Діагностика та контроль спухання активного мулу на біологічних очисних спорудах
DOI:
https://doi.org/10.31498/2225-6733.52.2025.351070Ключові слова:
активний мул, спухання мулу, винос біомаси, нитчасті бактерії, високопродуктивне секвенування, машинне навчання, діагностика, біологічний контрольАнотація
У статті розглянуто проблему виносу активного мулу з вторинних відстійників біологічних очисних споруд на основі найсучасніших досліджень 2023-2025 років. Актуальність дослідження обумовлена тим, що спухання мулу не лише погіршує якість очищених стоків, але й підвищує ризики розповсюдження генів антибіотикорезистентності. Метою роботи є комплексний аналіз проблеми з акцентом на інноваційні методи діагностики та контролю. Дослідження базується на систематизації наукових публікацій, присвячених молекулярним механізмам спухання мулу, діагностичним технологіям та стратегіям контролю. Проаналізовано роль екстрацелюлярних полімерних речовин та нитчастих бактерій з використанням протеомічних методів та високопродуктивного секвенування. Розглянуто застосування методів машинного навчання для раннього виявлення спухання та біологічні методи контролю. Встановлено, що зміни у складі екстрацелюлярних полімерних речовин призводять до електростатичного відштовхування між бактеріальними клітинами. Ідентифіковано 94 види нитчастих бактерій, понад 74% яких містять гени антибіотикорезистентності. Показано, що динамічні графові згорткові мережі дозволяють досягти точності виявлення спухання 99% з нульовою кількістю хибних тривог. Метод періодичного голодування забезпечує зниження рясності Thiothrix з понад 50% до менше 1% протягом 14 діб. Біологічні методи з використанням бактеріофагів дозволяють специфічно таргетувати проблемні види без негативного впливу на функціональні групи мікроорганізмів. Наукова новизна полягає у систематизації найсучасніших досягнень у розумінні молекулярних механізмів спухання та інноваційних підходів до його діагностики і контролю. Практична значущість результатів полягає у можливості впровадження описаних методів на реальних очисних спорудах для підвищення надійності роботи систем біологічного очищення. Подальші дослідження доцільно спрямувати на розробку специфічних біологічних агентів, удосконалення алгоритмів машинного навчання та створення інтегрованих систем управління
Посилання
Strategies for controlling filamentous bulking in activated sludge wastewater treatment plants: The old and the new / Sam T., Le Roes-Hill M., Hoosain N., Welz P. Water. 2022. Vol. 14(20). Article 3223. DOI: https://doi.org/10.3390/w14203223.
Advancing sludge bulking control in wastewater treatment: A comprehensive review of detection, identification, and strategic interventions / H. Sun et al. Sustainable Horizons. 2025. Vol. 15. Article 100142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.horiz.2025.100142.
Biotechnology revival: in situ sludge minimization in wastewater / Chen Y., Jiang X., Yang M., Wang Z. Frontiers in Microbiology. 2025. Vol. 16. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1603215.
Filamentous bacteria-induced sludge bulking can alter antibiotic resistance gene profiles and increase potential risks in wastewater treatment systems / Ma Y., Qiao Y., Zhang X., Ye L. Environment International. 2024. Vol. 190. Article 108920. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.108920.
New insights into filamentous sludge bulking: The potential role of extracellular polymeric substances in sludge bulking in the activated sludge process / W. M. Li et al. Chemosphere. 2020. Vol. 248. Article 126012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126012.
The mechanism of extracellular polymeric substances in the formation of activated sludge flocs / Q. An et al. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2023. Vol. 663. Article 131009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131009.
Population Composition, Physiology and Ecology of Filamentous Bacteria in Activated Sludge / S. Gao et al. Processes. 2024. Vol. 12(10). Article 2156. DOI: https://doi.org/10.3390/pr12102156.
Filamentous bacteria in activated sludge: Geographic distribution and impact of treatment processes / R. Liu et al. Journal of Environmental Management. 2025. Vol. 379. Article 124859. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124859.
Alterations in microbial communities and antibi-otic resistance genes pre- and post-sludge bulking in a wastewater treatment plant / L. Zhang et al. Environmental Pollution. 2025. Vol. 376. Article 126391. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2025.126391.
Prediction of activated sludge sedimentation performance using deep transfer learning / J. Wang et al. ACS ES&T Engineering. 2024. Vol. 4(6). Pp. 1367-1377. DOI: https://doi.org/10.1021/acsestengg.3c00631.
A hybrid extreme learning machine and deep belief network framework for sludge bulking monitoring in a dynamic wastewater treatment process / Usman S., Jorge L., Hai-Tra N., Yoo C. Journal of Water Process Engineering. 2022. Vol. 46. Article 102580. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102580.
GenomeFISH: genome-based fluorescence in situ hybridization for strain-level visualization of microbial communities / J. P. Engelberts et al. The ISME Journal. 2025. Vol. 19(1). Article wraf138. DOI: https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf138
Insight into sludge bulking in a full-scale wastewater treatment plant: Quorum sensing, microbial community, and metabolic characteristics / L. Liu et al. Environmental Technology and Innovation. 2024. Vol. 34. Article 103562. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eti.2024.103562.
Non-filamentous sludge bulking induced by exopolysaccharide variation in structure and properties during aerobic granulation / S. Wang et al. Science of The Total Environment. 2023. Vol. 876. Article 162786. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162786.
Poelmans S., Dobbeleers T., Dries J. Bacterial community and filamentous population of industrial wastewater treatment plants in Belgium. Applied Microbiology and Biotechnology. 2024. Vol. 108. Pp. 1–16. DOI: https://doi.org/10.1007/s00253-023-12822-8.
Pathways of inhibition of filamentous sludge bulking by slowly biodegradable organic compounds / C. Gao et al. Journal of Environmental Sciences. 2025. Vol. 150. Pр. 104-115. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jes.2024.03.021.
Towards sludge bulking diagnosis via dynamic attention graph neural network / Y. Chen et al. Journal of Water Process Engineering. 2025. Vol. 69. Article 106774. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.106774.
Sludge bulking monitoring in industrial wastewater treatment plants through graphical methods: A dynamic graph embedding and Bayesian networks approach / J. Loy-Benitez et al. Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 345. Article 118804. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118804.
approach / J. Loy-Benitez et al. Journal of Envi-ronmental Management. 2023. Vol. 345. Article 118804. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118804.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал "Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки" видається під ліцензією СС-BY (Ліцензія «Із зазначенням авторства»).
Дана ліцензія дозволяє поширювати, редагувати, поправляти і брати твір за основу для похідних навіть на комерційній основі із зазначенням авторства. Це найзручніша з усіх пропонованих ліцензій. Рекомендується для максимального поширення і використання неліцензійних матеріалів.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди, які стосуються неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
