Durante il funzionamento degli impianti di trattamento delle acque reflue, guardiamo quotidianamente i dati: COD, NH3-N, TN, SVI, DO, ecc., ma il primo "allarme" spesso non proviene dagli strumenti, ma dai microrganismi. Gli operatori esperti spesso non guardano prima i referti di laboratorio, ma piuttosto il microscopio, perché i microrganismi non mentono; la loro "apparizione o scomparsa" ti dice direttamente se il sistema è sano. Questo articolo delinea sistematicamente i metodi per identificare rapidamente i microrganismi comuni nel trattamento delle acque e il loro significato indicativo da una prospettiva pratica e pratica, aiutandoti a: valutare in anticipo i rischi del processo senza attendere che i dati superino gli standard.
I. Perché i microrganismi sono più “lungimiranti” degli indicatori fisico-chimici?
Nei sistemi di trattamento dell'acqua, gli indicatori fisico-chimici riflettono "risultati già verificati", mentre i cambiamenti nella comunità microbica sono spesso "segnali che i problemi sono appena iniziati". Ad esempio: l'azoto ammoniacale potrebbe non essere eccessivo, ma i batteri nitrificanti sono già notevolmente diminuiti; Gli SS dell'effluente possono rientrare entro limiti accettabili, ma i batteri filamentosi hanno già iniziato a colonizzare la superficie. Fiocchi batterici; i dati sembrano normali, ma i villi iniziano a restringersi e a diventare rotondi: questi sono tutti segnali di allarme visibili.
II. Quattro categorie di microrganismi nel trattamento delle acque e approcci di identificazione di base
I microrganismi monitorati nei sistemi di trattamento dell'acqua sono generalmente suddivisi in quattro categorie: batteri (i principali componenti funzionali del sistema), protozoi (l'indicatore biologico di prima-linea più sensibile), metazoi (un indicatore di elevata stabilità del sistema) e alghe e funghi (indicatori di anomalie o contaminazione). Protozoi, metazoi, fiocchi e batteri filamentosi possono essere osservati direttamente con un microscopio ottico; i batteri richiedono metodi di colorazione, coltura o biologia molecolare.
Se un "esperto" esamina direttamente i tuoi "fanghi" al microscopio e dice che c'è un problema con i batteri nitrificanti, puoi dire all'"esperto" di andarsene. I batteri nitrificanti e nitriti-ossidanti non possono essere osservati direttamente al microscopio.
III. Metodi di identificazione microbica più comunemente utilizzati nel trattamento delle acque (in ordine di difficoltà)
1. Livello base: microscopio ottico 100~400x. Prendere direttamente il liquore misto dal serbatoio di aerazione o l'affluente dal serbatoio di sedimentazione secondaria e lasciarlo riposare per 3~5 minuti.. 1. Minuti: preparare un vetrino dallo strato intermedio del terreno per l'osservazione dal vivo o per la semplice colorazione con blu di metilene. L'identificazione diretta è possibile per: protozoi, metazoi, fiocchi batterici, batteri filamentosi e alghe.
2. Fase avanzata (giudizio ausiliario del laboratorio): posizionare una goccia d'acqua al centro di un vetrino, aggiungere una quantità molto piccola di fango o terreno di coltura e distribuirla delicatamente in modo uniforme per formare uno striscio sottile e uniforme (deve essere sottile; uno striscio troppo spesso risulterà in una decolorazione incompleta e falsi positivi). Lasciarlo asciugare all'aria (non riscaldare). Posizionare il vetrino con il lato batterico rivolto verso l'alto e passarlo rapidamente avanti e indietro sulla fiamma di una lampada ad alcool per 2-3 volte (se non è disponibile una lampada ad alcool, è possibile utilizzare un accendino). Aggiungi il cristalvioletto per coprire completamente lo striscio. Dopo 1 minuto, risciacquare delicatamente con un lento getto d'acqua. A questo punto tutti i batteri saranno viola. Aggiungi la soluzione di iodio per coprire lo striscio. 1 minuto dopo... Risciacqua dopo 30 minuti. Inclinare il vetrino, aggiungere etanolo al 95%, sciacquare con acqua per 10-20 secondi, aggiungere safranina o fucsina basica diluita, sciacquare per 30-60 secondi, asciugare con un panno e osservare al microscopio.
La colorazione di Gram può distinguere tra batteri Gram-positivi (G+) e Gram-negativi (G-) e aiuta nell'identificazione dei batteri filamentosi. I batteri Gram-positivi (G+) hanno pareti cellulari spesse e appaiono viola o blu scuro quando osservati; I batteri Gram-negativi (G-) hanno pareti cellulari più sottili con una membrana esterna e appaiono rossi o rosa quando osservati.
Durante il funzionamento del progetto non abbiamo condotto esperimenti per distinguere tra G+ e G-, ma piuttosto per determinare l'origine dei problemi di processo. Nel caso di contaminanti attivi... Nei sistemi a fanghi, Gnaphalium e Thiofilaria sono per lo più Gram-negativi (G−), spesso corrispondenti a un elevato carico organico, insufficiente ossigeno disciolto (DO) e un contenuto di zolfo eccessivamente elevato nelle acque reflue; gli actinomiceti sono per lo più Gram-positivi (G+), che spesso corrispondono a bassa temperatura dell'acqua, invecchiamento dei fanghi e reazione allo stato solido- eccessivamente lunga (SRT). Inoltre, poiché le cellule G- hanno pareti cellulari più sottili, sono spesso le prime a morire quando il sistema è sottoposto a shock tossici, a farne le spese sono i batteri nitrificanti (soprattutto G-).
Non è necessario eseguire la colorazione di Gram quotidianamente. Può essere utilizzato come strumento diagnostico ausiliario quando si osserva un rigonfiamento di fanghi filamentosi, un improvviso collasso della nitrificazione, sospetti shock tossici o un funzionamento anomalo a basse temperature in inverno.
I due metodi precedenti sono semplici e adatti agli impianti di trattamento delle acque. Esistono anche metodi più sofisticati, come la colorazione dell'rRNA 16S. Il sequenziamento, la FISH, la citometria a flusso, ecc. sono adatti solo per la ricerca e non sono consigliati per l'uso nell'ambito del progetto.
IV. Batteri: lo "scheletro del sistema" che determina la capacità di trattamento
1. Flocs: l'indicatore primario della stabilità del sistema
I batteri floc-formanti sono i principali portatori dei fanghi attivi. Le loro caratteristiche morfologiche includono una struttura flocculante o simile a un ciuffo, racchiusa in una capsula appiccicosa, con cocchi densamente imballati o bacilli corti all'interno.
Se la struttura del fiocco è compatta e i bordi sono lisci, ciò indica un'elevata attività dei fanghi, una buona flocculazione e sedimentazione e una forte capacità di rimozione di COD e NH3-N. Se la struttura è allentata, i bordi sono ruvidi e si rompe facilmente, ciò indica invecchiamento o avvelenamento dei fanghi, un alto rischio di rigonfiamento e un'alta probabilità che SS superi lo standard nell'effluente.
2. Batteri filamentosi: i "problemi" di processo più comuni
Gastrosporium glomeratum (G⁻) 1. [Testo poco chiaro - probabilmente correlato a batteri:] La presenza di una guaina e la capacità di muoversi indicano un carico organico elevato e un'insufficienza di ossigeno disciolto (DO). I granuli contenenti G-zolfo-, che appaiono lucidi al microscopio, indicano un elevato contenuto di zolfo nelle acque reflue o in condizioni anaerobiche. Gli attinomiceti ramificati G- indicano una bassa temperatura dell'acqua o l'invecchiamento dei fanghi.
3. Batteri funzionali: il "motore" del processo di denitrificazione.
I batteri nitrificanti sono prevalentemente Gram-negativi (quasi interamente Gram-negativi), mentre anche i batteri denitrificanti sono prevalentemente Gram-negativi, ma possono partecipare anche batteri Gram-positivi.
V. protozoi
Il più importante "indicatore biologico" per il funzionamento e la manutenzione in prima linea. I protozoi si nutrono di batteri e detriti organici e sono estremamente sensibili ai cambiamenti ambientali, rendendoli gli organismi indicatori più adatti per gli esami microscopici di routine.
Diversi protozoi corrispondono a diverse condizioni operative. I flagellati compaiono durante l'avvio del processo-, un elevato carico influente e una scarsa qualità dell'acqua; le amebe compaiono durante le fluttuazioni della qualità dell'acqua. Si osservano livelli elevati e bassi di ossigeno disciolto (DO) e scarsa qualità del flocculante. I ciliati natanti (come il Paramecio) compaiono nella fase di transizione. I ciliati sedentari (come Vorticella e Cyclocarya) compaiono quando il sistema è stabile e la qualità dell'effluente è eccellente. Tuttavia, se il disco orale della Vorticella si restringe e il suo corpo diventa arrotondato, questo è un segnale molto pericoloso, che indica avvelenamento microbico o carenza di DO, e il processo sta per non funzionare correttamente. I sifonofori sono abbondanti solo quando la qualità dell'acqua è eccellente e il sistema è maturo.
VI. Metazoi: un segno di sistema "molto stabile".
I rotiferi compaiono quando il processo è stabile per lungo tempo, ma un numero eccessivo di rotiferi indica l'invecchiamento dei fanghi e un basso carico organico. I nematodi non hanno alcun significato indicativo evidente in piccole quantità, ma un gran numero indica condizioni anaerobiche, accumulo di fanghi o shock tossico. Un gran numero di vermi vibranti e vermi tubifex indicano gravi condizioni anaerobiche e putrefazione dei fanghi, che è un segnale di livello di incidente del processo. NO.
VII. Alghe e funghi: segnali d'allarme di anomalie e inquinamento
Una piccola quantità di alghe può integrare l'ossigeno disciolto (DO); una grande quantità di funghi indica un basso pH influente, un alto contenuto di zuccheri, fanghi invecchiati e che i funghi competono con i batteri per i nutrienti, portando a fiocchi sciolti.
VIII. Modelli di successione microbica: più importanti della "singola specie"
Sequenza tipica di successione microbica (processo dall'avvio-up → operazione stabile → alta-qualità): se i microrganismi hanno successo nell'ordine "flagellati → sarcotteri → ciliati nuotatori → ciliati sessili → suctoriani → rotiferi", indica che il sistema sta migliorando; se la successione è invertita, indica che il sistema si sta deteriorando.
IX. Suggerimenti pratici per il funzionamento e la manutenzione in prima linea
All'uscita del serbatoio di aerazione o all'ingresso del serbatoio di sedimentazione secondaria, osservare prima una diluizione 100x, quindi una diluizione 400x. Durante il periodo stabile osservare una volta al giorno; durante periodi anomali, aumentare a 2-4 volte al giorno. La colorazione di Gram deve essere utilizzata una sola volta, in caso di condizioni meteorologiche estreme, aggiornamenti del sistema o quando viene aggiunta una nuova fonte d'acqua al sistema.
Conclusione: coloro che comprendono veramente il trattamento dell'acqua prima o poi torneranno al microscopio. Quando puoi utilizzare i microrganismi per determinare in quale unità si trova il problema-se si tratta di un problema di carico, di ossigeno disciolto (DO) o di uno shock tossico-e se è necessario un intervento precoce, non sei più un operatore "guidato dai dati", ma qualcuno che controlla realmente il processo.
I microrganismi sono il linguaggio più onesto di un sistema di trattamento dell'acqua.