Роль микроорганизмов в охране окружающей среды от загрязнений

Микроорганизмы могут осуществлять биодеградацию (раз­рушение), а следовательно, и детоксикацию (обезвреживание) целого ряда загрязнений воды и почвы.

Любые сточные воды перед спуском в открытые водоемы подвергаются очистке. Обработка сточных вод осуществляется, на очистных сооружениях и должна обеспечивать такую сте­пень чистоты, которая позволила бы использовать водоемы после поступления в них очищенных вод в качестве источников хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, а также для отдыха, рыбной ловли и т. п.

Для очистки сточных вод, содержащих много органических веществ, наиболее широкое распространение получили биологи­ческие методы очистки. Они основаны на использовании био­химической деятельности микроорганизмов — их способности к различным превращениям органических и минеральных веществ в процессе конструктивного и энергетического об­мена.

Биологические методы очистки делятся на аэробные и ана­эробные.

Аэробная биологическая очистка. Такой метод очистки осуществляется в естественных и искусственных условиях при широком доступе воздуха. Помимо органических веществ здесь окисляются в некоторые недоокисленные минеральные соедине­ния сточных вод (сероводород, аммиак, нитриты).

Очистка в естественных условиях проводится путем фильт­рования сточных вод через слои почвы на полях орошения или полях фильтрации (почвенные методы очистки), а также в био­логических, или очистных, прудах.

Отличие полей орошения от полей фильтрации состоит в /том, что на полях орошения после фильтрации сточных - вод выращиваются овощи, а поля фильтрации предназначены толь­ко для целей очистки сточных вод в период проведения сельско­хозяйственных работ на полях орошения.

Оба способа называются почвенными, потому что сточные воды медленно просачиваются через слой почвы толщиной 1, 5—2 м, причем активный слой почвы составляет 10 см. Здесь существует биоценоз из простейших, дождевых червей, личинок насекомых, разрыхляющих верхний слой почвы, вследствие чего улучшается ее аэрация, но главным компонентом биоцено­за являются микроорганизмы сточных вод и собственная мик­рофлора почвы. Здесь развиваются интенсивные микробиологи­ческие процессы по минерализации органического вещества разнообразными гетеротрофными бактериями, а также проте­кает активная нитрификация. Количество нитрифицирующих бактерий на полях фильтрации в 100 раз больше, чем в обыч­ной обрабатываемой почве.

При почвенных способах очистки в фильтрующем слое поч- / вы задерживается до 99% находящихся в сточных водах мик­роорганизмов. Очищенная сточная вода по дренажным трубам поступает в открытый водоем. Иногда вода перед выпуском хлорируется с целью дезинфекции.

Биологические (очистные) пруды представляют собой искус­ственные последовательно соединенные неглубокие водоемы, биологическая очистка сточных вод в которых основана на тех же процессах, что и при естественном самоочищении водоемов.

Кроме естественных методов очистки аэробные процессы используются также в искусственно создаваемых сооружениях для очистки сточных вод — в биофильтрах (аэрофильтрах), а также в аэротенках. В аэротенках принцип очистки близок к естественным способам очистки, но в них процесс интенсифи­цируется путем дополнительного насыщения кислородом с по­мощью аэрирующих, разбрызгивающих и перемешивающих воду приспособлений.

Биологической очистке предшествует механическая (отстаи­вание). Для этого используются песколовушки, жироловушки, решетки, первичные отстойники и т. п. Биологическая очистка происходит при участии либо прикрепленных микроорганизмов (биопленка в биофильтрах), либо свободно плавающих в воде (хлопья активного ила в аэротенках). Биопленка и активный ил также представляют собой сложные биоценозы, но основным действующим звеном по окислению загрязнений сточных вод являются различные микроорганизмы. После очистки воды в биофильтре или аэротенке она поступает в отстойники для освобождения от биопленки или активного ила, а затем в во­доем.

Анаэробная биологическая очистка. Для анаэробного рас­пада загрязнений сточных вод имеются искусственные очист­ные сооружения — метантенш, септиктенки и двухъярусные отстойники. В них осуществляется биологическая обработка твердой фазы сточных вод, которую в основном составляют осадки с решеток, из первичных отстойников и избыточный ил и биопленка из биофильтров и аэротенков.

Независимо от типа очистного сооружения в них происхо­дят разнообразные микробиологические процессы (гниение, окисление, различного типа брожения). В этих процессах при­нимает участие целый комплекс анаэробных микроорганизмов. В результате сложные органические соединения твердой фазы сточных вод (белки, жиры, углеводы) превращаются в жирные кислоты, спирты и газообразные продукты (диоксид углерода, аммиак, метан, водород). Метан составляет 60—65% газооб­разных продуктов и используется как топливный газ. Остаток твердой фазы сточных вод, не разрушенный микроорганизмами, обезвоживают, сушат и используют в виде удобрения, а спрес­сованный в виде брикетов — в качестве топлива.

Нормальная работа рассмотренных выше очистных соору­жений нарушается, если в стоки попадают специфические ток­сичные или неприродные органические синтетические вещества.

Благодаря легкой приспособляемости к необычным услови­ем жизни и наличию разнообразных ферментов микроорганиз­мы воды, почвы приспособились к использованию даже непри­родных синтетических органических соединений, с которыми они ранее в природе не встречались. Детоксикация микроорга­низмами таких соединений происходит, главным образом, пу­тем использования их в качестве единственного источника углерода для питания и для получения энергии. Часто этот •процесс носит многоступенчатый характер: вначале микроорга­низмы путем различных ферментативных реакций превращают исходные соединения в большинстве случаев в нетоксичные промежуточные или конечные продукты, которые затем исполь­зуют в конструктивном или энергетическом обмене. Азот, сера, фосфор и другие элементы, входящие в состав неприродных соединений, чаще используются в конструктивном обмене.

Поиски в воде, почве, сточных водах, активном иле и т. п. микроорганизмов — деструкторов непрерывно продолжаются. Кроме того, ведется работа по получению более активных культур.

На основании исследований по получению высокоактивной специфической микрофлоры и включения ее в состав биоценоза активного ила были разработаны микробиологические методы очистки производственных сточных вод на очистных сооруже­ниях предприятий органического синтеза.