способ технологического контроля процессов биологической очистки сточных вод на городских станциях аэрации

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ГОРОДСКИХ СТАНЦИЯХ АЭРАЦИИ, предусматривающий отбор проб микроорганизмов активного ила регенератора из первой, второй и третьей секций аэротенка и проб ила на выходе из аэротенка, их центрифугирование, дезинтеграцию, определение фракций фермента методом электрофореза в плоских блоках полиакриламидного геля, окрашивание молекулярных форм фермента и определение их относительной активности денситометрией, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, в качестве фермента регистрируют малатдегидрогеназу окрашиванием феназинметасульфаттетразолиевой реакцией, после чего полученные электрофореграммы сканируют и определяют активность третьей молекулярной формы малатдегидрогеназы в процентах от общей активности фермента во всех секциях аэротенка, при этом завершение очистки определяют по достижении уровня активности третьей молекулярной формы малатдегидрогеназы в любой из секций аэротенка, равной уровню активности этой же формы фермента в иле регенератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биологической очистке городских сточных вод, может быть использовано для оценки функционального состояния экосистемы активного ила, оперативного контроля за работой сооружений биологической очистки и состояния сточных вод в процессе очистки в аэротенках.

Известен способ технологического контроля процессов биологической очистки городских сточных вод, заключающийся в определении общей дегидрогеназной активности пробы активного ила со сточной жидкостью и трех проб того же ила, к каждой из которых добавляли фосфатный буфер, воду и неочищенную сточную воду. При высоких значениях БПК₅устанавливали следующую динамику общей дегидрогеназной активности (ДГА):ДГА_фосф. > ДГА_исх > ДГА_cт.ж. > ДГА_Н2О. При достижении значения БПК₅ 15 мг/л (окончание очистки сточных вод) динамика дегидрогеназной активноcти менялась на следующую: ДГА_ст.ж. >ДГА_фосф.>ДГА_исх.>ДГА_Н2О.

Cущественным недостатком известного способа является незначительная информативность, точность и достоверность, поскольку сравниваются значения ДГА ила при добавления фосфатного буферного раствора, водопроводной воды, очищаемой и очищенной сточных вод, а значения БПК₅очищенной и очищаемой сточных вод в процессе биологической очистки во многом зависит от их компонентного состава.

Цель изобретения - увеличение точности, оперативности и чувствительности способа технологического контроля за работой аэротенков путем установления изменения активности молекулярных форм малатдегидрогеназы (МДГ, К. Ф 1.1.1.37. ) - одного из ключевых ферментов цикла Кребса - активного ила регенератора, 1-й, 2-й, 3-й секций аэротенка и на выходе из аэротенка, МДГ-аэробный фермент участвует в переносе восстановленных эквивалентов через мембранные системы клеток и в целом характеризует функциональное состояние экосистемы активного ила, кислородный режим и окислительную мощность аэратора. Кроме того, по значениям активности МФ МДГ в разных точках аэротенка можно судить о глубине очистки сточных вод. Показана возможность использования изменения активности МФ МДГ ила для определения токсичности промышленных сточных вод (авт.св. N 4756133/13/133554).

Способ осуществляется следующим образом: из регенератора, 1-й, 2-1, 3-й секций аэротенка и на выходе из аэротенка берут по 10, мл иловой суспензии (45-50 мг сухого остатка), трехкратно промывают от фоновых загрязнений фосфатным буфером рН 7,0, центрифугируют при 5000 в течение 10 мин. Осадок переносят в механический дезинтегратор (стеклянная ступка и пестик на шлифах), дезинтеграцию проводят в течение 5 мин при 4^оС. Дезинтегрируемую иловую смесь переносят в колбу, добавляют 5 мл фосфатного буфера и тритона Х-100 20 мг/лм в конечной концентрации. Колбы помещают на магнитные мешалки и проводят солюбилизацию белков в течение 2 ч при 37^оС. Дезинтеграт центрифугируют при 8000 в течение 10 мин. В супернатанте определяют МФ МДГ методом электрофореза в плоских блоках полиакриламидного геля. Анализируемые образцы в объеме 50 мкл в смеси с 40%-ным раствором сахарозы наносят на линию старта. Электрофорез проводят при силе тока 100 мА в первые 30 мин и 200 мА до окончания электрофореза. В качестве электродного буфера используют 1 М трис-ЭДТА-боратный буфер, рН 9,2.

Выявление МФ МДГ проводят с помощью феназинметасульфат-тетразолиевой реакции в инкубационной среде следующего состава: 0,1 М трис-НС1 буфер рН 7,1-15 мл; НАД-30 мг; нитросиний тетразолиевый-10 мн; фенанзинметасульфат-2 мг; 1 М раствор малата натрия рН 7,1-10 мл; вода дистиллированная 70 мл. Неспецифические реакции исключают использованием инкубационной среды без малата натрия. Гелевые блоки заливают инкубационным раствором и инкубируют при 37^о в течение 2 ч. МФ МДГ выявляются в виде темно-синих зон. Путем прямой денситометрии определяют относительную активность каждой зоны МДГ. Далее количественно сравнивают активность МДГ-3 ила регенератора, ила1-й, 2-й, 3-й секций аэротенка и ила на выходе из аэротенка. Достижение активности МДГ-3 в любой в точек аэротенка активности МДГ-3 ила регенератора указывает на завершение очистки сточных вод.

П р и м е р. В центрифужные пробирки помещают по 10 мл иловой суспензии регенератора, 1-й, 2-й, 3-й секций аэротенка и силовой суспензии, отобранной на выходе из аэротенка. Суспензию 3-х кратно отмывают от фоновых загрязнений, проводят дезинтеграцию ила вышеописанным способом, получают ферментные образцы, подвергают из электрофорезу и выявляют МФ МДГ феназинметасульфат-тетразолиевой реакцией. Параллельно проводят определение ХПК, аммонийный азот и фосфат анионы в сточной жидкости, отобранной в тех же точках аэротенка, а также общую активность неспецифических дегидрогеназ активного ила при добавлении сточных вод из разных точек аэротенка, неочищенной сточной воды, фосфатного буфера и водопроводной воды.

Данные табл. 1 указывают на интенсивные процессы изъятия загрязнений из сточных вод уже во второй секции аэротенка и на входе в третью секцию получено трех-пятикратное снижение содержания загрязнителей по ХПК и фосфат анионам. Данные ДГА ила, установленные известным способом, не подтверждают той закономерности. Это связано с компонентным составом сточных вод и преобладаем в их составе трудно окисляемых соединений.

На фиг. 1 - 5 представлены количественный состав и активность МФ МДГ. полученных предлагаемым способом.

Из фиг. 1 видно, что МДГ ила регенератора представлена тремя активными зонами, зона 2 включает 4 МФ. Наибольшей активностью обладает МДГ-1 и МДГ-2. Активность МДГ-3 незначительна. Такая динамика МФ МДГ характерна для активного ила регенератора, где происходят интенсивные эндогенные cинтетичеcкие процеccы, на что указывают активноcть МДГ-1 и МДГ-2, МДГ-3, локализированная на внешней поверхности цитоплазматической мембраны, "отдыхает".

Из фиг. 2 видно, что активность МДГ-3 ила 1-й секции аэротенка в момент контакта со сточной жидкостью возросла почти в 3 раза по сравнению с регенератором с заметным снижением активности МДГ-1 и МДГ-2. Такое состояние характерно для основного этапа изъятия загрязнителей из сточной воды.

На фиг. 3 представлены МФ МДГ активного ила 2-й секции аэротенка, Из него видно, что активность МДГ-3 продолжает увеличиваться, заметно увеличение активности МДГ-1 и МДГ-2. Такое состояние молекулярных форм характерно для интенсивных процессов изъятия загрязнителей из сточных вод, иными словами, для основного этапа очистки сточных вод.

На фиг. 4 представлены МФ МДГ активного ила 3-й секции аэротенка. Хорошо видно снижение активности МДГ-1 и МДГ-2, а также наметилась тенденция к снижению активности МДГ-3. Изъятие загрязнителей из сточных вод продолжается, но с меньшей интенсивностью, чем в секциях 1 и 2.

На фиг. 5 показаны МФ МДГ активного ила на выходе из аэротенка. Активность МДГ-3 достигла уровня активности МДГ-3 регенератора. Также отмечено падение активности МДГ-1 и МДГ-2. Очистка сточных вод подошла к завершению.

В табл. 2 представлены данные динамики активности МДГ-3 ила в процессе очистки сточных вод.

Динамика активности МФ МДГ вообще и МФ МДГ-3 в частности полностью подтверждается динамикой ХПК и фосфат анионов. Однако не получено подтверждения динамики дегидрогеназной активности по известному способу.

Полученные результаты однозначно указывают на преимущества предлагаемого способа по сравнению с существующим по достоверности, точности и информативности.

Применение заявляемого способа технологического контроля процессов биологической очистки сточных вод на городских станциях аэрации обеспечит более действенный, оперативный контроль за работой аэраторов, позволит установить окончание очистки сточных вод практически в любой точке аэротенка.