Проекты

Инфузории активного ила – индикаторы степени очистки сточных вод

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Экология и эволюция»

Направление работы: Экология, Микробиология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2090
Предметы: Биология, Химия
Классы: 8 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину» 2020 года

Актуальность

Из всех способов промышленной очистки сточных вод самая эффективная – биологическая. Проводят её в аэротенках очистных сооружений с помощью активного ила, который представляет собой биоценоз различных организмов, в основном – бактерий, простейших и червей. Простейшие являются наиболее значимой составной частью активного ила. Инфузории можно использовать как объекты для биотестирования и биоиндикации, хотя нет чёткого описания применяемых для этого методик. До настоящего времени недостаточно изучены механизмы приспособленностей этих простейших к изменяющимся условиям среды.

По угнетённости самих инфузорий, их деятельности, составу и морфологическим изменениям можно контролировать качество работы очистных сооружений.

Цель

Выявить эколого-морфологические характеристики инфузорий активного ила Курьяновских очистных сооружений как индикатора качества биологической очистки сточных вод.

Задачи

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Познакомиться со структурой и особенностями работы Курьяновских очистных сооружений (КОС).

3. Определить видовой состав инфузорий активного ила.

4. Провести опыты по выявлению действия различных химических веществ на инфузорий, обитающих в активном иле.

Оснащение и оборудование, использованное в работе
• Микроскоп
• Фотокамера
• Лабораторные механические весы
• Микропипетки
• Чашки Петри
• Предметные и покровные стёкла
• Растворы медного купороса разных концентраций
• Раствор хлорида натрия

Описание
Видовое многообразие инфузорий автор изучал, используя журналы микроскопии сточных вод и активного ила из первичных и вторичных отстойников и аэротенков. На основе этого анализа определялся и количественный состав инфузорий. В составе активного ила очистных сооружений можно выделить примерно 50 видов инфузорий. Большая часть из них ведут прикреплённый (перифитонный) образ жизни – 29 видов. Для исследования были выбраны следующие виды инфузорий: Blepharisma lateritium, Paramecium caudatum, а также сувойки (Vorticella sp.).

Биотестирование с использованием инфузорий активного ила (эксперимент с растворами хлорида натрия и раствором медного купороса) проводилось по методам, предложенным А.В. Жуковым. Для получения раствора, содержащего ионы меди, использовали медный купорос, а не хлорид меди, как описано в авторской методике.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) ионов меди в воде, согласно СанПиН, составляет 1 мг/л, а по данным литературных источников, порог токсичности меди для инфузорий – 0,0001 мг/л.

Для изучения влияния ионов меди на клетки инфузорий Blepharisma lateritium и Paramecium caudatum использовались растворы медного купороса с концентрациями: 1 мг/л (1 ПДК), 2,5 мг/л (2,5 ПДК) и 5 мг/л (5 ПДК). На предметные стёкла друг за другом наносились капли, содержащие по 20–30 клеток инфузорий, и добавлялись растворы сульфата меди различных концентраций. Скорость реакций инфузорий фиксировали секундомером и с помощью окуляра-камеры для микроскопа «Микромед Р1» делали фотографии.

Для изучения влияния токсичности воды на сувоек использовали раствор из смеси хлорида натрия (35 мг) и медного купороса (1 мг). Данный эксперимент провели, т. к. в литературных источниках было описано появление «бродяжек» при изменении токсичности сточных вод. Полученный раствор добавили в чашки Петри с сувойками. Затем брали пробы и рассматривали их под микроскопом. Реакции инфузорий и сувоек на вредные вещества фотографировали с помощью окуляра-камеры для микроскопа «Микромед С-11».

Результаты

Большинство инфузорий питаются бактериями, этим объясняется доминирование инфузорий-бактериофагов. В первичных отстойниках КОС на их долю приходится 76% (38 видов), в то время как во вторичных отстойниках – 44% (22 вида), а в аэротенках – 52 % (26 видов). Доля хищных инфузорий возрастает с 2% в первичных отстойниках, до 26 % – во вторичных, а в аэротенках их лишь 10%. Кроме того, в первичных и вторичных отстойниках и аэротенках встречаются инфузории со смешанным типом питания.

Добавление ионов меди разных концентраций в каплю с инфузориями вызывали у обоих видов совершенно противоположные реакции. Paramecium caudatum реагировали с первых секунд резкими, крутящимися, беспорядочными движениями, а клетки Blepharisma lateritium замедляли движение до полной остановки.

Изменения параметров клеток также различались. У Paramecium caudatum отмечался переход формы тела к широкоовальной, а местами происходило выпячивание цитоплазмы с последующим разрывом оболочки клетки и гибелью инфузорий.

Под действием ионов меди у Blepharisma lateritium наблюдались морфологические изменения клеток. В концентрациях 1 мг/л происходило разбухание особей, причём, инфузории сохраняли двигательную активность. В концентрациях 2,5 мг/л и 5 мг/л форма клеток сохранялась, но в клетках прекращалось движение цитоплазмы, останавливалась работа сократительных вакуолей и, в конечном итоге, терялась двигательная активность.

Гибель инфузорий Blepharisma lateritium происходила в 2–3 раза быстрее, чем клеток Paramecium caudatum. Первые погибали через 1–1,5 минуты, а вот вторые – через 2–3,5 минуты.

Под действием растворов хлорида натрия и медного купороса разных концентраций у сувоек проявлялись различные реакции, которые защищают организмы от воздействия вредных веществ (втягивание перистома в цитоплазму, его закрытие и отрыв зооидов от стебелька).

Выводы

1. Курьяновские очистные сооружения г. Москвы обеспечивают полную биологическую очистку по классической технологической схеме.
2. Инфузорий активного ила следует использовать в качестве индикаторов качества очистки сточных вод.
3. Видовой состав инфузорий активного ила определяет качество очистки сточных вод, а активность работы инфузорий зависит от условий их существования.

Перспективы использования результатов работы

Инфузорий Blepharisma lateritium можно рекомендовать в качестве тест-объектов на определение содержания тяжёлых металлов в воде.

Сотрудничество с организацией при выполнении работы

ЦКОСВ Южное Бутово Курьяновские очистные сооружения

Мнение автора
«Участие в конференции «Старт в медицину» дало мне возможность провести своё первое исследование. Я получила важный опыт в сфере публичных выступлений»