1.4 Сравнительный анализ биологических методов исследований уровня загрязнения поверхностных вод

В настоящее время в связи с ростом крупных предприятий и увеличением антропогенной нагрузки на окружающую среду, в частности на водные ресурсы, все большее внимание уделяют экологии водных объектов [Фатиева, 2006 ].

Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств таких как (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей [ Фатиева, 2006].

Химическое загрязнение — это наиболее распространенное, стойкое, распространяющееся на большие расстояния загрязнение. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества начинают сорбироваться частицами разных пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Центр химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться от 10 до 15 км и более [Мелехова, Сарапульцева,2010 ].

Самый большой вред водоемам и водостокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод таких как промышленные, коммунально–бытовые, и многие другие. Промышленные сточные воды загрязняют водные экосистемы самыми разнообразными составляющими [Мелехова, Сарапульцева, 2010 ].

Выбор схемы очистки в условиях определяется показателями очищаемых вод, возможностью утилизации и повторного использования очищенной воды для нужд производителя. Некоторые виды промышленных сточных вод нуждаются в захоронении. Предоставление резервуаров для захоронения, отходов производства и сброса сточных вод допускается в исключительных случаях и при соблюдении специальных норм и требований .Затрагивая меры по охране водных объектов, следует еще раз подчеркнуть, что сохранение в количественном и качественном отношении природной воды является требованием, определяющим тактику и стратегию водохозяйственной деятельности. Внедрение в городе Челябинске а так же Челябинской области оборотного водоснабжения на промышленных предприятиях помогло резко сократить потребление речной воды с 10,8 до 6,4 тыс. м³ в сутки и уменьшить сброс сточных вод. План эффективного для окружающей среды использования водных ресурсов говорит и тактику современной водохозяйственной деятельности: дать научное обоснование и долгосрочное использование водного хозяйства города, области, региона и связанных с этим изменений окружающей среде; разумное планирование и тактическое осуществление разумного водохозяйственного строительства. Значительную и положительную оценку в осуществлении этих задач дают так же моделирование, мониторинг и прогнозирование [Мисейко, Безматерых, Тушкова, 2001].

Решение проблемы предотвращения загрязнения водоемов сточными водами состоит в создании почти безотходных высокотехнологических процессов. Под термином «почти безотходная высокая технология» понимают большой комплекс мероприятий, который включает в себя задачу до минимума сокращающую количество вредных выбросов в водную среду . Одним из главных потребителей и загрязнителей воды является так же сельскохозяйственное производство [ Мисейко, Безматерых, Тушкова, 2001].

Загрязнение водных ресурсов представляет огромную опасность для человека и всех живых организмов. Давно известно, что под влиянием загрязняющих веществ, в пресноводных экосистемах начинает замечтно отмечается падение их устойчивости, вследствие нарушения пищевой цепи и поломки сигнализирующих связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и многих других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в некоторых случаях приводят к их летальному исходу [ Мисейко, Безматерых, Тушкова, 2001].

При обильном загрязнении самоочищения воды к сожалению не происходит. В этих случаях необходимы специальные функциональные методы и средства для очистки загрязнений воды , поступающих со сточными водами, с отходами. Сточные воды очищаются механическим, физико-химическим, биологическим и другими многими другими методами [ Мисейко, Безматерых, Тушкова, 2001 ].

Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, которые вступают в реакцию с загрязняющими веществами воды и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяют естественные и искусственные материалы. Естественные — это глины, торф, а искусственные — активированные угли. Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием [Физико- химический метод анализа. Практическое применение, 2017 ].

Физико-химический метод очистки дает возможность уменьшить количество нерастворенных загрязняющих веществ сточных вод до 75% и растворенных до 18%.

Загрязненные сточные воды очищаются также электролитическим методом, с помощью, озона, ионообменных смол, высокого давления.

Механический и физико-химический методы являются более точными и наверно одними из основных методов очистки сточных вод. Они так же являются первыми этапами стадий очистки, после чего сточные воды направляются на биологическую очистку. А затем, если нужно на следующие этапы очистки [Физико- химический метод анализа. Практическое применение, 2017 ].

Основной смысл метода биологической очистки состоит в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных и биохимических течений. После биологической очистки вода становится более прозрачной, которая содержит уже растворенный кислород и нитраты. На сегодняшний день существует несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод например; биофильтры. В биофильтрах все сточные воды пропускаются через ряд крупнозернистой основы, которая покрыта тонкой бактериальной пленкой. Эта пленка составляет действующее начало в биофильтрах. При помощи этой пленки интенсивно протекают процессы биохимического окисления. Существует множество систем определения степени и качества загрязнения водных объектов, таких как химический анализ, биоиндикация и биотестирование. Каждый из методов имеет свои преимущество но и недостатки [Алексеенко, 2005].

Дать более точную оценку о состоянии окружающей среды могут биологические тесты. Это связано с тем, что в большинстве случаев полученные результаты химического анализа, который проводили на сложном аналитическом и дорогостоящем оборудовании, не всегда позволяет дать точную оценку опасности разных загрязнителей на среду обитания, дать прогноз всех последствий их воздействия на живые организмы. Разнообразные загрязняющие вещества, которые попадают непосредственно в воду, могут испытывать в ней самые разные изменения, усиливая при этом свое токсическое влияние. Поэтому методы интегральной оценки качества водных объектов играют важную роль. Пример тому методы биотестирования и биоиндикации [Алексеенко,2005].

Под биотестированием понимают приемы исследования, при которых о качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетании с другими, судят по выживаемости, состоянию и поведению специально помещенных в эту среду организмов – тест–объектов. Биоиндикация – родственный биотестированию прием, использующий для этих целей организмы, обитающие в исследуемой среде. Главный критерий выбора тест–объекта необходимо соблюдать определенные требования, среди которых возможность фиксировать четкий, воспроизводимый и объективный отклик на воздействие внешних факторов, чувствительность этого отклика на малые содержания загрязнителей. Поэтому в качестве биотестов выбирают наиболее чувствительные к часто встречающимся загрязнителям: бактерии, водоросли, высшие растения, пиявки, дафнии, моллюски, рыбы и др. Показателем служит их выживаемость. Каждый из этих объектов заслуживает внимания и имеет свои преимущества [Дыдыкина, 2004].

Существует несколько методов биотестирования:

1. Определение острой токсичности воды.

Острая токсичность выражается в гибели отравленного организма за короткие промежуток времени – от нескольких секунд до 48 ч.

2. Определение хронической токсичности воды.

Хроническая токсичность среды проявляется через некоторое время в виде нарушений жизненных функций организмов и возникновения патологических состояний (токсикозов). У водных организмов хроническая токсичность выражается в гонадотропном и эмбриотропном действии токсиканта, что приводит к нарушению плодовитости (продуктивности), эмбриогенеза и постэмбрионального развития, возникновению уродств (мутаций) в потомстве, сокращению продолжительности жизни, появлению “карликовых” форм.

3. Определение интегральной токсичности воды.

Интегральная токсичность, по определению Л. П. Брагинского, токсичность сложных смесей, сточных вод, многокомпонентных факторов для водных организмов [ Дыдыкина, 2004].

Количественно интегральная токсичность определяется как величина, обратная максимальному разведению (1:2, 1:5, 1:10, 1:50, 1:100 и т. д.), при котором не наблюдается каких–либо нарушений жизненно важных функций тест–организмов при 24–48 часовом биотестировании. Выражается в баллах токсичности (БТи) целыми числами (2, 5, 10, 50, 100 и т. д.) соответственно величинам разведения [ Дыдыкина, 2004].

В качестве тест-объектов используются различные животные, при этом норма реакции у разных групп животных на внешние воздействия зависит от уровня организации организма. У парамеций реакция организма на внешние воздействия осуществляется на клеточном уровне. Поскольку парамеции, например, Paramecium caudatum, не имеют хитиновой оболочки, норма их реакции на внешние воздействия довольно высока. Кроме того культура парамеций культивируется и стандартизируется [Экология, 2017 ].