Микробиологи выяснили, кто обеспечивает эффективность очистных сооружений Москвы
В этой работе авторы сосредоточились на принадлежности микробов к разным таксономическим и физиологическим группам, чтобы понять, как различные подходы к очистке влияют на популяцию активного ила, а тот — на эффективность процесса. Хотя в целом микробное население разных очистных сооружений было схоже, обнаружились и отличия, обусловленные используемыми на очистных установках методами.
Вода, которая используется в быту, сельском хозяйстве и на различных предприятиях, неизбежно загрязняется, и возвращать ее в таком виде в природу опасно как для экологии, так и для людей, которые так или иначе ее используют и даже просто находятся рядом. Именно поэтому все сточные воды, поступающие в городскую канализацию, проходят многоступенчатую очистку: механическую, биологическую, физико-химическую и дезинфекционную.
Биологическая обработка происходит при помощи микроорганизмов в составе так называемого активного ила и предполагает удаление органических веществ и биогенных элементов — углерода, азота и фосфора. Микробы используют компоненты сточных вод для получения энергии и постройки своих клеток, заодно превращая их в безвредные или менее опасные соединения.
Сотрудники Института биоинженерии им. К. Г. Скрябина и Института микробиологии им. С. Н. Виноградского, входящих в состав ФИЦ биотехнологии РАН (Москва), отобрали пробы активного ила из девяти крупнейших очистных сооружений Москвы и проанализировали гены 16S рРНК их микробных обитателей. Благодаря особенностям своей структуры этот фрагмент ДНК используется для молекулярно-генетической идентификации микроорганизма.
Анализ показал, что лучше всего работала технология, разработанная в Кейптаунском университете, суть которой заключается в определенном чередовании кислородных и бескислородных условий, что обеспечивает эффективное удаление микроорганизмами органики, углерода, азота и фосфора. Как и ожидали авторы, основу микробной популяции на установках с такой методикой составляли нитрифицирующие, денитрифицирующие и фосфат-аккумулирующие бактерии, с которыми другие штаммы не очень уживаются: им нужны особые условия среды.
Очистка методом нитрификации—денитрификации эффективно удаляла только органику и азот, соответственно, в иле были обнаружены микроорганизмы — нитрификаторы и денитрификаторы. Вместе с тем фосфат-аккумуляторов было мало, и фосфор оставался в системе; легко расщепляемую органику успешно перерабатывали гетеротрофы.
Худшие результаты эффективности очистки от органики и аммония показали очистные установки, где применялась традиционная аэробная система. Здесь не получили большого распространения обитатели бескислородных областей, однако из-за неидеального обеспечения реакторов кислородом (возможно, плохого перемешивания) внутри комков ила все же образовывались анаэробные участки. Здесь начинали действовать «поедающие» органику денитрификаторы, способные переработать лишь часть азотсодержащих соединений.
Также ученые проверили, насколько микробиомы активного ила московских очистных сооружений схожи с описанными в других странах. Оказалось, что они не похожи на европейские или иные группы и образуют отдельный кластер на «глобальном дереве». Вероятно, составы микробиомов в большей степени обусловлены характеристиками сточных вод, которые определяются экологическими, экономическими и культурными особенностями каждого конкретного города, чем особенностями используемой технологии очистки. Например, в Москве цены на воду для использования в быту относительно низки, можно не экономить, и в канализацию поступают довольно разбавленные растворы органики, а потому ее концентрация оказывается ниже, чем в других крупных городах мира.