Биологическая очистка сточных вод

ВВЕДЕНИЕ

     Одним из основных источников загрязнения водоемов являются сбросы промышленных сточных вод. Проблема очистки промышленных стоков с каждым годом приобретает все большее значение. Сложность очистки связана с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках. 
     Для удаления органических и некоторых неорганических составляющих в последнее время применяются методы биологической очистки. 
     Биологическая очистка сточных вод представляет собой результат функционирования системы активный ил. Биологическое окисление составляющее основу этого процесса, является следствием протекания большого комплекса взаимосвязанных процессов различной сложности.
     Активный ил представляет собой скопление бактерий и простейших организмов, которые участвуют в очистке сточных вод.
     На состав активного ила большое влияние оказывают внешние факторы, в том числе, качественный и количественный состав сточных вод. 
     Целью работы является проведение исследований влияния различных факторов на состав активного ила, его выживаемость и, как следствие, дальнейшую способность участвовать в процессе биологической очистки сточных вод. 
     Исследование влияния различных факторов на состав и развитие активного ила позволяет своевременно и более эффективно корректировать процесс биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях. 
     В работе рассмотрен состав активного ила очистных сооружений ООО «Горводоканал» г. Пенза. Изучены литературные источники описывающие влияние различных факторов на выживаемость активного ила. Проведены исследования влияния сезонности и химических факторов на изменение состава активного ила на базе лаборатории технологического контроля очистных сооружений канализации ООО «Горводоканал» г. Пензы.


1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Методы очистки сточных вод
     Очистку сточных вод проводят с целью удаления из них взвешенных и растворимых органических и неорганических соединений до концентраций, которые не превышают регламентированные [37]. 
     Существуют различные методы очистки сточных вод. Их можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические методы. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
     В типичной схеме очистки можно выделить три стадии.
     Первичная очистка. В ходе ее из воды извлекают крупный мусор, крупнодисперсные примеси и взвешенные вещества механическим способом: на решетках, в песколовках, отстойниках, а также в гидроциклонах, флотационных установках и других сооружениях [37].
     Вторичная очистка. На этой стадии осуществляется разложение содержащихся в сточных водах органических веществ, наиболее часто биологической деструкцией под действием микроорганизмов [37].
     Третичная очистка (глубокая доочистка). На этой стадии осуществляют физическую, химическую или биологическую обработку сточных вод, при которой из них удаляют неорганические загрязняющие вещества, биогенные элементы и бионеразлагаемые органические соединения. 
     Третичная очистка позволяет довести сточные воды до уровня, соответствующего требуемым стандартам очистки.
     Не существует универсального метода и технологии очистки, которые были бы пригодны для любого типа сточной воды. Используя существующие в различной последовательности и комбинации, можно разработать несколько сотен тысяч вариантов систем очистки. 
     Наиболее прогрессивные современные методы обезвреживания и переработки стоков должны быть высокоинтенсивными, экономически  

эффективными, экологичными – образовывать как можно меньше вторичных загрязнений уже на самой стадии обработки стоков [37].

1.2 Биологическая очистка сточных вод
     Биологический метод очистки сточных вод основан на способности микроорганизмов, использовать органические вещества, находящиеся в сточных водах, в качестве источника питания, в результате чего происходит их окисление загрязняющих веществ. Биологическая очистка сточных вод представляет собой результат функционирования системы активный ил — сточная вода.
     Биологическая очистка сточных вод предназначена для снижения загрязнения промышленных и коммунальных сточных вод и переработки образующихся при этом вторичных отходов – осадков и активного ила. Среди биологических методов защиты окружающей среды биологические методы очистки сточных вод исторически первыми получили развитие и в настоящее время наиболее широко используются. По объему перерабатываемых потоков биологическая очистка сточных вод является самой крупнотоннажной технологией и используется на подавляющем большинстве очистных сооружений: производственных и городских, локальных, придомовых и др.
	Различают естественные и искусственные методы биологической очистки.
     В зависимости от протекающих процессов различают системы аэробной и 
анаэробной биологической очистки. 
     По характеру используемых биоценозов эти сооружения можно классифицировать на системы с активным илом, с биопленкой и комбинированные. 
 	Биологические очистные сооружения должны быть компактными, активный ил – выдерживать высокие концентрации токсикантов и других загрязнений, быть способен как можно более полно разлагать их до безопасных продуктов при образовании незначительного количества избыточной биомассы [37]. 
	На рисунке 1 приведена принципиальная схема очистки сточных вод со стадией биологической очистки. 



Рисунок 1 – Принципиальная схема очистки сточных вод
 
     По сравнению с другими методами биологическая очистка характеризуется меньшими эксплуатационными затратами, простотой в эксплуатации, универсальностью, относительно небольшим образованием малотоксичных и нетоксичных вторичных отходов (III, IV класса опасности) и позволяет очищать большие количества сточных вод различного состава.
     Недостатки биологической очистки обусловлены высокими капитальными затратами на сооружение очистных систем, чувствительностью и небольшим диапазоном допустимых изменений параметров окружающей среды (t°, pH, концентрация токсичных примесей), необходимостью строгого соблюдения технологического режима очистки, биостойкостью некоторых органических веществ и их токсичностью для биоценоза активного ила, необходимостью предварительного разбавления высококонцентрированных токсичных стоков, что приводит к увеличению потока сточной воды, относительно низкими скоростями разложения загрязнений в биологических реакциях по сравнению с процессами, протекающими при использовании физических, физико-химических и химических методов, и как следствие, потребностью в больших площадях под очистные сооружения [37].
     
     1.3 Характеристика активного ила
     Активный ил — это искусственно (антропогенно) созданная экосистема; система антропогенно зависимая, находящаяся в чрезвычайно изменчивых условиях воздействия абиотических и биотических факторов.  
     Культивирование активного ила в ограниченном пространстве аэротенков, в условиях изобилия кислорода и довольно высокой трофности (нагрузки по органическим загрязняющим веществам) и значительного антропогенного стрессирования (нагрузки по промышленным загрязняющим веществам, включая токсиканты) приводит к формированию своеобразного сообщества, значительно отличающегося от природных экосистем. В активном иле строго разграничены функции входящих в него отдельных популяций и высоки адаптационные свойства организмов, получивших преимущества в результате селекции и отбора. Микробные композиции активного ила отражают изменения в составе сточных вод и подвержены постоянной изменчивости. 
     В активном иле присутствуют все основные физиологические группы  
микроорганизмов, обеспечивающие разложение углерода, азота, фосфора, серы и
 других элементов. Биоценотической особенностью активного ила является отсутствие в нем звена первичных продуцентов (за исключением хемоавтотрофных бактерий), поскольку органическое вещество поступает со сточными водами в готовом виде [31].
     Активный ил представляет собой сложную экологическую систему, организмы которой находятся на разных трофических уровнях. Гетеротрофные бактерии, водоросли, сапрофитные грибы и сапрофитные простейшие — первичные поедатели — составляют первый трофический уровень. Голозойные простейшие — второй, а отдельные виды нематод, хищные коловратки, сосущие инфузории, тихоходки, хищные грибы — третий трофический уровень. 
     Способ питания организмов активного ила определяет их структурное положение в биоценозе и характер взаимоотношений. Преобладание той или иной
группы организмов с определенным типом питания указывает на происходящие процессы структурных изменений в биоценозе и позволяет предположить возможные изменения экологических условий обитания активного ила. 
     По внешнему виду активный ил представляет собой хлопьевидную массу от светло-серого до темно-коричневого цвета. Хлопья ила густо заселены бактериями, которые заключены в слизистую массу. В диапазоне рН 4-9 хлопья
активного ила несут отрицательный заряд, имеют развитую поверхность и большую адсорбционную способность. Механизм хлопьеобразования связан с процессом развития колоний бактерий. На поверхности клеток накапливаются внеклеточные полимеры, которые имеют анионоактивные неионоактивные функциональные группы. Основная масса внеклеточных полимеров состоит из полисахаридов и белков. В процессе очистки сточных вод интенсивное накапливание бактериями полимеров происходит в фазе эндогенного дыхания, сначала клетки окисляют запасные вещества, затем клеточные липиды, углеводы, белки. Образовывать хлопья способны многие роды бактерий. В смешанных культурах хлопья образуются интенсивнее. Структура хлопьев ила видоизменяется при массовом развитии в активном иле нитчатых бактерий и
некоторых грибов. Хлопья увеличиваются в размере, становятся рыхлыми. Пружинящиеся нити бактерий, пронизывая хлопья, препятствуют их осаждению. Это явление называется вспуханием активного ила.
     В биоценозах активного ила развиваются представители семи отделов микрофлоры (бактерии, грибы, актиномицеты, диатомовые, зеленые, эвгленовые, вольвоксовые микроводоросли), а также девяти таксономических групп простейших и многоклеточных животных (жгутиконосцы, саркодовые, инфузории, первичнополостные, вторичнополостные и брюхоресничные черви, коловратки, тихоходки, паукообразные, к которым относятся водные клещи). 
     Для правильной оценки активного ила в целом необходимо охарактеризовать как состояние бактериальных популяций, основных деструкторов загрязнений, так и простейших и многоклеточных организмов, составляющих приблизительно 5-10 % от общей биомассы и осуществляющих активное поедание бактерий.

1.3.1 Бактерии (Bacteria) 
     Бактерии относятся к прокариотным организмам, основные признаки которых — это отсутствие обособленного ядра, отделенного мембраной от цитоплазмы, и отсутствие митохондрий и хлоропластов. В состав цитоплазмы 
включены растворимые ферменты, рибонуклеиновые кислоты, нуклеоид вместо ядра и включения клетки (вакуоли, гранулы, запасные вещества и т.д.). Запасные вещества в клетках бактерий — это полисахариды, жироподобные вещества (поли-13 - оксимасляная кислота и др.), полифосфаты (в виде гранул волютина), сера. 
     Флокулообразующие бактерии активного ила представлены тремя основными формами: палочки, кокки и спириллы. Проведенное исследование активного ила при помощи эпифлуоресцентного анализа показало, что в активных илах городских очистных сооружений, очищающих смешанные промышленные и бытовые сточные воды, доминирующими морфологическими группами являются палочковидные клетки. Длина палочковидных бактерий составляет от 0,6 до
3,0мкм. Кокки, в основном, представлены клетками с диаметром менее 0,6 мкм; единично могут встречаться очень крупные до 1,5 мкм. Достаточно часто, но в небольших количествах встречаются в хлопьях спириллы размером от 4 до 6 мкм. Их процентное содержание в активном иле городских очистных сооружений составляет менее единицы. 
      Маленький размер бактерий определяет большую удельную поверхность, обеспечивающую высокую интенсивность потребления субстрата. В активном иле на сооружениях биологической очистки бактерии существуют в виде компактной или рыхлой массы, образуя скопления — флокулы (хлопья) ила. 
     Бактериальные клетки расположены внутри, на поверхности хлопьев, а также представлены не связанными с хлопьями одиночными бактериями: палочками, кокками, спирохетами и микроколониями из палочек. Значительная
часть микробной популяции связана с хлопьями активного ила, однако, при воздействии токсичных сточных вод или нарушении режима ведения биологической очистки хлопья диспергируются. 
     Особая форма флокуляции бактерий называется зооглеями. Зооглей различают по форме: они могут быть шарообразной, гроздевидной, древовидной (с широкими лопастями) формы или представлять собой узкие плотные тяжи. 
     Развитие и характер зооглей зависит от качества поступающих сточных вод 

и параметров процесса очистки.
     Зооглеи представляют собой желеобразную массу экзобиополимерного геля с вкраплениями бактериальных клеток шаровидной (размер 0,5-1,0 мкм) или палочковидной формы (длина 1-5 мкм). 
     Узкие плотные тяжи или древовидно разветвленные лопасти Zoogloea ramigera и изобильное продуцирование биополимерного геля могут привести к нарушению седиментационной способности ила при значительном накоплении зооглей в активном иле. 
     Общая численность флокулообразующих бактерий отражает одну из наиболее существенных характеристик сообщества активного ила, поскольку состав микрофлоры и ее количественное распределение тесно связаны с экологической обстановкой в биологических реакторах, с каждым организмом, входящим в состав такого сообщества. 
      В активном иле идентифицированы бактерии множества различных родов. Обычно выделяется несколько основных групп: углеродокисляющие флокулообразующие, углеродокисляющие нитчатые и нитрифицирующие, фосфор- и сероокисляющие бактерии.
     В активном иле аэротенков численность бактерий составляет (2,1?2,4)·I09 экз./см3, а биомасса — 900?1033 мг/дм3 и значительно превышает обычно встречающуюся в природных средах биомассу. Именно такая значительная масса живых клеток обеспечивает высокие скорости окисления загрязняющих веществ. В возвратном иле масса бактерий достигает критической плотности, за счет концентрирования во вторичных отстойниках их численность составляет (3,6?7,2)·I09 экз./см3, а биомасса — 1549?3099 мг/дм3. Численное содержание бактерий в очищенных водах связано с массой выносимого из вторичных отстойников ила и в норме составляет (0,12?0,35)·108 экз./см3 при биомассе 5-15 мг/дм3. Эти количественные данные справедливы для нормально протекающего процесса очистки. При его нарушениях возможны значительные отклонения от нормы.
     
1.3.2 Водоросли (Algae)
 	Однозначно мнение специалистов о постоянном присутствии микроводорослей в первичных отстойниках, массовом развитии и богатом 
     их видовом разнообразии в активном иле вторичных отстойников однако разные авторы характеризуют участие водорослей в процессе очистки сточных вод в аэротенках достаточно противоречиво. Отмечается как полное их отсутствие, так и ограниченное развитие в связи с недостатком света в аэротенках. В то же время надо отметить, что водоросли в активном иле аэротенков встречаются постоянно, но численность их низкая, а в зимний период сокращается до единично встречающихся экземпляров, либо полного отсутствия. 
     В активном иле обнаруживаются микроводоросли, относящиеся к 4-м отделам: диатомовые, зеленые, эвгленовые, вольвоксовые.  
      Биоценоз активного ила аэротенков почти полностью гетеротрофен. Однако условия обитания во вторичных отстойниках (отсутствие перемешивания и присутствие света) дают возможность развиваться автотрофным водорослям, где они принимают активное участие в очистке сточных вод, поскольку постоянно присутствуют и достигают массового развития в обрастаниях стенок отстойников. Вследствие того, что часть активного ила непрерывно перекачивается из вторичных отстойников в аэротенки, водоросли с потоком циркулирующего ила привносятся в аэротенки. Однако в аэротенках они не находят удовлетворительных условий для своего существования и, следовательно, не принимают активного участия в очистке сточных вод непосредственно в этом звене очистки. Поэтому водоросли на очистных сооружениях следует рассматривать как облигатные (характерные) виды для вторичных отстойников и факультативные (периодически встречающиеся) для аэротенков. 
     В первичных отстойниках, в связи с высокими содержаниями загрязняющих веществ, обычно развиты только наиболее устойчивые к неблагоприятным условиям представители вольвоксовых водорослей. Во вторичных отстойниках, особенно в летний период, при высоком качестве очистки сточных вод можно наблюдать богатое разнообразие диатомовых, зеленых, эвгленовых и 
вольвоксовых водорослей. Однако в этом звене очистных сооружений они не имеют практически никакого индикаторного значения. При значительном разрастании на водопереливах лотков вторичных отстойников водоросли отрицательно влияют на равномерное распределение потоков очищенных сточных вод, поэтому необходимо регулярно производить очистку водо-переливов от водорослей-обрастателей. В других участках вторичных отстойников очистка от водорослей не требуется. Однако, если на очистных сооружениях имеются фильтры доочистки, водоросли способствуют их засорению, что требует периодического применения альгицидных средств борьбы с водорослями либо механического удаления. 
     
1.3.3 Грибы (Fungi)
     В активном иле встречаются грибы, способные усваивать специфические загрязняющие вещества сточных вод: клетчатку, парафин, углеводороды и др. 
     Тело гриба (мицелий) представлено системой ветвящихся нитей — гифов. Гифы – бесцветные, с хорошо видимыми в микроскоп поперечными перегородками – септами. В поперечных перегородках имеются отверстия, через которые осуществляется постоянная цитоплазматическая связь между клетками. Мицелий нарастает за счет деления верхушечных клеток. Клеточная оболочка состоит из целлюлозы, петозы, каллезы или их смесей. 
     У более старых грибов можно заметить зернистые включения –  вакуоли. Клеточные ядра грибов малы и обнаруживаются только после окрашивания. 
Основными формами грибов активного ила являются сапрофитные и хищные.
     Сапрофитные грибы, обычные обитатели аэротенков, хорошо устойчивы к изменению рН сточных вод в кислую сторону, благодаря чему они могут вызывать вспухание активного ила в этих условиях. От хищных грибов их отличает более толстый септированный мицелий. Размножаются в активном иле только бесполым путем, участками мицелия. Сапрофитные грибы не образуют ни сумчатого, ни базидиального спороношения в отличии от грибов, живущих в чистых водоемах. Это объясняет трудности определения родовой    
     
принадлежности грибов в активном иле. 
     Хищные грибы на вегетативном мицелии толщиной не более 5-8 мкм имеют ловчие приспособления для улавливания и использования в пищу нематод, коловраток, простейших, часто значительно превосходящих их по размеру. Внутренняя поверхность ловчих сетей тактиосенситивна (чувствительна к прикосновению).  
     Хищные грибы развиваются в биоценозе ила при высоком качестве очистки с нитрификацией, при низких нагрузках на активный ил.
     
1.3.4 Актиномицеты (Actinomycetes) 
      Актиномицеты по своему строению имеют сходство и с грибами и с бактериями. Как и у грибов, вегетативное тело актиномицетов представлено мицелием, но в отличие от них, мицелий несептированный и нити значительно тоньше грибных. По толщине нити у актиномицетов такие же, как у нитчатых бактерий 0,3-1,2 мкм. Типичное ядро отсутствует, как и у бактерий, вместо ядра имеются нуклеоиды без ядерной оболочки. 
     Определение актиномицетов в активном иле затруднено тем, что они не образуют в нем спороносцев. 
     Актиномицеты (род Nocardia) вызывают пенообразование в аэротенках (в виде густой пены) и вторичных отстойниках по причине выделения ими биологических поверхностно-активных веществ при утилизации углеводородов и других гидрофобных веществ. 
     
1.3.5 Простейшие (Protozoa) 
     Кроме бактерий, водорослей, грибов и актиномицетов в активном иле встречаются следующие типы (подтипы) организмов: саркодовые (Sarcodina), жгутиковые (Flagellata), ресничные инфузории (Ciliata), сосущие инфузории (Suctoria), коловратки (Rotifera), первичнополостные (Nematoda) и вторичнополостные черви (Oligochaeta), водные клещи класса паукообразных (Arachnida), тихоходки (Tardigrada), брюхоресничные черви (Gastrotricha). 
     Подтип саркодовых (Sarcodina) включает три класса Lobosea (подклассы Testacealobosia и Gymnamoebia), классы Filosea и Heliozoea. Корненожки разделяются на голых амеб (подкласс Gymnamoebia), характеризующихся мягкой изменчивой формой тела и передвижением с помощью псевдоподий, и раковинных амеб (подкласс Testacealobosia и класс Filosea), которые несут раковину из органического вещества и различных минеральных включений. 
     Голые амебы питаются бактериями, мелкими простейшими и растворенными в воде питательными веществами. Такой разнообразный тип питания позволяет предположить значительную роль голых амеб в очистке сточных вод. Иногда в активном иле встречаются жгутиковые стадии голых корненожек.
     При высокой нагрузке в активном иле развиваются многочисленные мелкие (100 мкм) амебы, так называемой группы «limax», имеющие удлиненную форму с одной подвижной псевдоподией. Эта группа, по-видимому, представляет собой несколько видов амеб с разными циклами развития, устойчивыми к действию температур и химических факторов. Также встречается крупная амеба Pelomyxa palustris (200?2000 мкм). Не исключено попадание и развитие в аэротенках мелких патогенных амеб, особенно в летний период. В нормально работающих аэротенках изредка встречается крупная (200-500 мкм) Amoeba proteus, имеющая древовидно разветвленные псевдоподии.
     Коловратки (Rotifera) (от латинского rota — колесо, feree — нести) — многоклеточные организмы (от 40 мкм до 2,5 мм). Тело коловраток не сегментировано, но делится на голову, туловище и ногу, иногда эти отделы не 
выражены. Некоторые виды коловраток покрыты панцирем, они развиваются обычно в низконагружаемом активном иле, формирующем высокое качество очистки. Беспанцирные коловратки, такие как Rotaria rotatoria, Philodina roseola, обитатели ила обычных аэротенков, обеспечивающих полное окисление загрязняющих веществ. Для коловраток характерно самостоятельное плавание при помощи коловращательного аппарата, расположенного на переднем конце тела, реснички которого постоянно мерцают, привлекая пищу в виде мелкой 

взвеси к ротовому отверстию. 
     Первичнополостные черви. В активном иле из первичнополостных червей встречаются круглые черви — нематоды (Nematoda, от греческого пета — нить, eidos — форма). Отличить от остальных червей их можно по движению, они лишены поперечной мускулатуры и поэтому двигаются, изгибая тело, и не меняя своей толщины. В биоценоз активного ила может входить несколько видов нематод, которые в незначительных количествах развиваются в хорошо работающем иле. 
     Заметное количество может указывать на залеживание, плохое перемешивание ила, недостаточную аэрацию, поскольку нематоды предпочитают застойные зоны.
     Вторичнополостные черви. В состав активного ила входит множество микроскопических малощетинковых червей Oligochaeta. Это сегментированные черви, передний отдел сильно специализирован, особенно строение пищеварительной и половой систем. Половая система гермафродитная. Питаются олигохеты, как и нематоды, активным илом, пропуская его через кишечник. Среди малощетинковых червей встречаются хищники. 
     В биоценозах активного ила чаще всего развиваются черви аэлозомы, несущие жировые включения, окрашенные коратиноидами. Аэлозомы очень быстро размножаются в активном иле за счет паротомии, т.е. отделения особей от заднего конца тела, который быстро дорастает до нужных размеров. При очень хорошем питании паротомией может отделяться целая цепочка червей: три и даже четыре особи. Питаются бактериями, простейшими в хлопьях ила, которые, в свою очередь, хорошо минерализуют и уплотняют.
     Водные клещи. В активном иле редко встречается небольшое количество водных клещей, относящихся к классу паукообразных (Arachnida). Тело клеща не расчленено как у насекомых, а представляет собой монолитный хитиновый панцирь.
     Клещи активного ила очень мелки, но хорошо заметны в микроскоп, вследствие темной окраски хитина. На брюшной стороне отчетливо различимы 
8 пар ног, на голове есть глаза и две пары жвал. Клещи развиваются в минерализованном, иногда в голодающем активном иле. Более часто они встречаются в биофильтрах. 
     Тихоходки (Tardigrada) (от латинского tardus — медленный, gradu — шаг) считаются родственными членистоногим, от которых отличаются отсутствием их основных признаков — наружного скелета и членистых конечностей. Тело не сегментировано, хотя четыре пары мясистых, заканчивающихся коготками ножек расположены вдоль всего тела, причем каждой паре ног соответствует отдельный
ганглий нервного ствола. Из-за специфического медленного шагающего движения тихоходок называют водным медведем. Они не имеют жесткого наружного скелета, тело покрыто нехитинизированной кутикулой, которая сбрасывается при линьке или при откладывании яиц. Хитиновые чешуйки имеются на мускулистой сосущей глотке. 
     Тихоходки раздельнополы, иногда размножаются партеногенетически. Питание хищное, прокалывают жертву двумя стилетами, расположенными в ротовой полости, и высасывают клеточное содержимое из водорослей, простейших, нематод и коловраток. 
     Для переживания неблагоприятных условий имеют две приспособительные особенности — инцистирование (животное втягивает конечности, сбрасывает кутикулу и сворачивается в капсулированный шарик) и образование толстостенных покоящихся яиц. В таком анабиотическом состоянии тихоходки могут существовать много лет, что объясняет их периодическое (с интервалом в несколько лет) появление в активном иле в тех случаях, когда представители 
третьего трофического уровня получают благоприятные условия для своего развития. Тихоходки — показатели высокого качества очистки, удовлетворительной нитрификации [2, 13, 19].
	В данном разделе рассмотрены методы очистки сточных вод, более подробно изучен метод биологической очистки. Рассмотрены характеристика активного ила,  состав активного ила.   

2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

    2.1 Пропускная способность очистных сооружений
    Суммарная производительность городских очистных сооружений канализации 300000 м3/сут.  Мощность первой очереди составляет 200000 м3/сут., второй очереди – 100000 м3/сут.  
    На рисунке 2 приведен фактический объем пропущенных сточных вод через очистные сооружения канализации по месяцам. 
    
     
     Рисунок 2 – Объем пропущенных сточных вод по месяцам
	
    На рисунке 2 приведены графики пропускной способности по месяцам по каждой очереди отдельно. Из графиков видно, что очистные сооружения I очереди работают с неполной загрузкой. II очередь очистных сооружений работает с минимальным запасом мощности, а в отдельные месяцы превышает пропускную способность.  
    Для полного представления влияния на активный ил объемов стоков, а также других внешних факторов изучим данные за аналогичный период по химическому составу сточных вод, видовой состав биоценоза. 
    
    2.2 Влияние воздействия внешних факторов на биоценоз активного ила
    На состав бактерий активного ила большое влияние оказывают внешние факторы и в том числе качественный и количественный состав сточных вод. В активных илах, очищающих промышленные сточные воды со значительным содержанием в них токсичных и медленно окисляющихся соединений, бактериальное население менее разнообразно, чем при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод или стоков, богатых легкоокисляемыми органическими веществами.
     Многие вещества, содержащиеся в производственных и городских сточных водах, потенциально мутагенны, и поэтому бактерии «очистных сооружений очень часто по одному или нескольким признакам отличаются от описанных в определителях. По этой причине определение видового состава бактерий активного ила представляет большие трудности.
     Подавляющее большинство бактерий, присутствующих в аэротенке, находится в хлопьях активного ила, только отдельные клетки свободно плавают в иловой жидкости. Причина образования бактериальных скоплений до сих пор точно не установлена. По одной из теорий, образование хлопьев наблюдается при недостатке питательного субстрата и вызвано ослаблением энергии движения, которой не хватает на то, чтобы преодолеть силу взаимного притяжения клеток. В то же время явление слипания бактериальных клеток отмечено и в стареющих монокультурах при избытке питательных веществ. Плотные скопления образуются иногда и в условиях высоких концентраций загрязняющих веществ в среде. По-видимому, ослабление энергии движения вызывается разными причинами.
     Бактериальный состав активного ила в очень большой степени зависит от химического состава очищаемых сточных вод.
     Рассмотрим более подробно химический состав сточных вод, поступающих на очистку. Для изучения взяты среднемесячные данные за 2016 год.  



    2.2.1 Влияние температуры
    На рисунке 3 приведена зависимость температуры сточной воды и температуры воздуха.
    
     
Рисунок 3 – Зависимость температуры воздуха и температуры воды

	Анализируя график температурной зависимости, мы видим, что температура окружающего воздуха не оказывает существенного влияния на температуру сточной воды. 
     Оптимальные значения температуры для удовлетворительного процесса биологической очистки находятся в диапазоне (16?23)°С.
     Повышение температуры сказывается в первую очередь на активности ферментов. Ферменты активного ила в основном состоят из белка. При температуре 50°С происходит необратимая инактивация практически всех ферментов.
    Ферментативная активность ила сохраняется максимальной только в оптимальном диапазоне температур. 
    У различных ферментов разная устойчивость к повышению температуры, но, как правило, температура выше 35°С неблагоприятна. Даже непродолжительное повышение температуры приводит к необратимым последствиям, так как коагулированные белки не восстанавливаются и процессы обмена веществ либо тормозятся, либо полностью прекращаются. 
     Что касается пониженных температур, то к ним ферменты более устойчивы и прекрасно восстанавливают свои свойства даже после замораживания, поэтому при резком снижении температуры сточных вод процессы обмена веществ у активного ила затормаживаются, но практически никогда не прекращаются полностью.
     Температура влияет на физические свойства воды, на большинство протекающих в воде химических реакций и на процессы, связанные с метаболизмом гидробионтов. Повышение температуры сточных вод, в определенных пределах, изменяет запах, который еще больше усиливается при недостатке в воде растворенного кислорода, активизирует процессы хемоокисления загрязняющих веществ, удаления летучих соединений и т. д.
    От температуры сточных вод зависит эффект первичного отстаивания. Скорость осаждения взвешенных частиц в первичных отстойниках обратно пропорциональна вязкости и плотности воды. Степень задержания взвешенных веществ и снижения БПК увеличивается с повышением температуры от 5 до 10 %. 
    Функционирование организмов активного ила тесно связано с содержанием в воде растворенного кислорода. При подаче в иловую смесь постоянного объема воздуха, содержание растворенного кислорода значительно колеблется, что связано как с кислородпоглощающими свойствами ила и сточных вод, так и с температурой иловой смеси в аэротенках, которая определяет растворимость кислорода.
    На очистных сооружениях различают два типа температурного воздействия – кратковременное (в течение нескольких часов) и продолжительное. 
    Особенно неблагоприятно действует на активный ил быстрый перепад температуры, когда организмы ила не успевают адаптироваться и могут погибнуть. При продолжительном воздействии активный ил адаптируется к температурному режиму и может осуществлять эффективное ферментативное 
окисление загрязняющих веществ при температуре в иловой смеси до 35 °С. 
     Однако в данных условиях критическим становится содержание растворенного кислорода и требуется интенсивное перемешивание иловой смеси для обеспечения удовлетворительного массообмена в хлопьях ила [2, 19]. 
     
    2.2.2 Влияние азота
    На рисунке 3 приведено содержание аммонийного азота в сточных водах при поступлении на очистные сооружения г. Пензы.
    
     
    
     
     Рисунок 3 – Содержание азота аммонийного в сточной воде на входе:
     Рисунок А – 1 очередь; Рисунок Б – 2 очередь.
     
	Из приведенных диаграмм видно, что сточные воды поступают на очистку с превышением ПДК.
	При избытке в сточных водах азота развивается вспухание ила. Вспухание ила существенно ухудшает качественные показатели очистки сточных вод. Это связано с затруднением процесса разделения очищенной воды и активного ила.
	Соли аммония характерны для хозяйственно-бытовых стоков, а также  накапливаются в сточной воде в результате процесса аммонификации. В дальнейшем соли аммония превращаются в нитриты, а далее в нитраты. Эти превращения осуществляются в результате процесса нитрификации. 
	Процесс нитрификации осуществляется нитрифицирующими бактериями родов Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosocystis и др. Нитрифицирующие бактерии относятся к хемосинтетикам. Большое содержание органических соединений оказывает угнетающее влияние на хемосинтетиков. Поэтому процессы нитрификации начинаются после практически полного потребления углеродсодержащих органических соединений.
	Подавление процессов нитрификации приводит к низкому очищению от аммонийных солей. При постоянно высоком содержании солей аммония и нарушении потребления углеродсодержащей органики начинают доминировать хлорококковые водоросли и цианобактерии.
     В случае полной очистки в иле постоянно присутствуют в заметных количествах коловратки (Callidina, Rotaria и др. виды); количественно преобладают Peritricha (Vorticella-convallaria, Carchesium), Arcella, крупные амебы, пышно развиты Zoogloea ramigera. Возможно присутствие в больших количествах малощетинковых червей Aelosoma. Отсутствуют Chilodon, мелкие амебы, бесцветные жгутиковые. Хлопья ила рыхлые. Характерно всплывание осевшего активного ила [19, 41]. 
	




	2.2.3 Влияние БПК
	Биохимическое потребление кислорода (БПК) – это количество кислорода, необходимое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации.
	Чем больше загрязнены сточные воды, поступающие на очистные сооружения, тем больше требуется кислорода. Другими словами БПК – это показатель индикаторный показатель загрязненности. 
	На рисунке 4 приведена зависимость БПК по месяцам. Анализируя диаграмму, мы видим, что на очистку поступают сточные воды с довольно высокой степенью загрязн.......................