Сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН выяснили, какие микроорганизмы живут в очистных сооружениях Москвы и какие стратегии очистки воды наиболее эффективны. Подробнее об этом ученые рассказали в статье в журнале Scientific Reports.
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 позволяет избавиться от углерода, азота и фосфора.
«В зависимости от того, что содержится в среде, какова температура и технология обработки, а также загруженность очистного сооружения, в активном иле будут преобладать те или иные группы микроорганизмов. Поскольку ряд штаммов нельзя культивировать в условиях лаборатории, мы многого не знаем о том, кто помогает нам очищать сточные воды. Это очень важно как для подбора оптимальных технологий очистки сточных вод, так и для оценки эффективности работы очистных сооружений», — рассказывает научный сотрудник центра метагеномики и инженерии микробных сообществ ФИЦ Биотехнологии РАН Шахжахон Бегматов.
Ученые отобрали пробы активного ила из девяти крупнейших очистных сооружений Москвы. Анализ показал, что лучше всего работала технология очистки, разработанная в Кейптаунском университете, суть которой заключается в определенном чередовании кислородных и бескислородных условий. Как и ожидали авторы, основу 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 аммиака показали очистные установки, где применялась традиционная аэробная система. Здесь не получили большого распространения обитатели безкислородных областей, однако из-за неидеального обеспечения реакторов кислородом (возможно, плохого перемешивания) внутри комков отходов 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 схож с описанным 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 низкие, можно не экономить, и в канализацию поступают довольно разбавленные растворы органики, а потому ее концентрация оказывается ниже, чем в других крупных городах мира.
Результаты работы помогут улучшить технологии очистки сточных вод с учетом особенностей региона, заключают исследователи. Они рассчитывают, что полученные данные поспособствуют пересмотру подходов на конкретных очистных сооружениях и их замене на более эффективные и безопасные для природы и людей.