Г.А. МАМОНОВ,
преподаватель ВПТУ 8 г. Киев

«Речка-вонючка» – техногенный биотоп

«Речка-вонючка» – так часто называют местные жители этот водоем на окраине Киева, канал Бортничи, проложенный от станции аэрации и очистки сточных вод города к Днепру. Вода в «Вонючке», впрочем, без запаха, прозрачная, как и в большинстве городских рек. Правда, в ней плавает много мелких частичек ила, при попадании воды на поврежденную кожу может чуть попечь. Вот и все особенности. А вот саму станцию очистки, действительно, можно обнаружить по малоприятному запаху смеси сероводорода и аммиака – эти вещества, наряду с водородом, углекислым газом и метаном выделяются при разложении и окислении веществ, содержащихся в сточных водах.

Станция аэрации – это ряд специальных бассейнов и прудов, соединенных между собой. В них грязная вода города отстаивается и очищается. Такие системы есть во всех городах, действуют они уже почти 100 лет. Очищенная сточная вода поступает в близлежащую реку, озеро или море. Там, где нет рядом водоемов, вода отстаивается на полях орошения и используется затем для полива сельскохозяйственных растений на окрестностях полях.

Основной метод очистки городских сточных вод – биологический. В городскую канализацию сливается вода, которая содержит самые разные вещества. На 75–80% примеси, содержащиеся в сточных водах, состоят из органических соединений – в сухом осадке содержится до 25% белков и углеводов (целлюлозы и разных сахаров) и до 30% жиров. Есть тут и спирты, органические кислоты, эфиры, соли и т.д. Есть яйца гельминтов (чаще аскарид и остриц) и болезнетворные микробы (человек за сутки выделяет 4,48х1012 бактериальных клеток). С каждым годом в сточных водах все больше синтетических моющих средств-детергентов (поверхностно-активных веществ), часть из которых не подвергается биологическому разложению с помощью микроорганизмов. Большая концентрация моющих средств в воде подавляет жизнедеятельность бактерий и затрудняет процесс биологической очистки, так же, как и присутствие солей тяжелых металлов: кадмия, цинка, свинца, хрома, меди и других – в высоких концентрациях они токсичны для большинства живых организмов, включая и микробов.

При поступлении на станцию очистки грязная вода пропускается через специальные решетки-пескоуловители – на них остаются частички растений, мусор, песок. Этот осадок потом высушивается и используется как удобрение. Очищенная от взвесей вода поступает в специальные бассейны – аэротенки (рис. 1). Тут она отстаивается и подвергается очистке микроорганизмами активного ила. В аэротенки непрерывно подается воздух, он перемешивает воду, способствует осаждению части растворимых веществ и одновременно стимулирует размножение в иле разных микроорганизмов-аэробов, которые нуждаются для своего развития в кислороде. Воздух также измельчает остатки взвешенных в воде частичек, что остались после механической фильтрации.

Рис. 1. Схема аэротенка

Число микроорганизмов в активном иле достигает многих миллиардов – 108–1014 бактериальных клеток в 1 г ила. Количество бактерий, как и их видовой состав, могут, однако, быстро меняться в зависимости от химического состава поступающей в данной момент воды. Больше всего среди микроорганизмов – обитателей активного ила псевдомонад (Pseudomonas) – более половины всех видов, представителей родов Bacillus – более трети всех видов, Enterobacterium и Sarcinia (около одной пятой всех видов). Есть еще сахаромицеты (Saccharomycetes, до 8–10%), микрококки (Micrococcus), разные грибки, актиномицеты и близкие к ним микобактерии, немного нитчатых бактерий Sphaerotilis natans и Cladotrix dichotoma. Если в воде есть соединения серы, то в активном иле появляются серобактерии и тионовые бактерии (Thiobacillus thioparus), которые усваивают серу. Серобактерии образуют плавающие нити или обрастания, как бесцветная серобактерия Beggiata alba или пурпурная, с красным пигментом, из семейства Thiorodacea.

Вообще микроорганизмы образуют скопления в виде слизи – зооглеи, в которой много палочковидных бактерий, кокков. Обычный обитатель активного ила Zoogloea ramigera образует зооглеи в виде лопастей.

Все эти группы микробов производят первичное окисление и разложение жиров и углеводов и усваивают продукты их распада (рис. 2). При этом образуются промежуточные вещества: спирты, органические кислоты.

Рис. 2. Схема гидролиза целлюлозы и потребление сахаров бактериями

Микроорганизмы ила могут справляться и с очень ядовитыми веществами органического происхождения, например с фенолом. Его разлагают до 48 видов микробов рода Pseudomonas, которых в активном иле развивается до 550 млн в 1 мл. А вот поверхностно-активные моющие средства могут усваивать только до 10 видов микобактерий, их развивается всего до 500 тыс. в 1 мл ила. В разложении целлюлозы принимают участие аэробные и анаэробные бактерии (Bacillus cellulosae hydrogenicum, рода Clostridium), миксобактерия Sorangium cellulosum, актиномицеты Streptomyces и Micromonospora, грибки Fusarium и Aspergillus. Пектины разлагают многие бактерии и грибы (например, Fusarium, Penicillium).

На первой стадии очистки, после 1,5–2 часов, содержание органических примесей в воде может снизиться на 40–80%. Вторая стадия – окисление медленно окисляющихся азотсодержащих веществ – белков, а третья – процесс нитрификации, разложения аммонийных соединений, что образовались при разложении белков. Нитрификацию осуществляют бактерии рода Nitrosomonas (подвижные микробы со жгутиком) и мелкие палочки рода Nitrobacter. Нитрозобактерии развиваются при сильной аэрации, в щелочной воде (рН 8,3–9,5) и окисляют аммоний до нитритов, а затем нитробактерии окисляют их до малотоксичных нитратов, которые могут быть усвоены растениями.

В разложении белков также участвуют актиномицеты, микроскопические грибки, бактерии Bacillus subtilis, B. sporogenes, B. mycoides, Bacterium fluorescens, B. denitrificans, Esherichia coli и др.

Три стадии очистки бытовой сточной воды на активном биологическом иле обычно проходят за 6–8 часов. При этом в первичном отстойнике образуется избыточный осадок ила, содержащий недоокисленные вещества. Этот осадок плохо сохнет, содержит много болезнетворных микробов, имеет неприятный запах, привлекает мух. Его направляют на сбраживание в бескислородных условиях в специальные резервуары – метантенки (рис. 3). Тут развиваются анаэробные микроорганизмы, функционирующие при температуре +23... +55 °С. В процессах метанового сбраживания с образованием газа метана участвуют микроорганизмы родов Methanococcus и Methanobacterium. Разные виды клостридий (Clostridium) разлагают целлюлозу, пектины, жиры. Очищение осадка в метантенках может длиться от 6 до 15 суток. За это время погибают яйца гельминтов, болезнетворные микроорганизмы, в частности, остаются единичные особи кишечной палочки Escherichia coli, а общее количество бактерий составляет не более 100 клеток в 1 мл. Высушенный осадок недоокисленных примесей содержит до 20 микроэлементов и служит неплохим удобрением.

В оптимальных условиях бытовая сточная вода очищается на 95–98% и даже выше. Затем ее сбрасывают в природные водоемы, где продолжается процесс природного очищения водорослями и микроорганизмами.

Продолжение следует