смоченной дистиллированной водой. Фильтры перекладывают до тех пор, пока они не будут давать слабую розовую окраску фильтрованной бумаге. Затем фильтры высушивают на воздухе. После высушивания рабочая площадь фильтра (со взвесью) должна быть розовой, края -- слабо розовыми, а бактерии -- ярко красными.

Для подсчета микроорганизмов, задержанных на фильтре, на предметное стекло наносится капля иммерсионного масла, на него накладывают кусочек окрашенного мембранного фильтра (примерно 1/8 фильтра) фильтрующей поверхностью к объективу. Сверху на фильтр наносят еще каплю масла и просматривают под иммерсионным объективом с 90-кратным увеличением и окуляром с 10-кратным увеличением. В окуляр помещается сетка площадью примерно 2500 мкм2.

Просчитывать следует 20 полей зрения в разных местах фильтра, чтобы в просчитываемой сетке было не меньше 50 и не больше 150 микроорганизмов. Одновременно следует окрасить (предварительно прокипятив) и просмотреть под микроскопом контрольные фильтры для учета бактериального загрязнения фильтров. Число бактерий на опытных фильтрах должно быть примерно в 10 раз больше, чем на контрольных. Результаты контроля вычитаются из данных опыта [12].

Расчет содержания бактерий в 1 мл воды (Х) проводится по формуле (буквенные обозначения см. в приложении 10.2):

Где:

К -- переводной коэффициент, постоянный для данного микроскопа, фильтрующего аппарата и просчитываемой сетки, равный отношению д/(в?г);

а -- объем профильтрованной пробы, мл;

в -- площадь роля зрения, мкм2;

г -- количество просчитываемых полей зрения;

д -- количество бактерий в “г” полях зрения;

е -- количество бактерий на контрольном фильтре в “г” полях зрения [5].

Учет сапрофитных бактерий

Из каждой пробы воды для посевов должно быть осуществлено не менее двух различных разведений (заранее намеченных): из каждого разведения посевы должны быть произведены не менее чем в две чашки. Разведение подбирают с таким расчетом, чтобы на чашке росло не меньше 20 и не больше 120 колоний бактерий. Из чистых водоемов для посевов можно брать 0,1-1 мл воды. Для посевов из загрязненных участков берется от 0,01 до 0,00001 мл пробы. Например, если в водоеме ожидается несколько тысяч сапрофитных бактерий в 1 мл, необходимо посеять 0,01 мл, для чего использовать I (0,1 мл) или II разведение (1 мл). При количестве сапрофитных бактерий, доходящем до сотен тысяч в 1 мл, следует посеять 0,0001 мл, для чего использовать III (0,1 мл) или IV разведение (1 мл) и т.д.

Техника посева заключается в следующем. Проба воды взбалтывается, исследуемая вода берется стерильной пипеткой в количестве, предназначенном для посева (в случае необходимости посеять меньше 0,1 мл используют посев из разведений по вышеприведенной схеме), и вносится в стерильную чашку Петри с соответствующей надписью. Питательный мясо-пептонный агар (МПА или МПА:10) должен быть заранее расплавлен на водяной бане и охлажден до температуры 40оС (колба с расплавленным агаром не должна обжигать ладонь руки). Этот агар выливается из колбы в чашку прямо на внесенную воду. Немедленно по выливании агар тщательно смешивается с исследуемой водой путем легкого вращательного движения чашки на поверхности стола. Агар должен быть распределен по дну чашки ровным тонким слоем без пузырьков воздуха и без незалитых пространств. Надо следить, чтобы агар не попал на борт чашки. После застывания агара чашки переворачивают вверх дном и заворачивают в бумагу, на которой пишется дата. Подсчет выросших колоний на чашках с МПА производят через 7 дней, а на чашках с разбавленным агаром (МПА:10) -- через 15 дней. Инкубацию чашек проводят при 20оС Пересчет на 1 мл делают на основании средних данных, полученных при росте на чашках из одной пробы. Чашки с очень большим или очень малым числом выросших колоний (более 120 или меньше 20 на одной чашке) при пересчете не используют.

Учет олиготрофных бактерий

Воду исследуемого водоема разливают в 8 пробирок по 10 мл и стерилизуют в автоклаве при 0,5-0,75 атм. Затем пробирки на 6-8 часов помещают в герметичный шкаф в атмосферу углекислоты для приведения рН к нейтральному значению. После этого их нумеруют и расставляют в штатив. В первую пробирку стерильной пипеткой вносят 1 мл воды, затем после тщательного перемешивания другой пипеткой 1 мл этой воды переносят во 2-ю пробирку и т. д. При посеве воды из водоемов проводят до 6-7 разведений, 7-я или 8-я пробирка служит контролем. Инкубируют посевы две недели при 20оС. Затем производят посев на МПА:10 из каждой пробирки по 1 мл и через 10 сут инкубации отмечают разведение, в котором отсутствует рост бактерий на этой среде.

Учет количества спор бактерий

В стерильную пробирку отливают 15-20 мл исследуемой воды, помещают ее в водяную баню и прогревают в течение 10 мин при температуре 80оС (температуру определяют в одной из пробирок). Затем производят посев на МПА аналогично тому, как это делается при посеве сапрофитных бактерий. Рекомендуемое количество воды для посева -- 1 и 0,1 мл. После инкубирования в термостате при 30оС подсчитывают количество выросших колоний (число которых на чашке, как и при определении сапрофитов, не должно превышать 120 и не быть меньше 20) и делают пересчет на 1 мл.

Учет специализированных групп бактерий

При наличии резко выраженного нефтяного загрязнения или при исследовании сточных вод, в которых в большом количестве находятся нефтепродукты, целлюлоза, фенолы, серосодержащие соединения, делают посевы на специализированные среды, позволяющие судить о развитии микроорганизмов, разрушающих эти соединения.

а) Углеводородокисляющие микроорганизмы

Простерилизованную минеральную среду Диановой-Ворошиловой разливают на 1/3 в стерильные склянки из-под пенициллина (примерно 4-5 мл) и добавляют 4-5 капель нефтепродукта (0,05 мл), простерилизованного в запаянных ампулах. Обычно используют нефть, мазут, соляровое или машинное масло, дизельное топливо.

На склянках надписывают место отбора пробы, объем посеянной воды и дату. Затем производят посев обычно от 0,1 мл до 0,0000001 мл (т. е. 10-7). Склянки ставят в термостат при 30оС и наблюдают за изменениями среды на 3-, 7- и 14-й день. Отмечают помутнение, образование пленки, осадка, окрашивание среды.

В качестве конечного результата записывают максимальный титр бактерий, при котором наблюдаются изменения среды. Например, если при посеве от 0,1 до 0,0000001 мл развитие бактерий отмечено до разведении 0,00001 мл, то в качестве конечного результата записывают титр 10 , что соответствует примерному содержанию нефтеокисляющих бактерий -- 100000 клеток в 1 мл

Интенсивность разрушения нефтяных углеводородов определяется при инкубации проб воды при 20оС с добавлением в склянки стерильного нефтепродукта. Для этого разливают с необходимыми при определении кислорода предосторожностями исследуемую воду в четыре кислородные склянки вместимостью по 150 мл. В две из них добавляют 0,05 мл солярового масла Все склянки закрывают пробками и помещают в темноту при 20оС (обычно используют эмалированное ведро с крышкой). Через 3 дня в склянках фиксируют кислород добавлением MnCl2 и КL + NаОН, затем определяют в каждой из них содержание кислорода. По разности между его содержанием в склянках без нефтепродукта и с нефтепродуктом судят о потенциальной окислительной способности (ПОС) микрофлоры воды и разрушению нефтяных углеводородов.

б) Фенолокисляющие бактерии

Посев производят на среду Егоровой, заранее разлитую в пенициллиновые склянки. Объем высеваемой воды -- от 1 до 0,0001 мл. Просмотр посевов такой же, как при учете нефтеокисляющих микроорганизмов.

в) Сульфатредуцирующие бактерии

Посев производит из придонной воды или ила на твердую среду Кравцова-Сорокина.

В стерильные пробирки в зависимости от ожидаемого количества бактерий разливают от 1 до 0,001 мл исследуемой воды, заливают подготовленной средой, закрывают стерильными резиновыми пробками и ставят в стакан с холодной водой. После затвердевания помешают в термостат при 30оС и через 3-4 недели считают выросшие темные колонии. Пересчет производят на 1 мл.

Определение времени удвоения численности бактерий и продукции бактериальной биомассы

Отобранную в стерильную посуду исследуемую воду фильтруют (для удаления фито- и зоопланктона) через предварительный мембранный фильтр №6 в стерильную склянку или колбу. Фильтровальную воронку предварительно необходимо протереть спиртом и обжечь. Для фильтрации применяют свежекипяченые фильтры. Фильтры кипятят несколько раз в дистиллированной воде, меняя воду. Перед началом кипячения их погружают в горячую волу. Из профильтрованной воды с соблюдением правил стерильности делают посев на МПА и фильтруют требуемое количество на мембранном фильтре по методу прямого счета. Склянку с профильтрованной водой выдерживают некоторое время при температуре и освещении, близких и естественным, после чего анализ численности бактерий повторяют. Время выдерживания склянок должно быть достаточным для достоверного улавливания разницы между исходной и конечной численностью бактерий в пробе. Летом рекомендуется следующее время: для эвтрофных водоемов 1-6 часов; для мезотрофных -- 6-18 часов; для олиготрофных -- 24-48 часов. При низких температурах весной и осенью время выдерживания проб увеличивается в несколько раз.

Расчет времени удвоения (g) численности бактерий (общего количества -- go и числа сапрофитных -- gc) производят по формуле:

Где:

t -- продолжительность опыта, часы;

1,8 -- показатель, характеризующий процесс размножения бактерий;

b -- исходное количество бактерий;

В -- количество бактерий в конце опыта.

Для определения продукции бактерий нефильтрованную воду из той же пробы воды выдерживают в течение времени t в идентичных условиях и затем определяют исходное (B1) и конечное (b1) количество бактерий в естественной нефильтрованной воде методом прямого счета [10].

2.4 Индексы, применяемые при контроле качества сточных вод

Индексы видового разнообразия

Видовое (таксономическое) разнообразие того или иного сообщества является показателем его экологического состояния. Известно, что в благоприятных условиях формируются богатые по числу видов (таксонов) биоценозы, которые отличаются полидоминантностью (poli - много), то есть высокими показателями численности и биомассы могут характеризоваться сразу 5-6 и более видов. Пример благоприятных условий - большинство южных водоёмов, там одновременно или сменяя друг друга в течение года, доминируют несколько видов, или очень чистые речки, в которых численность и биомасса бентофауны могут быть невысоки, но равномерно распределены между видами.

В сообществах, обитающих в экстремальных условиях, как правило, снижается видовое (таксономическое) разнообразие, и они становятся монодоминантными, то есть высокую численность и биомассу имеет 1, в крайнем случае, 2 вида. Примерами экосистем, развивающихся в экстремальных условиях, могут служить экосистемы водоёмов в приполярных районах, где низкие температуры позволяют обитать лишь немногим видам; или сильно загрязнённые участки водоёма, где ограничивающим фактором служит не температура, а количество загрязняющего вещества. В таких условиях происходит изменение структуры донных сообществ, которое может быть выражено индексами видового разнообразия. Приведём примеры расчёта двух из них.

Индекс Шеннона (H) широко используется для оценки видового разнообразия сообществ:

и

Где:

ni и bi - общая численность и биомаса вида, N и B - общая численность и биомасса сообщества.

Таким образом,

и

- доля особей i-го вида в численности и биомассе сообщества. Для простоты расчёта индекса Шеннона используют вспомогательные таблицы, которые можно найти в литературе. Достоинством индекса H является его комплексность, он учитывает количество видов (видовую плотность) и их выравненность. Мы имеем возможность дать оценку видового разнообразия каждого ценоза в отдельности [7].

Индекс выравненности Бергера - Паркера (d) более прост для вычисления:

Где:

N - общая численность сообщества,

ni max - численность самого обильного вида. Увеличение индекса показывает увеличение разнообразия и снижение степени доминирования одного вида, то есть состояние сообщества улучшается [6].

Индекс загрязнения

Сапробность (от греческого sapros - гнилой) - физиолого-биохимические свойства организма (сапробионта), обусловливающего его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ, поступающих в водоем преимущественно с хозяйственно-бытовыми стоками (Макрушин, 1974).

Строгого соответствия между сапробностью и гидрохимическими показателями воды нет. На качественном уровне еще Кольквитц и Марссон описывали химические градации сапробности следующим образом:

Олигосапробная зона - чистые воды, соединения азота в форме нитратов, вода насыщена кислородом; углекислоты в воде мало, сероводорода нет.

в-мезосапробная зона - соединения азота в форме солей аммония, нитритов и нитратов; кислорода обычно много, но возможны заморы у дна и ночью из-за прекращения фотосинтеза, сероводород иногда в небольшом количестве, характер биохимических процессов окислительный.

б-мезосапробная зона - присутствуют амино- и амидо- кислоты, условия среды полуанаэробные, характер биохимических процессов востановительно-окислительный; присутствует сероводород.

Полисапробная зона - в воде разлагающиеся белки, условия среды анаэробные, характер биохимических процессов восстановительный, в воде много сероводорода.

Предложенная концепция сапробности стала основой для биоиндикации - оценки качеств (и загрязнения) воды и водоемов (главным образом пресных) в целом по составу обитающих там организмов. В 1955 г. Пантле и Букк предложили так называемый индекс сапробности для оценки уровня загрязненности вод [9].

Индекс сапробности Пантле-Букка вычисляется по формуле:

,

Где:

s - сапробность каждого индикаторного вида, найденного в пробе,

h - обилие этого вида, выраженное в баллах от 1 до 5 (случайные находки - 1, частая встречаемость 3, массовое развитие - 5).

Таким образом, сам индекс - это среднее значение сапробности всех найденных видов, с учетом их обилия. Была принята следующая числовая шкала для сапробности (как организмов, так и водоемов): олигосапробы - 1, в-мезосапробы - 2, б-мезосапробы - 3, и полисапробы - 4.

Дальнейшие модификации индекса сапробности Пантле-Букка сводились главным образом к изменению списка индикаторных таксонов [6].

Заключение

В работе изучены методы гидробиологического анализа сточных вод.

Загрязнения различного рода могут вызвать морфологические изменения в организмах гидробионтов, уменьшить темп и изменить характер их роста.

Специально для оценки загрязнения водоемов разработаны различные системы сапробности. Их идея в том, что каждому виду гидробионтов приписывается определенное число, характеризующее его положение на шкале сапробности.

Для бентоса обычно используют относительно простой индекс сапробности Пантле-Букка в модификации Сладечека.

После установления сапробиологических характеристик организмов по выборочным данным можно рассчитать различные индексы, позволяющие одним числом охарактеризовать ситуацию с загрязнениями и установить их влияние на зообентос.

Список литературы

Воронов Ю.В., Яковлев С.В. «Водоотведение и очистка сточных вод» М: АСВ, 2006

Евилович А.З. «Утилизация осадков сточных вод» М: Стройиздат, 1989

Жмур Н.С. «Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками» М: Акварос, 2003

Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. «Контроль качества воды» М: Стройиздат, 1986

Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. «Химия воды и микробиология» М: Стройиздат, 1983

Лурье Ю.Ю. «Аналитическая химия промышленных сточных вод» М: Химия, 1984

Макрушин А.В., «Биологический анализ качества вод» Л.: Зоол. ин-т АН СССР. 59 с., 1974

Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков, Под редакцией В.Н. Соколова М: Стройиздат, 1992

ПНД Ф СБ 14.1.77-96 «Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками» М,1996

ПНД Ф СБ 14.1.92-96 «Методы санитарно-биологического контроля. Методическое руководство по гидробиологическому контролю нитчатых микроорганизмов активного ила» М, 1996

Рандольф Р. «Что делать со сточными водами» М: Стройиздат, 1987

Рекомендации по проведению гидробиологического контроля на сооружениях биологической очистки с аэротенками. Методическое пособие, Пермь 2004

Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Под редакцией Абакумова В.А. Л: Гидрометеоиздат, 1983

Семенченко В.П., «Принципы и системы биоиндикации текучих вод» Минск: Изд-во «Орех». 124 с., 2004

Туровский И.С. «Обработка осадков сточных вод» М: Стройиздат, 1984

Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й. «Очистка сточных вод» М: Мир, 2004

Размещено на Allbest.ru