Экологическое воспитание на уроках биологии

Автор: Кочетыгова Лидия Борисовна

Организация: МБОУ Гимназия №1

Населенный пункт: Московская область, г.о. Серпухов

Экологическое воспитание выступает как сложный педагогический процесс. Значение основ экологии – это важнейший компонент экологической культуры, развиваемый у школьников.

В данной статье  мы представляем вашему вниманию работу, которая участвовала  во Всероссийском конкурсе исследовательских работ «Отечество» в секции Экологическое краеведение» «Гидробиологический анализ активного ила».Считаем .что именно разработка и просвещение работ по тематике подобного рода способствует экологическому воспитанию школьников.

Слово «экология» и его производные прочно вошли в наш каждодневный словарь. Обычно под «экологическим воспитанием» понимают воспитание любви к природе. Действительно – это составная часть такого воспитания, но нередко приемы, которыми воспитывают такую любовь, очень сомнительны

Формирование личности, ее социализация связаны с социальным воспитанием. Это забота общества о своем подрастающем поколении. Воспитание должно обеспечить такое поведение человека, которое будет соответствовать правилам поведения человека, принятым в данном обществе.

Экологически культурная личность должна обладать экологическим мышлением, то есть уметь правильно анализировать и устанавливать причинно-следственные связи экологических проблем и прогнозировать экологические последствия экологической деятельности.

Личность, обладающая всеми компонентами экологической культуры, при общении с природой может дать психологическую и эмоциональную оценку ее восприятия, вызывая у себя определенные чувства по отношению к миру природы (положительные, отрицательные, нейтральные) и, тем самым, воспитывая у себя любовь к природе. Для того чтобы у экологически культурной личности возникли определенные чувства по отношению к миру природы, необходимо воздействие на него как отрицательных, так и положительных естественных реакций (факторов) мира природы.

Именно они вызывают у человека определенные эмоциональные и психологические ощущения. Но для их возникновения и оценки должны быть отложены «механизм обработки» полученных реакций мира природы.

Школьное экологическое воспитание обладает возможностью целенаправленной, координированной и системной передачи знаний.

Экология обманчива, своей кажущейся простотой на деле она требует системного мышления, которое создается лишь постепенно, хорошо продуманной системой воспитания.

Очень важны нравственные аспекты экологического знания, привитие обществу новой морали. Весь смысл экологической культуры человек – уважение к законам живой природы, умение соотносить с ними свое поведение и хозяйственную деятельность.

Цель экологического образования – формирование ответственного отношения к окружающей среде, которое строится на базе нового мышления, это предполагает соблюдение нравственных и правовых принципов природоиспользования и пропаганду идей оптимизма, активная деятельность по изучению и охране своей местности, защите и возобновлению природных богатств.

Природа не может защищать себя от варварского, корыстного, равнодушно-пассивного отношения к ней, от враждебных ей действий человека и вмешательства в ход естественных процессов, вызывающих гибель многих растений и животных.

Полноценный эффект будет достигнут, когда экологическое сознание и поведение станут составной частью общей культуры молодого человека.

Далее  мы представляем вашему вниманию работу «Гидробиологический анализ активного ила».

 

Введение.

Мы живём в городе и пользуемся канализацией каждый день, но никогда не задумываемся о том, что вода, используемая нами, проходит очистку на очистных сооружениях и сливается в реки. Чтобы предотвратить сильное загрязнение рек различными отходами на очистных сооружениях производится очистка воды в несколько этапов, один из них – биологический этап, который на сегодняшний день  используется во всем мире и является основным методом удаления из городских сточных вод большей части органических и бактериальных загрязнений. Этот метод основан на том, что микроорганизмы способны использовать некоторые вещества, которые присутствуют в сточных водах, в качестве источника питания в процессе жизнедеятельности. Тем самым эти микроорганизмы очищают воду от загрязнений. Процесс биологической очистки происходит активным илом, за которым происходит своевременная регистрация изменений, происходящих в структуре ила, позволяющая оперативно выявить основные неблагоприятные факторы, воздействующие на процесс биологической очистки сточных вод. Нам стало интересно поподробнее узнать про этот биологический метод очистки воды, поэтому мы захотели исследовать активный ил очистных сооружений города Серпухова. Актуальность нашего исследования заключается в том, гидробиологическая очистка воды позволяет выявить ключевые проблемы очистных мероприятий и возможный причин их возникновения, с целью улучшения качества воды, которое спускается в реки после очистки.

Перед нами была поставлена следующая цель: познакомиться с биологическим методом анализа активного ила. После ознакомления с литературой и источниками мы с научным руководителем такие задачи:

• Ознакомиться с основными направлениями использования индикаторных организмов активного ила, а также познакомиться со списком индикаторных организмов активного ила.
• Освоить метод микроскопирования в живом состоянии.
• Изучить критерии нормы и патологии индикаторных видов активного ила, а также научиться характеризировать ил по индикаторным видам.

Проблема: определить, как количество микроорганизмов влияет на качество очистки воды

Новизна нашего исследования: гидробиологический анализ активного ила проводится в нашем городе впервые.

Методы исследования заключались в описании индикаторный видов, измерение количественного учета организмов, анализе материала и обобщение полученный результатов.

Сроки проведения исследования: с 04.08.21 по 13.10.21

Место проведения исследования: Очистные сооружения города Серпухова.

Объект исследования: микроорганизмы активного ила, а предметом нашего исследования стало биологическая и индикационная роль микроорганизмов при очистке сточных вод.

Практическая значимость проекта заключается в том, что исследование активного ила методом индикации позволяет выявить патологии активного ила, с целью предотвращения загрязнения рек многими химическими, промышленными и другими отходами.

Теоретические положения по теме: «Активный ил».

2.1 Активный ил, его метод применения.

На сегодняшний день многие очистные сооружения России используют очистку активным илом (Фото №1-2). Давайте разберёмся поподробнее в этом вопросе. Данный метод применяется в биологической очистке сточных вод, город Серпухов не исключение. В 1913 году был изобретён метод очистки сточных вод активным илом. В активном иле должны присутствовать все основные физиологические группы микроорганизмов, обеспечивающие разложение азота и фосфора и других элементов[1]. Но на чём же основывается этот метод? Он основывается на биологической очистки, а также способности некоторых видов микроорганизмов в определённых условиях применять загрязняющие вещества в качестве своего питания. Стоит отметить, что при такой очистке органические и некоторые виды неорганических загрязняющих веществ используются бактериальной клеткой в двух направлениях. Давайте рассмотрим как:

1. Первый основан на биологическом окислении в присутствие кислорода до безвредных продуктов углекислого газа и воды:
   Органическое вещество + О₂ (в присутствии ферментов) ⇒ СО₂ + Н₂О + Q. При этом процессе выделяется энергия, которая используется клеткой для обеспечения своей жизнедеятельности, например движение, дыхание, размножение и т.п.
2. А второй способ на синтезе новой клетки или её размножении:
   Органическое вещество + N + P + Q (в присутствии ферментов) ⇒ НОВАЯ КЛЕТКА.

При использовании данного метода стоит учитывать, что интенсивность и глубина протекания процессов полностью зависит от качественного состава активного ила, а также разнообразия форм и видов микроорганизмов, способности их адаптации к определённому составу загрязняющих веществ в сточной жидкости и непосредственно условий проведения процесса. Далее мы рассмотрим состав активного ила.

2.2 Состав активного ила.

При нашем исследовании перед нами встали следующие вопросы: что должно присутствовать в активном иле? Какой его состав? Какие организмы должны жить в нём? После исследования литературы и источников по этой теме, мы узнали, что активный ил представляет массу, которая состоит  из хлопьев размером 1-3 мм, а хлопья, находящиеся в активном иле - это образования, состоящие из бактерий, которые объединены при помощи полисахаридов. Стоит не забыть, что так же в составе активного ила присутствуют биологически активные компоненты, такие как, отмершие микроорганизмы, взвешенные частицы неорганических соединений, клетчатка и многие другие полисахариды. Также активный ил представляет собой сложную экологическую систему, организмы которой находятся на разных трофических уровнях.[2] Гетеротрофные бактерии, водоросли, сапрофитные грибы и сапрофитные простейшие – первичные поедатели – составляют первый трофический уровень. Голозойные простейшие – второй, а отдельные виды нематод, хищные коловратки, сосущие инфузории, тихоходки, хищные грибы – третий трофический уровень.[3] Это необходимо знать, когда оцениваешь активный ил, чтобы на первичном этапе определить патологии активного ила, но для того чтобы более качественно оценить состояние активного ила, нам необходимо познакомиться в индикаторной группе организмов активного ила. Как правило, характер реакции биоценоза активного ила на неблагоприятное воздействие меняется, это проявляется в снижении видового разнообразия. Чувствительные к неблагоприятному воздействию виды могу исчезнуть совсем или резко снизить численность, в то время как устойчивые организмы становятся ещё обильнее.[4] Давайте рассмотрим дальше индикаторные организмы активного ила.

2.4 Индикаторные организмы активного ила.

Вначале нам было необходимо изучить материал про индикаторные виды организмов активного ила, а затем составить краткую характеристику. Итак, выделяют следующие индикаторные виды:

1. Бактерия зооглея (Zoogloea ramigera). Бактерию выделяют в окружающую среду полисахаридный гель желеобразной формы, благодаря которому и происходит образование бактериальных флокул. При значительном накоплении зооглеи в активном иле, может нарушиться седиментационная способность ила, то есть способность ила к осаждению.
2. Нитчатая типичная бесцветная серобактерия (Thiothrix и Beggiatoa). Серобактерии постоянно встречаются в активном иле, где на очистку поступают серосодержащие загрязняющие вещества. Основная их задача - окислить соединения серы до элементарной серы. Они обладают свойством откладывать серу внутри клеток, анаэробные серобактерии откладывают восстановленные, а аэробные - окисленные соединения серы. Аэробных серобактерий используют в качестве индикаторов. При плохой очистке и недостатке кислорода, сероводород окисляется до серы, гранулы которой накапливаются в клетках серобактерий в виде капелек. При хорошей очистке сточных вод сера в клетках окисляется далее до сульфатов. Процесс минерализации органической серы с образованием сульфатов называется сульфофикацией, и происходит в аэротенках одновременно с нитрификацией.
3. Раковинные амебы планктонные (Gromia neglecta), долгое время могут находиться во взвешенном состоянии за счет многочисленных длинных филлоподий. Gromia neglecta (5-15 мкм) - один из лучших индикаторов, численность ее колеблется от 0 до 100 млн. на 1 грамм сухого вещества активного ила. Планктонные питаются одиночными бактериями, мелкими простейшими, поэтому массовое развитие их наблюдается при нарушениях процесса очистки и разрушении хлопьев активного ила. Резкое возрастание Gromia neglecta обычно опережает измельчение хлопьев ила на 10-15 дней, когда качество очищенной воды еще не ухудшилось, это позволяет принять надлежащие меры при увеличении численности этого организма более 2 млн./г. Gromia neglecta почти всегда присутствует в илах,  которые очищают сточные воды со значительным количеством промышленного состава.
4. Раковинные амебы бентосные (Arcella, Centropyxis и Pamphagus), которые практически всегда встречаются в активном иле. Питание - гетеротрофное, питаются бактериями, простейшими, одноклеточными водорослями. Стоить отметить, что увеличение численности бентосных корненожек связано с увеличением удельных нагрузок на активный ил.
5. Инфузории (Carhesium polypinum) распространены очень широко в природе, пищей им служат бактерии, мелкие жгутиковые, которых они поглощают в огромном количестве. Индикаторное значение этих инфузорий определяется их способом питания, а он в свою очередь зависит от развития хлопьев активного ила.
6. Класс Peritricha Кругоресничные являются ведущей группой по численности и видовому составу среди всех ресничных инфузорий, их функция - выедание бактерий, снижение мутности сточной воды и тем самым, завершение процесса очистки. Поэтому при оценке состояния работы очистных сооружений, этим инфузориям - как индикаторам очистки, уделяется первоочередное внимание
7. Брюхоресничные черви (Gastrotricha) - примыкают к коловраткам и относятся к червям. Род Gastrotricha редко, но встречается в активном иле при продленной аэрации. Размер особей может достигать до 3 мм, но обычно составляет 1 мм. Питаются они бактериями, простейшими и детритом с помощью ротовых ресничек или засасывая глоткой, работающей как насос. Chaetonotus maximus (1-1,5 мм) - биоиндикатор недогруженных илов, высокой минерализации, глубокой очистки.[5] [6]

При методе индикации нам важно будет ещё учитывать, что последовательная смена видов микроорганизмов происходить только при благоприятных условиях и сопровождается включением в биоценоз все более совершенных видов организмов, вплоть до хищников. Если будет происходить снижение видового разнообразия, то это будет свидетельствовать о неблагоприятном воздействии, но чувствительные к неблагоприятному воздействию виды организмов могут исчезнуть совсем или же их численность значительно снижается, а устойчивых же видов становится еще больше. Если продолжается действие неблагоприятного фактора, то затрагиваются все новые виды активного ила. Основным из факторов, влияющих на биоценоз активного ила, считаются удельные нагрузки, они и формируют для каждого очистного сооружения свой специфический активный ил. Далее давайте рассмотрим, как осуществляется контроль под активным илом.

2.4 Контроль состояния активного ила.

Итак, контроль состояния активного ила осуществляется не только определением наличия индикаторных групп организмов. Когда проводится контроль состояния активного ила, то определяются и выделяются структурные особенности биоценоза активного ила, организмы,  обладающие способностью реагировать качественным изменением и количественным распределением отдельных групп, на состав и свойства очищаемых сточных вод, а также на условия жизнеобеспечения. Так преобладание микроорганизмов определенной группы говорит о благоприятном развитии бактериальной среды, потому что бактерии должны реагировать на поступающую стоковую массу изменением своего состава и количества. Стоит отметить, что необходимо составлять подробный отчет и перечень видов бактерий, чтобы определить и узнать стабильность и эффективность технологического процесса очистки сточных вод, необходимо знать численное преобладание того или иного компонента биоценоза.  Этот метод позволяет определить не только отклонения микроорганизмов, но и изменение видового состава биоценоза от нормального состояния, причем по степени таких отклонений можно определять не только состояние, но и прогнозировать сроки, перспективы изменения нормального протекания технологического процесса, при применении биологической очистки сточных вод.[7] Но при этом подходе нельзя забывать о гидрохимическом контроле, так как именно применяя этот метод можно получить надёжную информацию об изменении среды, окружающей активный ил и об эффективности очистки сточных вод в разных звеньях очистных сооружений.[8]

Практическое исследование состояния активного ила г. Серпухова.

3.1 Оценка состояния активного ила методом индикации организмов.

Для определения качества ила на многих очистных сооружениях используют метод индикаторного контроля микроорганизмов, которые являются эффективным индикатором для определения качества ила, с помощью микроскопического анализа. В городе Серпухов тоже применяется очистка ила индикаторами, поэтому мы в своём исследовании  тоже проводили микроскопический анализ; Для проведения нашего исследование нам было нужно следующие оборудование: световой микроскоп; предметные и покровные стёкла; пипетка на 1 мл; активный ил. Оценку состояния активного ила, мы делали постепенно в два этапа:

1. При первом просмотре (или этапе), нам было необходимо определить, какие индикаторные виды встречаются на очистных сооружениях города Серпухова, поэтому при первом просмотре индикаторных видов, мы обращали внимание на организмы, которые присутствуют в активном иле. После просмотра, мы можем сказать, на очистных сооружениях города Серпухова присутствуют следующие (это не весь список организмов, присутствующих в активном иле) индикаторные организмы[9]:

1. Прикреплённая инфузория (Carchesium).
2. Коловратки (Philodina, Rotaria) (Фото №3).
3. Нитчатая типичная бесцветная серобактерия (Beggiatoa).
4. Раковинные амебы (Arcella discoida, Centropyxis и Pamphagus).
5. Спиростомум (Spirostomum).
6. Токофрия (Tokophrya) (Смотрите фото №4).

2. А при втором просмотре (или втором этапе), мы стали давать подробную оценку состояния активного ила. Важным фактором в определении состояния активного ила стало не только наличие самих индикаторных видов, но и их морфологическое состояние (особенное внимание при такой оценке уделяется изменениям в строения организмов – это свидетельствует о патологии). На этом этапе мы использовали знания предыдущего этапа, а именно умение определять индикаторные виды и на основании этого, нам нужно было дать полную оценку состояния активного ила. Анализ активного ила [10]:

1. Используя микроскоп, я нанесла на предметное стекло пипеткой каплю иловой смеси, которую перед этим я хорошо перемешала, и накрыла покровным стеклом. (Фото №5) Потом я приступила к проведению метода  микроскопирования (Фото №6). Затем мне необходимо было сделать зарисовки того, что я увидела. Так мною были зарисованы все обнаруженные мною организмы в разных полях зрения (Фото №7).
2. На втором этапе я наносила на предметное стекло произвольное количества ила, которое осело на дне, а затем зажала между двумя предметными стёклами. На этом этапе мы обращали особое внимание на состояние организмов, их величину, форму и плотность хлопьев ила, а также наличие различных примесей.
3. На предпоследнем этапе, нам было необходимо дать возможную характеристику активного ила, опираясь на видовое наличие индикаторных микроорганизмов, их состояние и количество.

После проведения данных просмотров, нам ещё будёт необходимо сделать количественный учёт организмов, так как количественное наличие определяет частоту встречаемости видов, а это свидетельствует не только о видовом разнообразии организмов активного ила, но и количественном многообразии, что может выявить патологии активного ила.

3.2 Метод количественного учёта организмов.

Предыдущее исследование  показало оценку состояния индикаторных видов не только по наличию определённых организмов, но и по изменению морфологического состояния. Стоит отметить, что важным показателем являются не только организмы, которые встречаются в активном иле, но и численность каждого вида в отдельности. На очистных сооружениях при ориентировочном просмотре используют учёт частоты встречаемости индикаторных организмов. Этот учёт производится по двум балловым шкалам (пятибалльная и девятибалльная шкалы[11]). В свое работе мы использовали девятибалльную шкалу (смотрите таблицу №1), чтобы избежать субъективности в оценке активного ила. При выполнении исследования нам было необходимо просмотреть 2-3 капли, в каждой 20 полей зрения, причём препарат необходимо проводить зигзагообразно, так материал будет просматриваться практически полностью. Затем ведётся подсчёт каждого вида индикатора. В нашей работе, мы решили подсчитывать только некоторые виды индикаторов. Затем, после подсчёта организмов, чтобы определить количество их встречаемости, нам было необходимо воспользоваться девятибалльной таблицей. Итак, в результате своего исследования мы определили, что:

1. Коловратки – 20 штук – встречаются часто – 5 баллов.
2. Оперкулария (Opercularia) -  32 штук – встречаются очень часто – 7 баллов.
3. Токофрия – 21 штук – встречаются очень часто – 7 баллов.
4. Брюхоресничные инфузории – 36 штук – встречаются очень – 7 баллов.
5. Сприростомум (Spirostomum) -  19 штук – встречаются часто – 5 баллов.

Выводы.

Подведём итоги нашей работы. Итак, на основании проделанной работы, мы можем охарактеризовать активный ил: активный ил очистных сооружений города Серпухова является умеренно-нагруженным (Смотрите таблицу №2[12]). Мы сделали такой вывод по следующим признакам:

1.  
2. Фауна биогеоценоза разнообразная, так как преобладает много индикаторных микроорганизмов.
3. При подсчёте некоторых организмов мы убедились в их большом количестве.
4. При оценивании состояния ила, так же мы обращали внимание на хлопки, которые были умеренной величины, но достаточно плотные, что обеспечивает большую адсорбирующую поверхность загрязнений и в то же время вызывает хорошее оседание ила во вторичных отстойниках.

Заключение.

Гидробиологический анализ заключается в качественной оценке очистки воды с помощью метода микроскопирования, в котором определяется состояние, морфологические признаки организмов и структурные особенностей биоценоза - активного ила. Мы узнали, что организмы обладают способность реагировать (качественным изменением и количественным распределением отдельных групп) на состав и свойства очищаемых сточных вод, а также на условия жизнеобеспечения, гарантируемые конструкцией и регулируемые режимом эксплуатации сооружений.  Мы также убедились, что микробные композиции активного ила отражают изменения в составе сточных вод, а в активном иле присутствуют все основные физиологические группы микроорганизмов, обеспечивающие разложение углерода, азота, фосфора, серы и других химических элементов. Мы также провели исследование активного ила очистных сооружений города Серпухова, сделать это самостоятельно у нас бы не получилось, поэтому мы хотели выразить отдельную благодарность МУП «Водоканал-Сервис» за предоставленную возможность и содействие в выполнении нашего исследовательского проекта. А также хотим отдельно выразить слова благодарности персоналу очистных сооружений (бактериологу, который помогал в проведении исследования), за предоставленную нам возможность, за практическую помощь, предоставленную информацию и проведённое со мной время.

Список используемой литературы и источников.

Литература:

1. Биологическая очистка городских сточных вод: Учебное пособие.- Вологда: ВоГТУ, 2002. – 127 стр.
2. Жмур Н.С. Методическое руководство по гидробиологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях аэротенками.- Москва. 1996. - 65стр.
3. Жмур Н.С. Технические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. – Москва.: АКВАРОС, 2003. – 512 с.
4. Методика технологического контроля работы очистных вооружений городской канализации. Изд. 3-е, перераб., доп. М., Стройизд, 1977. – 299 стр.
5. Методы биоиндикации: учебно-методическое пособие / М.Н Мукминов, Э.А. Шуралев. – Казань: Казанский университет, 2011. – 48с.
6. Фауна аэротенков (атлас). –Л., Наука, 1984. – 264 стр.
7. Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э.2006 г. М.: Мир, 2006. — 471 с.: ил.

 

Источники:

1. https://fb.ru/article/394543/aktivnyiy-il---eto-opredelenie-printsip-ochistki-i-sostav
2. http://tekonet.ru/ocistka/661

 

Приложение №1

 Активный ил (биоплёнка) — представляет собой биоценоз зоогенных скоплений (колоний) бактерий, а также дождевых червей и простейших организмов, участвующих в очистке сточных вод (Смотрите фото №1 и №2). Так же из литературы, мы узнали, что активный ил является амфотерной коллоидной системой. Химическая формула активного ила C₅₄H₂₁₂O₈₂N₈S₇[13]

Таблица №1 «Частота встречаемости организмов»

Частота встречаемости	Количество экземпляров одного вида	Цифровое обозначение частоты встречаемости (баллы)
Очень редко	1	1
Редко	1-3	2
Нередко	4-10	3
Часто	10-20	5
Очень часто	20-40	7
Масса	40-100	9

 

Таблица №2 «Характеристика активного ила».

Состояние активного ила	Краткая характеристика активного ила	Организмы, присутствующие в активном иле
Перегруженный ил	Ил, не справляющийся с поступающими загрязнениями, в результате чего в жидкости присутствует нерастворённая органика и посторонние включения.	Begiatoa Rotaria neptunia
Умеренно-нагруженный	Этот ил хорошо работающий, так как фауна биоценоза разнообразная преобладают несколько видов организмов.	Aspidisca, Oxytricha, Vorticella, Carchesium и многие другие
Ил при низких нагрузках	Отличается большим разнообразием фауны, встречаются все основные группы организмов активного ила.	Pamphadus, Arcella, Centropyxis, Euglipa и многие другие
Голодающий ил	Хлопки ила постепенно деградируют, постепенно исчезают представители пищевой цепи активного ила.	Vorticella microstoma

 

 

 

 

 

Опубликовано: 30.11.2022