Изучение влияния растений-интродуцентов на качество городских сточных вод. Examining the Influence of Introduced Plant Species on the Municipal Wastewater Quality

Изучение влияния растений-интродуцентов на качество городских сточных вод

Исаева А. У., Ешибаев А. А., Исаева А. Е., Научно-исследовательский институт промышленной экологии и биотехнологии Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауезова, Шымкент, Казахстан

Для интенсификации процесса очистки сточных вод, в основном для регионов с теплым климатом, предлагается использовать растения-интродуценты, способные быстро расти, размножаться и интенсивно поглощать из водной среды практически все биогенные элементы и их соединения. В качестве фитомелиорантов наиболее часто рекомендуются эйхорния отличная (Eichornia crassipes) и пистия телорезовидная (Pistia stratiotes).

Цель исследования — изучение влияния данных растений на содержание основных токсичных ингредиентов в муниципальных сточных водах г. Шымкент. Модельные опыты проводили на воде из первичного радиального отстойника городских очистных сооружений.

В результате проведенных исследований установлено, что за 5 суток происходит значительное снижение концентрации загрязняющих веществ (табл. 1).

Результаты лабораторных исследований по использованию растений-интродуцентов для доочистки городских сточных вод

Показатель	До опыта	После опыта			Эффективность очистки, %
Показатель	До опыта	Контроль	Эйхорния	Пистия	Конт- роль	Эйхорния	Пистия
рН	7,7	7,7	7,7	7,7	–	–	–
Взвешенные вещества, мг/дм³	19,3	19,6 ± 0,006	9,8 ± 1,2	6,2 ± 1,3	*	49,22	67,87
Сухой остаток, мг/дм³	672	676 ± 1,2	338 ± 3,2	385 ± 1,2	*	49,7	42,7
Хлориды, мг/дм³	46,5	46,5 ± 0,8	33,4 ± 0,9	33,8 ± 1,5	0	28,17	27,31
Фосфаты, мг/дм³	3,0	3,0 ± 0,001	0,01 ± 0,002	0,05 ± 0,001	0	99,66	98,33
NО₂^-, мг/дм³	0,55	0,49 ± 0,003	0	0,1 ± 0,004	10,9	100	81,81
NО₃^-, мг/дм³	9,2	9,0 ± 0,95	1,6 ± 0,4	2,0 ± 0,3	2,17	82,6	78,26
NН₄⁺, мг/дм³	8,3	8,6 ± 1,01	0,5 ± 0,006	0,7 ± 0,002	*	93,97	91,56
ХПК, мг О/дм³	40,9	43 ± 2,8	25,5 ± 1,02	24,0 ± 1,53	*	37,65	41,32
БПК₅, мг О/дм³	24,5	26,1 ± 1,03	14,1 ± 0,92	14,7 ± 1,02	*	42,44	40
Нефтепродукты, мг/дм³	0,1	0	0	0	100	100	100
Сульфаты, мг/дм³	120,4	121 ± 4,8	98,0 ± 4,1	101,0 ± 3,2	0,49	18,6	16,11
СПАВ, мг/дм³	0,1	0	0	0	100	100	100
Сr⁶⁺, мг/дм³	0,1	0,1 ± 0,001	0	0	100	100	100

Очищение водных растворов от токсичных составляющих происходит в первые 2 суток, когда имеет место активная сорбция взвешенных веществ на корнях растений. Визуально наблюдается отложение на корнях слоя нерастворимых веществ. В последующие дни скорость очистки снижается, что, видимо, объясняется уменьшением сорбционной емкости корневой поверхности растений. В ходе исследования установлено, что условия опыта оптимальны для роста и развития растений — у обоих развилась мощная корневая система с хорошо разветвленными придаточными корнями. Длина корней эйхорнии достигает (55,0 ± 2,5) см, пистии — (42,1 ± 0,8) см, контрольных образцов — (15,2 ±1,3) см и (17,3 ± 0,8) см соответственно.

Однако процесс очистки на этом не заканчивается. Анализ лабораторных данных показывает, что процессы минерализации продолжаются, хотя их скорость снижается. Возможно, основная роль в очистке сточных вод от органических примесей принадлежит ризосферной микрофлоре. Вероятно, размножаясь на поверхности корней и питаясь их выделениями, ризосферные микроорганизмы способствуют поглощению растениями питательных веществ. Кроме того, в процессе жизнедеятельности микроорганизмы могут выделять физиологически активные вещества типа витаминов и ауксинов, способствующие усилению корневого питания и активизации обменных процессов. Следствием такого рода взаимодействий становится образование консорциума высшее растение—микроорганизмы, каждый из участников которого играет свою роль в процессе очистки сточных вод. Растение сорбирует на поверхности корней токсичные ингредиенты, микроорганизмы продолжают процесс за счет минерализации органических соединений. Микрофлора ризосферной зоны растений представлена в основном спороносными палочками р. Bacillus, микобактериями, образующими колонии различных цветов, и проактиномицетами. Число актиномицетов и коринебактерий колеблется в пределах 10—10² кл/мл. По сравнению с ризосферой в прикорневой зоне общее количество микроорганизмов увеличено на несколько порядков (табл. 2).

Численность микрофлоры в ризосфере пистии телорезовидной и эйхорнии отличной, кл/г влажных корней

Микроорганизмы	Pизосфера	Прикорневая микрофлора	Корневая микрофлора
Пистия телорезовидная
Гетеротрофы	4,4·10³	4,8·10⁴	1,1·10⁴
Микобактерии и актиномицеты	1,5·10⁵	4,3·10⁷	1,3·10⁵
УОМ	3,6·10³	7,2·10⁶	9,2·10³
Эйхорния отличная
Гетеротрофы	8,8·10³	2,4·10⁸	6,0·10³
Микобактерии и актиномицеты	1,4·10⁴	1,3·10⁸	4,1·10⁴
УОМ	4,4·10⁵	4,1·10⁸	4,6· 10⁷

Доминируют неспороносные палочки р. Pseudomonas и р. Achromobacter, а также микобактерии. Актиномицеты присутствуют в меньшем количестве и образуют колонии белого и красного цветов. Непосредственно на корнях основную массу гетеротрофной микрофлоры составляют микобактерии и палочковидные неспороносные формы р. Bacterium, р. Achromobacter, отмечено незначительное количество спороносных палочек р. Bacillus. Основная масса микроорганизмов сосредоточена на поверхности корневой системы высших водных растений. Титр микроорганизмов снижается по мере удаления от ризосферной зоны.

Таким образом, установлено, что при использовании растений-интродуцентов происходит значительное снижение концентрации основных ингредиентов в водных растворах. Однако, говоря о роли макрофитов в снижении концентрации химических соединений в водных растворах, нельзя не учитывать ведущую роль всего сообщества микроорганизмов, обитающих как в ризосферной зоне растений, так и в планктоне, и использующих органические соединения в качестве источника углеродного питания.