ВИДОВОЙ СОСТАВ ФАУНЫ АЭРОТЕНКОВ, ИХ РОЛЬ
В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ ВОДЫ.
ВЫЯВЛЕНИЕ ВИДОВ, НАИБОЛЕЕ УСТОЙЧИВЫХ
К РАЗЛИЧНЫМ ВИДАМ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Автор: Беляева Анна, 11 класс, кафедра
водной экологии и гидробиологии.
Научный руководитель: учитель биологии
Арсеньева Татьяна Андреевна.
г. Рыбинск
Введение.
Все повышающаяся индустриализация и урбанизация ведут к увеличению на нашей планете дефицита чистой воды .Одинаково остро стоит вопрос как о сохранении природных вод в их естественном состоянии,так и об эффективности очистки сточных вод от бытовых и промышленных загрязнений . Как бы ни были велики способности природных вод к самоочищению и стремление сохранить их в чистоте , потребности промышленных предприятий в воде стали более значительны, что стало необходимостью потребление оборотной и последовательно используемой воды. Эффективность действия систем оборотного водоснабжения во многом зависит от вскрытия закономерностей механизма процесса очистки загрязняемых вод в очистных сооружениях .К наиболее действенным методам очистки сточных вод относится использование способности загрязняемых вод к биологическому самоочищению. В основе его лежит биотический круговорот веществ, включающий процессы утилизации ,трансформации и минерализации органических веществ , который зависит от комплекта биологических факторов. Процессы механизма действия гетеротрофно-автотрофной экосистемы в очистных сооружениях ,формирующейся вследствие большого притока органических веществ ,еще изучены недостаточно.
В конце 19 начале 20 века резко увеличилось количество сточных вод и сократились площади участков ,пригодных для устройства очистных сооружений. Технически сооружения для биологической очистки оформляются в виде емкостей, в которых формируются сообщества организмов - активный ил (аэротенки) и биопленка (биофильтры).
Аэротенки. При больших количествах стоков применение биофильтров становится нецелесообразным , т.к сильно увеличиваются площади этих сооружений. В таких случаях наибольший экономический эффект дают аэротенки - глубокие (4-6 м.) искусственные бассейны ,в которых очистка сточной воды осуществляется с помощью активного ила.
Активный ил представляет собой сложную экосистему , в состав которой входит большое количество представителей микрофлоры и микрофауны. Основу этой системы составляют бактерии главным образом в виде зооглей -хлопьевидных скоплений.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.
Свою работу я начала с изучения видового состава обитателей аэротенков. Для этого я использовала пробы активного ила ,взятые на очистных сооружениях Рыбинского водоканала.
1.Видовой состав.
Наиболее распространенными и интересными для изучения являются такие обитатели аэротенков как простейшие.
В просмотренных мною пробах основную массу простейших составляют различные виды инфузорий. Описание наиболее часто встречающихся я и привожу в своей работе.
1 Thuricola similes. Домик имеет форму высокого бокала. Края устья чуть отогнуты. Сами инфузории вытянуты в форме музыкальной трубы.В большинстве проб наблюдается наличие двух видов особей неравной длины в одном домике.(рис.1.приложение 1.)
2 Vorticella nutans. Встречается часто , иногда в значительных количествах. Тело неправильно-колоколовидной формы. Стебель в несколько раз длиннее тела. (рис.2. приложение 1).
3 Stilonichia mytilus. Главный признак - длинные, плотные особые реснички - щетинки, при помощи которых стилонихии передвигаются .Форма тела утолщенная. (рис.3.приложение 1).
4 Frontonia leucas. Инфузория с уплощенной бобовидной формой тела. Темноокрашена. Встречается в основном у стенок и в придонной части аэротенка.(рис.4.приложение 1).
5 А) Paramecium caudatum. Движение очень быстрое ,причем при движении вперед вращается вокруг своей оси.
5 Б) P. аurelia. Отличается от предыдущей меньшими размерами.(рис.5.приложение 1).
6 Prorodon. Teres. Тело бочонкообразное. Несколько суженное с переднего конца . Окрас - темно-серый. Встречается реже.
7 Bursaria trucatella. Крупная инфузория. Тело широкое , бочонкообразное, прозрачное. Внутри можно заметить изгибающееся лентовидное ядро. Тело
не сокращается. Это хищник.Питается коловратками и мелкими простейшими.(рис.7.приложение 1).
Следующий тип ,встречающийся в культурах активного ила - круглые черви. Самыми яркими представителями этого типа являются коловратки.
1 Epiphanes senta.Тело конусовидное. На голове 3 хорошо видимых выступа с щетинками. Нога короткая, плохо обособленная от туловища.(рис.1.приложение 2).
2 Rotaria rotatoria. Тело узкое ,с длинной ногой. Туловище покрыто складками. Нога очень длинная. Глазные пятна небольшие (рис.2.приложение 2)
3 Cephalodella gracilis. Тело короткое, немного выпуклое на спине .Хвостовой вырост небольшой.(рис.3.приложение 2)
2.Биологическая очистка. Оценка качества очистки воды по гидробиологическим показателям.
Биоценоз активного ила включает несколько различных групп гидробионтов ,
степень значимости которых на разных этапах очистки воды неодинакова. Начальные этапы очистки сточных вод осуществляется организмами, питающимися сапрозойно - путем поступления в тело жидкой органики, которая проникает через клеточную мембрану при помощи активного или пассивного транспорта. Такой тип питания имеет место у бактерий и некоторых инфузорий. Все остальные звенья пищевых цепей биоценоза активного ила характеризуется голозойным типом питания.,при котором используется твердая пища. В свою очередь голозойный тип можно подразделить на бактериофагию и хищничество. Среди бактериофагов в процессе очистки воды особо важная роль принадлежит седиментаторам. Они выделяют большое количество слизи ,способствующей слипанию пищи в крупные агрегаты. Это свойство седиментаторов имеет огромное значение на продвинутых этапах очистки , когда из сточной жидкости изъята основная масса растворенной органики и происходит осветление воды путем удаления из нее развившихся бактерий. К седиментаторам относятся как свободноплавающие виды( Paramecium,Stentor ),так и прикрепленные - перитрихи. Перитрихи имеют особо важное значение при очистке воды от патогенных микроорганизмов.
На вершине всей пищевой пирамиды на последних стадиях минерализации загрязнений имеет место хищничество, часто сопровождающееся детритофагией. Такой тип питания свойственен хищным малощетинковым червям и хищным коловраткам. Коловратки - постоянные обитатели аэротенков. Как видовой состав ,так и численность коловраток зависят от правильного хода процесса очистки стоков .Резкие и частые изменения в биоценозе активного ила свидетельствуют о низкой эффективности очистных процессов. Однако при больших промышленных стоках, когда токсичность возрастает и пищи становится меньше, даже самые устойчивые виды коловраток исчезают.
Трудность использования традиционных гидробиологических методов в целях контроля за работой аэротенков определяется перечисленными выше особенностями их экосистемы. Рециркуляция ила, мощное его перемешивание и вытекающее отсюда преобладание в биоценозе организмов с широкой экологической валентностью делают активный ил малопригодным для определения степени очистки вод по индикаторным видам(коловратки, сувойки).Обычно лишь в общей форме наличие тех или иных видов позволяет дать заключения о хорошей или плохой работе очистных. Я считаю, что в этих случаях, когда ставится задача оценить качество очищенной воды и эффективность работы сооружений, гидробиологические пробы должны отбираться не в аэротенках, а в тех же местах, что и пробы для соответствующих биохимических анализов - после первичных и вторичных отстойников. Здесь нет рециркуляции организмов и циклических изменений условий их существования , а значит закономерности формирования биоценоза ближе к естественным.Следует учесть, что для видов с широкой экологической валентностью, которые обитают в этих участках ,безнадежно пытаться применять обычные табличные показатели индикаторной значимости. Так, например, в большинстве руководств Vorticella microstoma. (Рис. 8, прил.1 ) характеризуется как строго полисапробный вид , и если он встречается в активном иле в больших количествах, это рассматривается как признак плохой работы сооружений. Между тем практика показывает, что развитие в циклически изменяющихся условиях аэротенков резко усиливает приспособительные возможности V. microstoma, так что этот вид в значительных количествах может присутствовать при различных степенях очистки сточной воды. Аналогично ведут себя и другие прикрепленные инфузории. Наиболее четкими индикаторами качества воды среди свободноплавающих инфузорий оказался вид с широкой эковалентностью -Aspidisca costata (рис.9.приложение 1). Наблюдения показали, что он, как правило, присутствуют в самых различных типах очистных сооружений.
3.Влияние различных стесс-факторов на видовой состав.
В вопросах оценки качества очистки воды по гидробиологическим показателям много не только неточностей, но и пробелов. Хотелось бы сравнить виды-индикаторы с разных промышленных и бытовых очистных, но, к сожалению, в
г.Рыбинске, из-за отсутствия таковых, для этого нет возможности. Поэтому я в условиях школьной лаборатории проделала некоторые опыты по выявлению наиболее устойчивых видов к различным факторам среды, а также влияние раздражителей на смену видового состава активного ила.
Отрицательный хемотаксис. На предметное стекло я поместила каплю с инфузориями-туфельками, а на расстоянии 1 см. от нее - каплю чистой воды и соединила капли водяным мостиком. В каплю с инфузориями я поместила кристаллы поваренной соли. С течением времени, по мере растворения соли, инфузории переплывают в чистую воду. Не успевшие уйти инфузории погибают в гипертоническом растворе соли.
Однако не всегда имеет место смерть инфузорий от повышенной концентрации солей. Мною были проведены следующие наблюдения :
в перенасыщенный раствор поваренной соли я поместила пробу активного ила. Спустя время произошла сукцессия, но не полнейшая гибель организмов .
Самыми выносливыми оказались Paramecium aurelia и некоторые из стилонихий.
Следующие опыты были проведены на коловратках. Коловратки мало прихотливы к содержанию кислорода, обычно более устойчивы и к другим стрессам : кислотности, мутности, содержанию сероводорода и метана. Однако, что касается активной реакции среды, то большинство коловраток обитает при водородном показателе ниже 7. При проведенных мною наблюдениях, я сделала вывод, что ацидофильные коловратки более всего представлены в родах Lecane,Trichocerca. Как показывает видовой состав аэротенков, именно представители этих родов - постоянные компоненты биоценозов активного ила.
При помещении проб активного ила в раствор сульфата кадмия происходит медленная сукцессия. К накоплению этого тяжелого металла более приспособленными являются Paramecium caudatum, Vorticella microstoma, Cephalodella gracilis.
При кислородной недостаточности наблюдаются следующие изменения : инфузории-сувойки погибают очень быстро, наиболее устойчивыми являются инфузории-туфельки, мало прихотливы к содержанию кислорода и коловратки. При «насильной» аэрации ( в роли аэратора я использовала обычный аквариумный компрессор) удалось восстановить культуры некоторых инфузорий, но полностью восстановить видовое обилие не удалось.
В приложении 3 Вашему вниманию предоставлена обобщающая таблица, в которой представлена фауна наиболее ярких обитателей аэротенков и наиболее устойчивые виды.
ВЫВОДЫ.
1.Во взятых мною пробах , с интервалом в 1 месяц, были различные виды, что свидетельствует о низкой эффективности активного ила аэротенков Рыбинского водоканала.
2.Рециркуляция ила,перемешивание его и вытекающее отсюда преобладание в биоценозе организмов с широкой эковалентностью делают активный ил мало пригодным для определения степени очистки вод по индикаторным видам.
3.При разрешении проблемы определения степени очистки вод по индикаторным видам допускаются серьезные методические ошибки.К этому добавляется и слабо раскрытая функциональная роль каждого вида гидробионта в процессе самоочистки ,и плохая инвентаризация качественного состава обитателей аэротенков.
4.Для видов с широкой эковалентностью бесполезно применять обычные табличные данные показателей индикаторной значимости, т.к. на практике в циклически изменяющихся условиях аэротенков резко усиливаются приспособительные способности данных видов.
Все вышеуказанные сведения и опыты помогли мне более точно уяснить роль фауны аэротенков в биоочистке воды, выявить наиболее устойчивые виды, что может помочь в создании более совершенных методов биоочистки. Их (методы) я попытаюсь изложить во 2 части моего доклада, которую я разработаю после более детальной проработки накопленного практического и теоретического материала. В настоящее время я планирую проведение новых опытов и наблюдений за фауной аэротенков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Банина И. Н. Простейшие активного ила. Сер. протозоол. Л., 1983, вып. 8, с. 87 - 115.
2. Макрушин А.В. Биологический анализ качества вод. Л.,1974.
3. Догель А.В. Зоология беспозвоночных, изд. 7. М., 1981.
4. Синельников В.Е. Проблемы чистой воды. М., 1978.
5. Кутикова Л.А. Коловратки фауны СССР. Определитель по фауне СССР. Л., 1971 ,т. 104
6. Рудольф Рандольф. Пер. с нем. И.Б.Палеес. Что делать со сточными водами.