5. Биологические методы анализа вод, их применение

Унифицированные биологические методы дают возможность сравнить результаты биологических анализов, характеризующих состояние водоемов, полученные различными исследователями.

Биологический анализ наряду с другими применяемыми методами является необходимым при оценке состояния водоемов и контроля за качеством воды.

Животные и растения, обитающие в водоемах, в результате обмена веществ оказывают сильное влияние на состояние водоема и свойства воды. Биологический анализ наряду с другими применяемыми методами является необходимым при оценке состояния водоемов и контроля за качеством воды.

Биологический анализ имеет решающее значение во всех вопросах, затрагивающих не только качество воды, но также и состояние водоема в целом Применение биологического метода дает возможность изучить все группы организмов, развивающиеся в водоеме или исследуемой части его /например, в сестоне, бентосе, литорали, макрофлоре, и т.д./.

Биологический анализ устанавливает сапробность водоема, указывающую на степень загрязнения органическими, гнилостными веществами.

Кроме того, биологический анализ определяет наличие токсических веществ, влияющих на водные организмы. Методы определения токсичности позволяют оценить влияние сточных вод на водные организмы.

Биологический анализ может быть использован для решения целого ряда специальных практических задач, связанных с водоснабжением населения, промышленности и сельского хозяйства:

1. Биологический анализ водоемов дает основание для объяснения круговорота веществ в воде, их суточных и сезонных изменений и способствует общей оценке физических, химических и бактериологических анализов воды, являясь одновременно целесообразным их дополнением.

2. На основании состава организмов определяется степень загрязнения воды органическими веществами с установлением соответствующей зоны сапробности, определяя тем самым также практическую применяемость водоистоиника для целей водоснабжения и необходимость его очистки.

3. Объясняет условия стратификации в водохранилищах и способствует установлению наиболее пригодных слоев забора воды с точки зрения наиболее экономичной водоподготовки на водопроводных станциях в различные периоды года.

4. Определяет причины цветности, мутности и запаха и способствует их устранению.

5. Помогает установить общие трофические свойства воды, общую характеристику водоема, в некоторых случаях специфический химизм и его происхождение.

6. Определяет участие биологического комплекса в процессе самоочищения воды /по наличию автотрофного и гетеротрофного населения/, одновременно устанавливая возникновение и действие вторичного загрязнения воды.

7. Устанавливает причины возникновения и развития организмов, влияющих на качество воды, разрушающих технические сооружения и причиняющих ряд других неприятностей.

8. Определяет пригодность воды для водоснабжения, лечебных целей и физкультурных мероприятий.

9. Помогает расшифровать сущность процессов, протекающих в сооружениях биохимической очистки сточных вод, способствует также установлению причин недостаточной эффективности работы этих сооружений и помогает в их устранении.

10. По действию ядовитых веществ на индикаторные организмы устанавливают концентрацию, при которой указанные вещества не будут нарушать нормальную жизнь водоема или биохимических очистных сооружений.

11.Биологический анализ дает возможность выявить поступление в толщу воды новых масс из других источников, их распределение и взаимный обмен, /например, поверхностная вода - подземная вода/.

12. Биологический метод может внести ценный вклад при изучении вопросов интенсификации рыбного хозяйства.

13. Кроме того, необходимо указать на роль водных организмов как накопителей радиоактивных загрязнений.

14. Только с помощью биологических методов можно оценить токсичность сточных и природных вод.

Токсичность - ядовитость /от греч. toxikon - яд/ способность химических соединений оказывать вредное /или даже смертельное/ воздействие на организм.

В водной токсикологии различают:

I/ естественную токсичность - токсичность водной среды, обусловленную природными процессами /выделения микроорганизмов, растений и животных, выделения вулканов и т.п./;

2/ искусственную токсичность, возникшую в результате деятельности человека /сброс сточных вод в водоемы и водотоки, смыв с поверхности суши разных ядохимикатов, выпадение из атмосферы ядовитых веществ /окислов азота, серы и др./.

Особое внимание привлекает к себе искусственная токсичность, так как она в настоящее время приобрела большие масштабы.

Различают также:

I/ прямую токсичность /непосредственное влияние токсиканта/;

2/ побочную или косвенную, когда токсичность водной среды возникает через ряд опосредований /изменение физико-химической среды и т.п./;

З/ общую, избирательную и остаточную токсичность.

Все эти формы проявления и происхождения токсичности изучаются водной токсикологией на разных уровнях организации водных организмов.

Задачи и методы исследований

Сточные воды промышленных предприятий содержат самые разнообразные вещества, многие из которых оказывают вредное действие на ход естественных биологических процессов, происходящих в водоеме и сооружениях биохимической очистки. Они тормозят жизненные процесса организмов, полностью их приостанавливают или являются токсичными для организмов. Влияние сточных вод и содержащихся в них веществ на водные организмы устанавливается опытом на токсичность.

Действие токсических веществ по мере влияния на организмы можно разделить на фазу острой и фазу хронической токсичности. Из характера действия токсических веществ возникает потребность пользоваться соответствующими методами определения токсического действия, а именно: для определения острой токсичности служат экспресс методы продолжительностью в несколько дней /один - три и больше/; для определения хронической токсичности - продолжительные опыты /месяц и более/.

В результате применения экспресс методов можно получить ответы на вопросы: во-первых, является ли испытываемое вещество или сточная вода резко токсическими или нет; во-вторых, при какой концентрации или разбавлении чистой водой исчезает острая токсичность. Однако эти определения являются ориентировочными величинами, определяющими вредное влияние токсических веществ.

Если же необходимо знать минимальное разбавление или максимальную концентрацию токсических веществ /вещества/, при которых не будет вредного влияния на естественные биоценозы водоемов /и особенно на организмы, полезные для человека/, необходимо производить испытания, в течение месяца и более.

На первом этапе разработаны и унифицированы только экспресс методы, определяющие острую токсичность.

Биоценозы естественных водоемов весьма разнообразны и состоят из многочисленных организмов, которые неодинаково чувствительны к токсическим веществам. Чувствительность к одному и тому же яду часто неодинакова у разных видов, причем одни организмы более чувствительны к одним ядам, другие - к другим. Следовательно, для более точной оценки даже острой токсичности необходимо применить одновременно несколько методов с тест - организмами из основных групп гидробионтов данного водоема. Для получения более достоверных данных по острой токсичности необходимо обязательно из числа унифицированных тест методов использовать не менее четырех. При этом рекомендуется брать по одному методу из каждой группы гидробионтов: рыб, беспозвоночных и растительных организмов /включая также тест-метод с физиологическим уклоном/.

При постановке опытов для определения острой токсичности сточных вод или отдельных веществ следует учитывать влияние экспериментальной среды: состав воды, рН, жесткость, температуру и другие факторы.

Основным из этих условий при определении токсичности сточных вод или токсических веществ является вода для разведения. Для этих целей воду для разведения необходимо брать из водоема-приемника сточных вод. Если этого сделать нельзя, то надо использовать воду, по своему составу близкую к воде водоема, в который поступают или будут поступать сточные воды или загрязнения.

Условия проведения опытов

Рекомендуется брать воду из соответствующего водоема-приемника сточных вод. В случае его отсутствия следует использовать водопроводную воду, которая в течение по крайней мере 10 ч подвергается аэрации и затем 2 ч отстаивается. Температура растворов во время опытов должна быть 20°С.

Для проведения опытов организмы берут из тех водоемов, которые служат приемниками загрязнений, или культивируют в искусственных условиях. Рекомендуется применять:

I/ организмы, широко распространенные в водоемах;

2/ легко сохраняемые в искусственных условиях;

З/ более чувствительные к исследуемым загрязнениям;

4/ у беспозвоночных животных - молодые экземпляры /для дафний - 3-5 дневные, для циклопов - в стадии копеподит/;

5/ при выборе тест объектов необходимо иметь в виду, что чувствительность некоторых организмов в течение года непостоянна, например у дафний.

Опыты продолжаются, как правило, 48 ч и больше в зависимости от примененных индикаторов. Эксперимент с летучими веществами проводят в наполненных склянках /или другой пригодной посуде/.

Необходимо ставить параллельный опыт в открытых сосудах. Серия опытов начинается контрольным испытанием, во время которого испытуемые организмы помещают в воду, которая использовалась для разбавления, и в воду, в которой раньше содержались организмы, всегда в том же соотношении, как и при проведении опыта. С контрольными испытаниями сравнивают поведение организмов во время опытов /сердцебиение, ритм дыхания, движения и т.д./. Определяют безвредную концентрацию, концентрацию минимального токсического действия без гибели организмов и минимальную летальную концентрацию, при которой в течение опыта погибла только часть организмов. Гибелью считают состояние совершенной неподвижности при условии, что организмы, перенесенные в чистую воду, снова не приобретают подвижность. На основании данных о гибели отдельных организмов в разные промежутки времени устанавливают среднее время гибели в определенной концентрации. Это можно показать графическим способом.