Кратко: снижение разнообразия сапрофитных бактерий уменьшает функциональную устойчивость очистных сооружений, может ухудшить разложение органики, поток нитрификации/денитрификации, стабильность активного ила и качество осадка — что влечёт за собой падение показателей очистки и риск вспышек проблем (булькинг, запахи, патогены). Ниже — ключевые последствия и набор исследований/методов для оценки.
Последствия для функционирования (основные механизмы)
- Снижение устойчивости и резилиентности: меньше функциональной избыточности → большая чувствительность к стрессам и колебаниям нагрузки.
- Замедление разложения органики: падение скорости минерализации → рост $BOD$ и $COD$ на выходе.
- Нарушение нитрификации/денитрификации: уменьшение численности/разнообразия нитрификаторов/денитрификаторов → накопление $N{H}_4^{+}$, $N{O}_2^{-}$ и снижение удаления $N$.
- Изменение структуры осадка: слабее флокуляция, повышенный индекс взвешенности осадка ($SVI$) → булинк/плохое отстаивание и ухудшение обезвоживания.
- Рост оппортунистов и патогенов: освобождённые экологические ниши могут занять нежелательные микробы.
- Сдвиги в продуктах метаболизма: накопление промежуточных или токсичных веществ, запахи (сероводород и пр.).
- Влияние на энерго- и материальные потоки: возможный рост потребления кислорода, увеличение производства осадка и затрат на утилизацию.
Необходимые исследования и мониторинг (что и как измерять)
1. Операционные параметры (ежедневно/несколько раз в неделю):
- $BO{D}_5$, $COD$, общая азотная нагрузка ($TN$), аммоний-азот ($N{H}_4^{+}$), нитрит ($N{O}_2^{-}$), нитрат ($N{O}_3^{-}$), фосфор ($TP$), взвешенные вещества ($SS$), растворённый кислород (DO), pH, температура.
2. Микробиологический анализ сообщества:
- Ампликонный секвенсинг $16S$ rRNA для оценки α‑ и β‑разнообразия (индексы Shannon, Simpson) и изменения таксономии.
- Метагеномика для функционального профиля (гены деградации, азотного цикла).
- Метатранскриптомика/метапротеомика для активности путей.
- qPCR целевых генов: $amoA$, $nxr$, $nirS/nirK$, $nosZ$, гидролитические ферменты и т. п.
3. Функциональные биотесты:
- Респирация (OUR), скорости нитрификации/денитрификации в лабораторном масштабе (инкубации, расчёт констант скорости).
- Тесты на разложение модельных субстратов (лабораторные биодеградационные испытания).
- Биотесты токсичности (например, Daphnia, Vibrio fischeri) для оценивания побочных продуктов.
4. Физико‑химические и структурные параметры ила:
- MLSS, MLVSS, SVI, флокулометрия (микроскопия), EPS (экстракция и количественный анализ).
- Дегидратация/обезвоживание осадка (циклон/лисовые тесты).
5. Эксперименты на пилотных/лабораторных реакторах:
- Контролируемые реакторы (SBR/chemostat) с разными дозами биопрепарата и контрольной линией — мониторинг восстановления и пороговых эффектов.
- Исследование скорости восстановления после прекращения воздействия (recovery tests).
- Дозозависимые кривые и определение пороговой концентрации, при которой снижается ключевая функция.
6. Анализ сети и функциональной избыточности:
- Сетевой анализ ко‑встречаемости, оценка ключевых видов (keystone) и функциональной избыточности для прогнозирования рисков.
7. Мониторинг риска патогенов и антимикробной резистентности:
- Культивирование и qPCR для патогенов; поиск генов резистентности в метагеномике.
8. Статистика и моделирование:
- Корреляция между показателями разнообразия и функциональными выходными параметрами; моделирование влияния снижения разнообразия на приемлемость очистки.
Краткий план действий при обнаружении негативного эффекта
- Немедленный усиленный мониторинг ключевых параметров (см. п.1).
- Пилотные тесты по изменению режимов (увеличение $SRT$, аэрация, снижение дозы биопрепарата) и/или биореанимации (биоаугментация).
- Оценка необходимости временного прекращения применения препарата и план по восстановлению биоразнообразия.
Если нужно, могу предложить конкретную программу мониторинга с частотой измерений и списком аналитик для вашего типа очистных сооружений.