
- •1. Источники и масштабы техногенного загрязнения биосферы
- •1.2. Загрязнение атмосферы
- •1.3.Загрязнение водных систем
- •1.4. Загрязнение почвы
- •2. Управление качеством окружающей среды
- •2.1. Понятие нормы состояния экосистемы
- •2.2. Пределы допустимого воздействия на природные экосистемы
- •3.1.Экологические критерии
- •Контрольные вопросы
- •4. Нормирование загрязняющих веществ
- •4.1. Раздельное нормирование загрязняющих веществ в
- •4.2. Контроль состояния атмосферного воздуха
- •4.3. Эффект суммации и его учет
- •4.4. Раздельное нормирование и классификация пдк
- •4.5. Расчетные методы определения пдк
- •4.6. Пдк загрязнений для растений
- •4.7. Сравнительный анализ нормативных показателей Украины и зарубежных стран
- •4.8. Нормативы качества воздуха в производственно-хозяйственной сфере
- •4.9. Регламентация поступления загрязняющих веществ в атмосферу
- •4.10. Определение категории опасности предприятий
- •4.11. Расчет пдв для одиночного источника
- •4.12. Расчет максимальной приземной концентрации вредного вещества
- •4.13. Определение высоты трубы
- •4.14. Регламентация вредных веществ автомобильных
- •4.15. Расчет выбросов вредных веществ от автотранспорта
- •Контрольные вопросы
- •5. Нормирование загрязняющих веществ в
- •5.1. Раздельное нормирование качества воды
- •5.2. Общие требования к составу и свойствам воды
- •5.2.1. Качество воды и примеси химических соединений
- •5.2.2. Минеральный состав питьевой воды
- •5.2.3. Бактериологические показатели воды
- •5.3. Трансформация химических веществ в водной среде
- •5.4. Предельно допустимые сбросы и их расчет
- •5.5. Определение условий спуска сточных вод в водоемы
- •5.6. Определение необходимой степени очистки сточных вод
- •5.7. Бассейновый принцип нормирования сбросов
- •6. Нормирование загрязняющих веществ в
- •6.1. Санитарные показатели почвы
- •6.2. Загрязнение почвы тяжелыми металлами
- •6.3. Нормирование загрязнения территорий предприятий
- •Контрольные вопросы
- •7. Нормирование загрязняющих веществ в пищевых продуктах
- •7.1. Загрязнение продуктов питания
- •7.2. Природные загрязнители пищевых продуктов
- •7.3. Нормативы пдк загрязняющих веществ в продуктах
- •7.4. Токсическое и канцерогенное действие тяжелых металлов на организм человека
- •7.5. Пищевые добавки и их нормирование
- •7.6. Канцерогенные вещества в пищевых продуктах
- •7.7. Генетически модифицированные продукты (гмп)
- •Контрольные вопросы
- •8. Основы промышленной токсикологии
- •8.1. Задачи и методы промышленной токсикологии
- •8.1.1. Критерии и концепции оценки вредных веществ
- •8.1.2. Классификация веществ по токсичности.
- •8.2. Кумуляция и её оценка
- •8.3. Оценка опасности химических соединений в водной среде
- •8.3.1.Оценка опасности химических веществ в рыбохозяйственных водоёмах
- •8.3.2. Показатели накопления токсичных веществ
- •8.3.3. Методы оценки токсичности водных систем
- •8.4. Оценка опасности химических соединений в почве
- •8.5. Экотоксикология – новая наука об окружающей среде
- •Контрольные вопросы
- •Приложение 1 (продолжение)
- •Приложение 2 Предельно допустимые концентрации (мг/л) и лимитирующие показатели вредности вредных веществ в водных объектах
- •Приложение 2 (продолжение)
- •Приложение 3 Значения пдк химических веществ в почве
- •Приложение 4 пдк химических элементов в пищевых продуктах, мг/кг продукта
- •Приложение 5 пдк тяжелых металлов в растительном сырье и готовых пищевых продуктах
- •Приложение 7 Доказанные канцерогены для человека ( группа 1 по классификации маир)
- •Содержание
- •Контрольные вопросы ……………………………………………... 16
- •Контрольные вопросы ……………………………………………… 26
- •Контрольные вопросы ……………………………………………… 36
- •Контрольные вопросы ……………………………………………… 77
- •Контрольные вопросы …………………………………………… 133
- •Контрольные вопросы …………………………………………… 149
- •Основы промышленной токсикологии ………………………... 186
- •Приложения 1 – 7 ……………………………………………………… 220
8.3.3. Методы оценки токсичности водных систем
Усиление антропогенного воздействия на реки, озера и водохранилища, в которые поступает большое количество различных химических соединений, изменяет среду обитания водных организмов, ухудшает качество воды, приводит к снижению продуктивности промысловых объектов. Сточные воды, сбрасываемые в водоёмы, даже после очистных сооружений, содержат токсичные химические вещества, которые могут нанести значительный ущерб водной экосистеме, и, в конечном итоге, здоровью населения.
Токсичность воды может быть обнаружена с помощью химических и биологических методов.
Биологические методы можно условно разделить на методы биоиндикации и биотестирования. В таблице 8.7 представлены основные характеристики этих методов, позволяющие сравнить их между собой. Каждая группа методов имеет свои достоинства и недостатки.
Таблица 8.7–Основные характеристики методов оценки токсичности вод
Признак |
Химические методы |
Биологические методы | |
Тип индикации |
Индикация воздействия |
Индикация отклика |
Индикация воздействия |
Объект |
Вода |
Водные сообщества |
Вода |
Цель анализа |
Измерение концентраций химических веществ |
Оценка состояния природных сообщества |
Интегральная оценка токсичности на тест организмах* |
Показатели токсичности |
Превышение установленных регламентов |
Негативные изменения в сообществах |
Развитие патологических (вплоть до гибели изменений у тест организмов |
Регламенты |
Предельно допустимые концентрации |
Не установлены |
Отсутствие острого и хронического токсического действия |
Метрологические |
Погрешность, сходимость, воспроизводим ость и др. |
Не установлены |
Сходимость, воспроизводимость |
*)Тест организмы чаще всего культивируют в лаборатории.
Химические методы измерения концентрации загрязняющих веществ в воде позволяют проверить соответствие их установленным нормативам качества воды для конкретных видов водопользования
(рыбохозяйственного, рекреационного, питьевого и т.д.).
Химические методыдают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему. Их недостатком является невозможность оценки реальных биологических эффектов как отдельных загрязняющих веществ, так и их комплексов, а также продуктов их трансформации и метаболизма. Кроме того, число химических соединений, загрязняющих водную среду, так велико, что трудно
поддается контролю, и перспектива в этом отношении весьма пессимистична.
В настоящее время, по оценкам некоторых специалистов, контролируется не более 0,5% поступающих в окружающую среду химических веществ.
Методы биоиндикациикоторые представляют собой традиционные гидробиологические способы, позволяют получить данные, характеризующие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие.
Этот метод широко применяется в геохимии, гидробиологии, почвоведение, ботанике, медицине и других областях и является основой мониторинга состояния окружающей среды.
Различают несколько направлений биоиндикации:
-аккумулирующая– основана на накопительных свойствах отдельных организмов и органов;
-чувствительная– основана на пороге чувствительности организмов к тем или иным токсинам, в том числе и на изменении их поведенческих реакций;
-прямая –основана на ответных реакциях организмов на прямое действие стрессов;
непрямая– основана на ответных реакциях организмов на косвенное воздействие вредных факторов;
В зависимости от постановленных целей и задач биоиндикация проводится на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, биоценотическом либо экосистемном уровне.
Биоиндикация имеет определение преимущества перед физико-химическими методами исследований, поскольку позволяет в ряде случаев фиксировать те отклонения качества среды, которые не регистрируются даже самыми современными приборами.
В исследованиях и разработках високочувствительной измерительной техники для экологии, медицины, биотехнологий значительное место занимают биосенсоры– уникальные устройства, включающие биологические компоненты, в том числе и живые организмы. Биосенсоры имеют два главных элемента: биологический, который «распознает» анализируемое вещество, и инструментальный, который обеспечивает передачу сигнала.
Биосенсоры, основанные на использовании бактерий, чаще применяются в экологических исследованиях. Так, для определения хлорированных углеводородов и других токсичных компонентов в сточных водах используют биосенсор, измеряющий биолюминесценцию бактерий.
Методы биотестирования,в отличие от биоиндикации, представляют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. С помощью этих методов можно получить данные о токсичности конкретной пробы воды, загрязненной химическими веществами – антропогенными или природного происхождения. Таким образом, методы биотестирования, будучи биологическими, близки к методам химического анализа вод. В то же время, в отличие от химических методов, они позволяют дать реальную оценку токсических свойств воды или другой среды, обусловленной присутствием комплекса загрязняющих химических веществ и их метаболитов.
Согласно принятому определению, биотестирование воды – эта оценка качества воды по ответным реакциям водных организмов, находящихся в этой среде и являющихся тест-объектами.
Метод биотестированияотличается от биоиндикации тем, что последняя осуществляется в полевых (природных) условиях, а первый – в искусственно созданных условиях эксперимента.
Задачи биотестирования:
-определение токсичности отдельных веществ, вносимых в водную
среду, для последующего нормирования;
-выявление присутствия в водной среде неизвестного состава
биологически опасных веществ;
-установление источников токсического загрязнения водных
объектов и оценка их интенсивности;
-определение необходимой степени разведения сточных вод до
биологически и экологически безвредных уровней.
Так, в ходе биотестирования уровня токсичности среды используют мутагенный эффект от действия на тест-микроорганизм (обычно используют сальмонеллу и её штаммы) токсичных веществ.
В настоящее время уже известно свыше 40 биотестов качества поверхностных и сточных вод, из которых наиболее часто используется 15, в том числе (в скобках обозначен тестируемый объект среды):
- выживание и плодовитость дафнии (сточные и природные воды);
-двигательная активность, выживание и темп роста инфузорий (сточные и природные воды);
-реакция ухода рыб из токсичной зоны (сточные воды);
-смена статического состояния медицинской пиявки динамическим (сточные и природные воды) и другие.
Следует отметить, что ни один из тест-объектов не может служить универсальным индикатором, из-за видовой избирательности в равной степени чувствительным ко всем экологическим факторам.
Методы и приемы биотестирования используются в настоящее время по различным назначениям (табл. 8.8).
Таблица 8.8 – Область применения методов биотестирования
токсичности водной среды.
Объект биотестирования |
Параметры токсичности, норматив
|
Цель биотестирования |
Тест-организм |
Химические вещества |
Концентрации: ЛК50, МНК, ПДК, ОБУВ, ЕК50 |
Рыбохозяйственное нормирование; контроль токсичности в международной торговле |
Гидробионты – представители трофических уровней водн. экосистем. Станд.набор тест-орган-мов |
Производственные, технологические и сточн.воды(точечные источники загрязнения) |
Коэффициент (кратность) разбавления |
Оценка эффективности очистки, выявление опасных компонентов, регламентация сброса, экологическая паспортизация предприятий |
Наборы биотестов |
Природные воды (неточечные источники загрязнения) |
ОТД, ХТД, ЛД50 |
Проверка соответствия качества воды установленным регламентам. Оценка токсикологического состояния водных объектов. Выявление зон экологического бедствия и чрезвычайных ситуаций |
Набор биотестов |
Условные обозначения: ЛК50– летальная концентрация для 50% тест организмов; ЕК50–эффективная концентрация для 50% тест-организмов; МНК – максимальная недействующая концентрация; ПДК – предельно допустимая концентрация; ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия; ОТД – острое токсическое действие; ХТД – хроническое токсическое действие; ЛД50– время гибели 50% тест- организмов.
В настоящее время общество осознало опасность токсического загрязнения окружающей среды и пришло к необходимости введения в практику мониторинга совершенно новых нетрадиционных подходов, в частности биологического тестирования.
Биотестирование является основным приемом в разработке ПДК химических веществ и, в конечном итоге, в оценке их опасности для окружающей среды и здоровья населения. В ходе разработки ПДК
определяют параметры, характеризующие токсичность: максимальные недействующие концентрации, ЛК50или ЭК50. Биотестирование на гидробионтах проводят в случае разработки рыбохозяйственных ПДК, когда оценивать опасность загрязнения водных экосистем.
Биотестирование используют для оценки токсичности промышленных сточных вод на разных этапах их очистки, чаще всего при внедрении новых технологий, а также для разработки ПДС предприятий включены в экологический паспорт предприятия.
Биотестирование природных вод стало широко применяться в научно-исследовательских работах, в том числе прикладной направленности, с начала 80-х годов. Это объясняется существенным увеличением уровня загрязненности водных объектов и надеждами специалистов на то, что биотестирование сможет хотя бы частично заменить химический анализ вод. Показатели биотестирования природных вод включены в перечень показателей для выявления зон чрезвычайно экологической ситуации и зон экологического бедствия.
Тем не менее, мониторинг токсического загрязнения на основе действующей в Украине системы ПДК химических веществ представляет определенные трудности. Прежде всего, они связаны с большим перечнем загрязняющих веществ, попадающих в экосистемы, и невозможностью их контроля, в том числе веществ, образующихся в самой экосистеме в результате ее метаболизма. Кроме того, даже измерение концентрации загрязняющих веществ не позволяет с высокой степенью достоверности судить об их реальном воздействии на биоту из-за неопределенности знаний об их совместных комбинированных эффектах, влиянии других агентов окружающей среды.
Под токсичностью и токсикологическими показателями иногда подразумевают концентрации токсичных загрязняющих веществ в воде. Именно так, в частности, трактуются эти термины в ГОСТе на питьевую воду. Более обоснованным представляется понимание токсичности воды как интегральной характеристики ее свойств, обусловленных присутствием в воде токсичных для биоты загрязняющих химических веществ, которую можно оценить с помощью биотестирования.
Работ по биотестированию водной среды опубликовано множество, но они были сделаны главным образом с целью оценки токсичности вновь синтезированных химических препаратов, препаратов, приобретаемых по импорту, а также при разработке регламентов на химические соединения. Гораздо меньше публикации по биотестированию сточных вод и еще меньше – по биотестированию природных вод.
Следует заметить, что за рубежом, особенно в индустриально развитых странах, биотестирование сточных и природных вод применяется достаточно широко и входит в программы, контролирующих качество вод организаций.
Большое разнообразие методик и процедур, использованных разными авторами, создает определенные трудности в анализе и систематизации материалов: исследуются разные химические вещества, разные наборы методик и тест организмов, разные условия токсикологических экспериментов, которые не всегда стандартизованы. Даже единицы измерения часто несопоставимы. В этой связи были проведены специальные работы по систематизации, отбору и апробации методов биотестирования природных вод в рамках ряда государственных научно-технических программ при участии ведущих специалистов по водной токсикологии.
Интегральный показатель токсичности, помимо общего неспецифического влияния на гидробионты, в некоторых случаях позволяет выделить некоторые специфические реакции на отдельные химические вещества или группы веществ. Так, например, ртуть является сильным ингибитором клеточного деления у водорослей, что позволяет по изменению соответствующих показателей судить о наличии ртути в водной среде. Были сделаны попытки создать своего рода шкалу для идентификации групп загрязняющих веществ по различным проявлениям токсического влияния, в частности по поведенческим реакциям у дафний. Шкала, однако, не имела популярности у специалистов.
В настоящее время хорошо известны методы биотестирования, ориентированные на определение токсичности водной среды, обусловленной присутствием определенных групп химических соединений, в частности фосфорорганических (ФОС). Ингибирующее воздействие ФОС на холинэстеразы известно давно. Сейчас установлено ингибирующее влияние на холинэстеразу и других химических соединений хлорорганических, тяжелых металлов; на этой основе разрабатываются экспрессные методы биотестирования с использованием иммобилизованных ферментов и электродной техники
Следует подчеркнуть, что идентификация природы загрязняющих веществ не является задачей биотестирования и остается прерогативой химического анализа.
В отличие от биотестирования токсичности химических веществ (с целью разработки ПДК), биотестирование природных вод представляет собой оценку токсичности водной среды неизвестного состава и имеет в связи с этим ряд особенностей. Однако даже если специалисту известны источники загрязнения водного объекта и он может предполагать, какие химические вещества присутствуют в пробе природной воды, результат биотестирования не может быть точно предсказан по этим данным. Он будет зависеть от ряда факторов: комбинированного эффекта воздействия комплекса присутствующих загрязняющих веществ, трансформации и метаболизма, гидрохимического режима. Таким образом, только биотестирование может дать ответ о реальной токсичности пробы природной воды для гидробионтов и получить данные об опасности токсического загрязнения водной экосистемы.