Как бактерии очищают воду
Какой ресурс на нашей планете наиболее важен для человечества? Это, конечно же, чистая питьевая вода. Без воды человек и большинство живых организмов погибают за короткое время. А загрязнённая вода может погубить человека не менее точно так же, как полное отсутствие воды. В связи с этим весьма остро стоит проблема очистки воды. Это задача планетарного масштаба, и с ней приходится сталкиваться жителям самых разных стран и населённых пунктов – больших и маленьких, промышленных и «не очень». Грязная и не пригодная для питья вода сегодня стала нашей обыденной реальностью, и это нередко касается даже сельских регионов.
Сточные воды больших промышленных городов в наше время очищаются только с помощью микроорганизмов. Почему так? Ведь существуют и другие методы очистки воды. На основе таких методов создаются домашние фильтры, которые предназначены для задержания в основном только крупных частиц. Такие системы можно было бы применять и в масштабах целого города и приспособить их для задержания мелких частиц; но в этом случае стоимость таких систем была бы очень высокой. Поэтому микроорганизмы на сегодняшний день являются самым лучшим, дешёвым и эффективным способом избавить крупные массы воды от загрязнения.
Как же бактерии очищают воду? Они, честно говоря, сами не представляют, что они её именно очищают: вещества, содержащиеся в сточных водах просто являются для них пищей. Микроорганизмы могут освоить и поглотить практически все соединения, находящиеся в городской сточной воде, кроме нескольких так называемых ксенобиотиков. Даже если это какие-то новые вещества, то бактерии достаточно быстро к ним привыкают. Мы знаем, что микроорганизмы способны привыкать даже к антибиотикам, вследствие чего приходится каждый раз разрабатывать новые их виды. В итоге получается, что все довольны: микроорганизмы получают изобилие пищи и среду для развития, а человек получает чистую, пригодную для употребления воду.
Появление очистных сооружений
Необходимость очищать городскую воду люди осознали достаточно давно. Так, в России первые очистные сооружения появились в 1898 году. Установлены они были в Москве и пропускали через себя воду, поступавшую из 220 домов. В то время какие-то специальные микроорганизмы не было нужды подбирать: микробные сообщества образовывались естественным путём.
Деятельность микробов
Нередко даже сегодня не требуется особое вмешательство человека в процесс бактериальной очистки воды. При этом иногда можно немного помочь «нашим маленьким друзьям», например – добавить в воду какое-нибудь органическое вещество, пригодное для употребления микроорганизмами. Так поступают, к примеру, при очистке воды от нитратов.
Даже если состав сточных вод изменяется, человеческая деятельность зачастую не нужна: на место старых микробов приходят новые виды, специализирующиеся на новых веществах.
Обычно достаточно построить по соответствующим правилам очистное сооружение, создать в нём необходимые условия и немного подождать. На ожидание, конечно, может уйти несколько недель, но потом, когда микробное сообщество сформируется, очистное сооружение может работать вечно – по крайней мере пока есть сточные воды.
Обычно главным узлом очистного сооружения служит аэротенк. Это специальная ванна, в которую попадают сточные воды после предварительной очистки от крупных частиц. В этой ванне живут аэробные микроорганизмы, то есть такие, которые дышат атмосферным кислородом. Основная задача специалистов здесь – правильно рассчитать режим поступления кислорода. Если всё сделано успешно, то в аэротенке образуется активный ил, то есть сообщество микроорганизмов, способных поглощать загрязняющие вещества.
В столичных очистных сооружениях вода не нагревается, поэтому её температура на протяжении всего года достаточно постоянна – от 15 до 25 градусов. В такой воде могут развиться патогенные элементы, поэтому её дополнительно обеззараживают – например, хлорируют или озонируют. Любопытно, что правильно очищенная сточная вода во многих отношениях чище водоёма, в который её сливают.
Виды загрязнений воды
Есть великое множество видов загрязнений воды, происходящих по вине человека. Особую важность имеют соединения азота и фосфора. Азот входит в состав мочевины и аммония, которые потребляются соответствующими микроорганизмами и превращаются в нитраты. Фосфаты – непременный компонент стиральных порошков, которые вместе с использованной водой сливаются ежедневно в огромных количествах. Когда все эти вещества попадают в водоёмы, то появляется огромное количество планктона, который ими питается. Планктон вызывает так называемое цветение воды, из-за которого водоём гибнет. В частности, в цветущей воде нарушается газообмен, из-за чего гибнут рыбы и другие водные организмы.
Исходя из этого, во многих странах мира водоёмы вблизи больших городов стараются очищать в первую очередь от фосфора и азота.
Избавиться от нитратов можно с помощью анаэробных микроорганизмов (не потребляющих кислород). Для них нитраты служат ценным акцептором электронов, это полноценный аналог кислорода. Процессы восстановления нитратов приводят к образованию азота, который в газообразном виде испаряется в атмосферу; он абсолютно безвреден и является одной из главных составляющих нашей атмосферы. Данный процесс весьма популярен в силу своей дешевизны, однако в нём должны участвовать микробиологи, которые помогают заменить аэробный режим в среде на анаэробный. Это довольно сложный процесс, который протекает в несколько этапов.
Переработка фосфатов – несколько более сложный процесс, который ещё не до конца изучен. Специалисты ещё не смогли выделить чистую культуру микробов, способных усваивать фосфаты. Как это происходит в наше время? В аэробных условиях (при активном насыщении воды кислородом) особые микроорганизмы накапливают фосфаты, а после этого поступают в анаэробный реактор. В этот момент насыщение воды кислородом прекращается, после чего в анаэробных условиях микроорганизмы начинают использовать накопленные фосфаты в своём обмене веществ. Разросшаяся биомасса этих микроорганизмов время от времени удаляется, благодаря чему водоём избавляется от накопленных ими фосфатов. Выращивать такие бактерии достаточно сложно, при том что условия культивирования в процессе очистки воды резко меняются. Из-за этого детально изучить процесс поглощения этих веществ и выделить чистую культуру микроорганизмов пока не получается. В то же время чистая культура микробов весьма помогла бы в исследованиях, основанных на достижениях молекулярной биологии и генетики. Изучение метаболизма данных бактерий позволит детально разобраться с процессом усвоения фосфатов, а значит – улучшить имеющиеся методы очистки воды и разработать принципиально новые.
Новые способы очистки воды
Люди постоянно мечтают о неких чудесных средствах, которые позволили бы с помощью одного простого действия решить сразу много задач. Например – с помощью одной таблетки лечить все болезни сразу. Так и здесь: появляются предложения с помощью генной инженерии создать некий суперорганизм, который очищал бы воду от всех загрязнений сразу. Однако геном такого организма, скорее всего, будет огромных размеров – значительно больше человеческого. Ведь в воде содержатся сотни и тысячи видов загрязнений, на которых специализируются сотни и тысячи видов микроорганизмов; объединить свойства всех их воедино – задача практически неразрешимая.
Поэтому вместо этого разумно создавать подходящие условия для конкретных видов организмов. Здесь задействовано множество физических и химических процессов, но соответствующие технологии имеются. Так, на многих крупных очистных сооружениях имеются метантенки – резервуары, в которых использованные избытки активного ила подвергаются брожению, в результате чего образуется метан – газ, который можно использовать для обогрева. Оставшееся жидкое вещество содержит много аммония, который удаляется отдельными методами. В данном случае эффективной оказалась технология под названием «анаммокс » — анаэробное окисление аммония с образованием азота. Такая технология активно применяется на западе, но в Россию только начинает проникать.
Какими бы простыми в своей основе ни были аэротенки, сбои в их работе вполне могут произойти. Так, может измениться температура воды, её рН, образоваться токсины и т. д. Состояние воды поэтому должно контролироваться на входе и выходе. Например, в «очищенной » воде может обнаружиться повышенное содержание фосфора. Это означает, что очистка воды происходит не лучшим образом. Исходя из этих соображений, необходимо производить комплексные исследования, имеющие фундаментальные и прикладные стадии, используя инкубаторы БПК. Изучив строение и жизнедеятельность бактерии, можно понять, что делать в той или иной чрезвычайной ситуации. Зачастую «ремонт » очистного сооружения сводится к очень простым действиям – добавлению кислорода, снижению количества активного ила, изменению направления потока воды и т. д.
Рациональное потребление и сортировка отходов
Россия – огромная и, казалось бы, необъятная страна. А раз так, большие свалки нам не страшны и вода в наших водоёмах всегда будет чистая. Так думали наши сограждане ещё лет двадцать назад. «Необъятность » российских просторов была переоценена, и это привело к печальным последствиям: оказалось, что рекам и озёрам России остро необходимы очистные сооружения.
Кроме того, стало понятно, что бытовые отходы можно и нужно перерабатывать. И здесь микроорганизмы могут оказать существенную помощь. Они способны прежде всего усваивать органические фракции в пищевых отходах. Но этого мало: они способны потреблять даже тяжёлые металлы. Бактерии вообще способны усваивать практически любые вещества и жить при почти что любых условиях. Некоторые виды микроорганизмов способны даже выдерживать громадные дозы радиации и нормально жить в непосредственной близости от ядерных реакторов (такова бактерия Deinococcus radiodurans, выдерживающая количества радиации в тысячи раз большие, чем смертельная доза для человека). Бактерии могут научиться усваивать и перерабатывать и пластик, и полиэтилен, и другие сложные вещества, представляющие опасность для экологии. Микроорганизмы можно погубить разве что антибиотиками и ультрафиолетовым излучением; причём первые, как уже указывалось, имеют лишь временную эффективность – с течением времени новые поколения «жертв » успешно адаптируются к ним.
В общем, то, что представляет опасность для человека и животных, для бактерий абсолютно безвредно, а зачастую и необходимо для жизни. Множество микроорганизмов не нуждаются в кислороде, вместо него они используют другие вещества. Природа предоставляет нам шанс, и его необходимо использовать.
Способные усваивать упомянутые выше материалы микроорганизмы ищутся и изучаются в лабораториях многих стран мира, в том числе и в России. Итогом всех этих исследований должно стать существенное улучшение экологической обстановки на нашей планете; она должна стать чище. Это не просто проблема отдельных отраслей науки: в какой-то степени это идея, объединяющая всё человечество.
Источник
Как происходит очистка сточных вод бактериями
Сточные воды – это воды, которые образовались в результате деятельности человека и требуют очищения или утилизации, в противном случае они могут нанести окружающей среде непоправимый вред. Они классифицируются в зависимости от происхождения на три категории: атмосферные осадки, бытовые и производственные стоки. Для их очищения применяются биопрепараты. Каким образом бактерии очищают сточную грязную воду, какие микроорганизмы участвуют в очистке стоков?
Канализационные воды содержат разные примеси, которые и являются причиной их патогенности. Это азотосодержащие вещества, соли аммония, гидрокарбонатов, другие органические и минеральные компоненты. Для очищения стоков часто используются организмы, способные принимать участие в процессе, известном под названием анаммок (анаэробное окисление аммония). Эти микроорганизмы также принято называть анаммоками. Они эффективны не только в обычных, но и в антропогенных условиях, создают вместе с другими организмами защитную биопленку.
Качество очищения сточных вод определяется содержанием в них колиформных микробов. Это группа, представители которой похожи на кишечную палочку, колиформные микробы легко обнаруживаются и поддаются подсчету.
Принцип работы
Другое название бактерий для сточных вод – биоактиваторы. Они относятся к непатогенным, выращиваются в искусственных условиях, полностью безвредны для здоровья организма человека. Основные характеристики и принцип работы для всех микробов общие. Препарат на их основе запускают в стоки. Фекальные массы, содержащие в большом количестве колиформные микроорганизмы, жир, мыльные растворы, остатки пищи, перерабатываются колониями, выращенными в лабораториях.
В результате такой деятельности простейших организмов сточные воды очищаются настолько, что преобразовываются в техническую, прозрачную воду без запаха и цвета. Если требуется очищение производственных стоков, которые содержат аммоний, применяются бактерии анаммок. Эти микроорганизмы эффективны, если требуется очистка канализационных станций.
Бактерии, которые используются для очищения и осветления стоков, продаются в виде порошка или геля. В обычном состоянии они неактивны. Чтобы привести их в действие, следует просто разбавить порошок водой или взболтать жидкость.
В природе есть огромное количество простейших организмов, которые могут оказывать полезное или вредное влияние на здоровье человека и состояние окружающей среды. Например, колиформные микробы живут в фекальных массах, а бактерии аниммок способствуют распаду аммония. Препараты на основе активных микроорганизмов используются для переработки сточных вод. По природе и механизму действия они делятся на две большие группы.
- Анаэробные – вид микроорганизмов, которые входят в состав биопрепаратов для очистки сточных вод. Общие их характеристики: способность вести свою жизнедеятельность без кислорода. Их используют как средство для обслуживания канализационных станций, септиков, выгребных ям. Чтобы бактерии эффективно выполняли свою работу, им требуется углерод, сульфаты или нитраты.
- Аэробные – простейшие организмы, которым для нормального функционирования нужен кислород. Сточные воды сами по себе не содержат воздуха, поэтому, чтобы микробы могли нормально очищать стоки, требуется подача кислорода из компрессора.
В бытовых условиях используются чаще анаэробные бактерии, так как они не требуют особых условий, чтобы осуществлять тщательное очищение сточных вод. В канализационных станциях применяется очистка в несколько этапов.
При покупке бактерий, которые применяются для переработки бытовых сточных вод, следует обратить внимание, на какие стоки препарат рассчитан, а также в канализациях каким объемом могут использоваться средства. Микроорганизмы должны полностью уничтожать колиформные микробы, а также бороться с другими патогенными организмами. Колиформные микробы являются возбудителями опасных заболеваний. Производственные стоки очищаются при помощи анаммоков.
Формы выпуска
Что касается формы выпуска биопрепаратов, то она не так важна, внимание обращается в основном на эффективность средства. В продаже они доступны в таких формах:
- жидкие гели;
- гранулированные препараты;
- порошковые средства;
- пакеты;
- кассеты (содержат колонии активных микроорганизмов, в том числе бактерий анаммок).
В состав большинства препаратов, кроме основных компонентов, входят и вспомогательные вещества, которые выполняют функции катализаторов.
Очистка сточных вод при помощи простых организмов достаточно эффективна. Очищенная вода может использоваться в хозяйственных целях, например, для полива огорода или газона. Она очищена от патогенных бактерий, в том числе от колиформных микробов.
Что влияет на эффективность биопрепаратов
Есть общие правила использования биологически активных препаратов. Только при их соблюдении можно добиться хорошего результата. Следует запомнить, что бактерии могут погибнуть при определенных условиях. В канализационной емкости должен быть определенный уровень жидкости. Активные простейшие организмы гибнут в результате воздействия низких температур, препаратов бытовой химии на основе хлора. Анаммоки способны функционировать не только в естественных, но и в антропогенных условиях. В результате их деятельности образовываются пленки, расщепляются молекулы аммиака, образовывается молекулярный азот.
Биологически активные препараты эффективно справляются с заданием очистки канализационных нечистот. Колонны бактерий уничтожают колиформные патогенные организмы, преобразовывают фекальные массы, органические отходы. Основным преимуществом применения биопрепаратов является высокая эффективность и безопасность. При соблюдении определенных условий средства будут качественно обслуживать канализацию, обеспечивая эффективную переработку сточных вод. Сегодня на рынке представлен широкий ассортимент препаратов на основе активных микроорганизмов. Они отличаются эффективностью, формой выпуска, ценой.
Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.
Источник
