Циано-бактериальные консорциумы в очистке сточных вод

Сопрунова О.Б. (soprunova@mail.ru)

Астраханский государственный технический университет

В процессах самоочищения природных вод участвуют микроорганизмы (бактерии, грибы), осуществляющие минерализацию автохтонного и аллохтонного органического вещества; простейшие и ракообразные, потребляющие биомассу первичных продуцентов; фотосинтезирующие бактерии и микроводоросли, высшие растения. Технология процесса искусственной биологической очистки основана на тех же принципах, что и процесс естественного самоочищения природных водоемов, теоретические основы которой были заложены в первой половине прошлого столетия [1, 2, 10, 12]. Отличие состоит в увеличение биомассы деструкторов, механической аэрации и перемешивании для более полного контакта микроорганизмов с загрязняющими веществами. Достаточно полно утилизировать сложные соединения, входящие в состав природных и промышленных сред, образующихся в результате промышленного и сельскохозяйственного производства и содержащих широкий спектр органических и неорганических соединений, способны ассоциации микроорганизмов, обладающие устойчивостью и более высокой стабильностью. Для многих чистых культур, растущих при высокой концентрации клеток в непрерывной культуре, характерным бывает истощение продуцента, связанное с накоплением некоторых растворимых продуктов жизнедеятельности, не полностью окисленных субстратов и токсических веществ. В смешенных культурах этого не происходит из-за того, что накапливаемые соединения последовательно потребляются ассоциантами сообществ. Смешанные культуры осуществляют полную или частичную деструкцию сложных органических субстратов, в том числе гербицидов, пестицидов, нефтепродуктов, и потому очистка промышленных отходов, как правило, проводится с помощью смешанных культур (консорциумов), содержащих грибы, бактерии и водоросли. Особой устойчивостью в отношении загрязняющих и токсичных веществ обладают сообщества, эдификатором которых являются цианобактерии. Деятельность подобного рода ассоциаций обусловлена как функциями самих цианобактерий, так и бактерий, являющихся их спутниками. Так, цианобактерии обладают исключительной приспособляемостью к изменяющимся условиям окружающей среды вследствие наличия у них ряда физиологических особенностей: способностью осуществлять оксигенный и аноксигенный фотосинтез, гетеротрофную фотоассимиляцию, фиксировать молекулярный азот, окислять соединения серы, деструктировать многие органические субстраты. Кроме того, внеклеточные метаболиты цианобактерий (полисахариды, витамины и т. д.) и их

Таблица 1. Биоценозы очистных сооружений газо-химического комплекса.

Характерно, что, как правило, при исследовании обрастаний и пленок в очистных

сооружениях и прудах доочистки сточных вод, акцент делается лишь на изучении водорослевой составляющей [8]. Тогда как, полисахариды клеточной стенки и внеклеточные полисахариды (гликокаликс) микроводорослей и цианобактерий обеспечивают развитие сопутствующей микрофлоры с более высокими трофическими потребностями, а внеклеточные полисахариды играют определенную роль как в сохранении пула ряда гетеротрофных микроорганизмов, так и в образовании и поддержании стабильности экосистем. Общее число бактерий, сопутствующих водорослям и цианобактериям, может достигать значительных размеров и составляет половину и даже более их объема [6]. При этом, количество и состав микроорганизмов-спутников изменчив. Некоторые виды бактерий являются конкурентоспособными и обнаруживаются в качестве спутников постоянно.

Анализ выделенных из очистных сооружений альго-бактериальных сообществ показал наличие в нем 3-х трофических звеньев: фотосинтезирующих организмов (бактерии, микроводоросли), микрофлоры (гетеротрофные бактерии и микроскопические грибы) и простейших. Эдификатором сообщества являются цианобактерии Phormidium tenuissimum, Synehocystis minuseula и Synechococcus elongates, которые как в очистных сооружениях, так и в лабораторных условиях, формируют тяжи (маты) из плотных кожисто-слизистых дерновинок, образованных переплетением их трихомов (фото). На поверхности и в прослойках тяжей располагаются трихомы, нити, слизистые колонии, единичные клетки

нитчатое строение способствуют созданию благоприятной среды для развития в симбиозе с ними различных групп микроорганизмов [5].

В ходе исследований очистных сооружений газо-химического комплекса установлено, что на всех этапах очистки (механическая, физико-химическая, биохимическая) присутствуют не только микроорганизмы, входящие в состав сточных вод и активного ила, но и альго-бактериальные сообщества в виде обрастаний на поверхностях конструкций и пленок на поверхности воды (табл.1).

других цианобактерий и микроводорослей, а также ресничные инфузории, коловратки, циклопы, жгутиковые формы. Минорные компоненты сообщества представлены автотрофными и гетеротрофными бактериями и грибами следующих эколого-трофических групп: азотфиксирующие, аммонифицирующие, нитри- и денитрифицирующие, липо-,

амилолитические, фенол-, углеводородокисляющие, целлюлозоразрушающие, сульфат- и

сероредуцирующие. Среди них идентифицированы бактерии: Chlorobium, Chromatium, Thiocapsa, Rhodopseudomonas, Azotobacter, Azomonas, Arthrobacter, Beijerinckia, Bacillus, Cellulomonas, Derxia, Kurthia, Micrococcus, Nocardia, Rothia, Streptothrix, Rhodococcus, Sarcina, Actinomyces, Mycobacterium, Myxobacterium, Actinoplanes, Streptosporangium, Streptococcus; грибы: Acremonium, Alternaria, Acladium, Aspergilus, Penicilium, Mucor, Rhizopus, Cladosporium, Exosporium, Gliocladium, Botrytis, Verticillium. Микроводоросли,

ассоциативно присутствующие в тяже, представлены диатомовыми, зелеными, эвгленовыми, золотистыми и желто-зелеными.

Фото. Циано-бактериальное сообщество (эдификаторы - цианобактерии Phormidium tenuissimum, Synehocystis minuseula и Synechococcus elongates), выделенное из очистных сооружений газо-химического комплекса.

При интродукции биомассы циано-бактериальных сообществ в модельные

микроэкосистемы на основе реальных сточных вод различных этапов очистки очистных

сооружений газо-химического комплекса наблюдается активизация очистки от нефтяных

углеводородов.