Оценка воздействия сточных вод очистных сооружений на реке Волга методом биотестирования

Вторым важнейшим условием признается сохранение хозяйственной  нормы промысловых гидробионтов, то есть пригодности их для использования  человеком.

 Наименьшее вредоносное  действие токсиканта характеризуется следующими признаками /Курлядскийй, Саноцкий, 1965/:

- изменение достоверно ( Р<0,05 ) отличается от контроля  и выходит за пределы физиологических  колебаний показателя для данного  вида животных для данного  сезона;

- достоверных изменений ( Р>0,05) по сравнению с контролем нет, наблюдаются скрытые нарушения равновесия с внешней средой (сужение возможностей адаптации) , выявляемые, в частности, при помощи функциональных и экстремальных нагрузок;

- изменение достоверно ( Р<0,05) отличается от контроля, находится в пределах физиологической нормы, однако стойко сохраняется;

Как известно, биологическое  действие яда начинает проявляться  с некоторой величины действующей  концентрации. Минимальные дозы и  концентрации веществ, способные оказывать  действие на организм, называют порогом токсического действия.

Порог вредного действия веществ в медицинской токсикологии определяется как минимальная концентрация его в объекте внешней среды, при воздействии которой в  организме (при конкретных условиях поступления вещества) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций или скрытая             (временно компенсированная) патология /Санокций, Уланова, 1975/.

 

1.3.Применение  методов биотестирования при  оценке качества воды.

 

Практический опыт введения биотестирования  для определения токсичности  сточных вод небольшой, т.к. затрудненно  с помощью биотестов количественное определение концентрации какого-либо одного или нескольких токсичных  компонентов в сложной смеси. Экономический механизм регулирования водопользования основывался только на данных гидрохимического анализа и регламентировался «Инструктивно-методическими указаниями по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды». До последнего времени не было общепринятых подходов к этой проблеме и обоснованной системы биотестов многоцелевого назначения, пригодных для введения в практику контрольной службы и заводских лабораторий. Хотя подходы к решению проблемы комбинированного действия химических веществ известны в мировой и отечественной гидробиологии достаточного давно. [8]

Поэтому в последнее время всё  большее значение приобретают методы прямой оценки токсичности водной среды, то есть биотестирование качества воды с помощью чувствительных гидробионтов. Возможности биотестов в этой области исключительно велики. Есть все основания полагать, что по мере обработки и унификации биотестов (особенно на основе использования наиболее удобных и доступных для работы в любой лаборатории мелких видов и форм гидробионтов), они прочно войдут в арсенал средств контроля загрязнения и существенно сократят объём трудоёмких и дорогостоящих анализов сточных вод химическими и аппаратурными методами. При этом будет решена одна из главных задач борьбы за чистоту водоёмов - контроль источников загрязнения по биологическим показателям.

Достоинство биоконтроля состоит  в доступности и простоте осуществления. Надежность гарантируется созданием  более жестких условий в модельных  экспериментах, чем в природном  водоеме - это относится к ограничению  жизненного пространства и по времени насильственного контакта тест-объекта с неразбавленной сточной водой. Биоконтроль позволяет охватить всех характеристики исследуемой воды, включая гидрохимический, физический, бактериальный и другие компоненты во всей их совокупности.

В качестве объектов для биотестирования  применяются разнообразные организмы: бактерии, водоросли, высшие растения, пиявки, дафнии, моллюски, рыбы и др.[8]. Каждый из этих объектов заслуживает  внимания и имеет свои преимущества, но ни один из организмов не мог бы служить универсальным объектом, самым чувствительным ко всем веществам и применимым для разных целей в равной степени. Оптимальной может быть система, включающая в качестве тест - объектов по одному виду водных растений, беспозвоночных и рыб (всего 3-5 видов), состояние которых оценивается по параметрам, относящимся к разным уровням интегральности. Для каждого уровня могут быть выделены частные и интегральные тест - функции. Интегральные параметры характеризуют состояние системы соответствующего уровня наиболее обобщенно, давая суммарный ответ о состоянии системы. Для организма к интегральным могут быть отнесены характеристики выживаемости, роста, плодовитости, а физиологические, биохимические, гистологические и прочие параметры относятся к частным. Надежность ответа снижается по мере удаления системного уровня тест – функции от уровня моделируемого процесса или явления. Биохимический параметр организма, например, надежно характеризует функцию конкретной ферментной системой, с некоторой вероятностью может оценивать состояние организма в целом, и практически бесполезен для оценки экологической  ситуации в водоеме.

Сопоставление методов биотестирования  может быть проведено с различных  точек зрения. Срочность ответа связана  с концентрацией действующего вещества. Возрастание концентрации обычно сокращает срок наступления ответной реакции. Наиболее быстрые индивидуальные реакции на токсические воздействия равных концентраций удается регистрировать у простых организмов – водорослей и инфузорий. Наступление таких реакций ограничивается часами и сутками. Днями измеряется проявление ответных реакций у гидр, дафний и рыб по физиолого– биохимическим параметрам. С точки зрения технического оснащения наиболее доступными оказываются методы, основанные на регистрации общебиологических характеристик гидробионтов, хотя и они нуждаются в простейшем стационаре.

Доступность тест–объектов  также приходится принимать во внимание при выборе соответствующих методов  для целей биотестирования. Наиболее просто культивирование высших водных растений, возможное на отстоянной водопроводной воде. На воде из водоема или биологизированной водопроводной воде возможно культивирование дафний. На специальных средах рекомендовано культивировать для биотестирования водоросли, инфузорий и др.

Кроме того, возникает сложность  при сопоставлении результатов  биотестирования сточных вод, т.к. большинство работ по оценке токсичности  проведено с использованием тест-объекта Daphnia magna St. Этот метод является достаточно чувствительным и наиболее разработанным.

Планктонные ракообразные, относящиеся  к роду дафний, являются активными  фильтраторами. Пропуская через  свой организм большие объёмы воды, они способны накапливать  значительные количества токсических веществ, способствуя  тем самым естественному самоочищению воды. Скорость аккумуляции загрязняющих веществ у этой группы организмов очень велика [1]. Дафнию в качестве тест-объекта при изучении загрязнений водоёма предложил использовать Науманн ещё в 1934г.  В настоящее время в США тест на выживаемость дафний в 48 часовом опыте взят за эталон токсичности водной среды. В некоторых странах (Франция, Германия, Венгрия) дафния принята как стандартный тест-организм. В природных условиях этот вид живет в различных мелких водоёмах, питается бактериями, фитопланктоном и детритом. По своей экологической валентности он относится к b мезосапробам. В течение большей части года самки дафний продуцируют партеногенетические яйца [6]. При определении токсичности водной среды проводят острые кратковременные опыты, где основным показателем служит выживаемость гидробионтов. Длительность таких опытов может составлять 2 ч., 24 ч., 48 ч., 96 ч., в зависимости от методики и цели исследования.

По симптомам гибели и физиологическому состоянию дафний можно определить предполагаемые «загрязнители» (токсические вещества) сточных вод. Согласно определительной таблицы токсического действия веществ и физиологического состояния дафний Л.А.Лесникова (1971) и данным Н.Колупаева можно определять причину смерти дафний.

В конце 1995 года приказом Министерства природы РФ № 533 от 27.12.95г. в Российской Федерации был начат эксперимент по внедрению методов биотестирования при оценке качества возвратных вод и взиманию платы с учетом их токсичности. Таким образом, биотестирование сточных и природных вод на Daphnia magna является хорошо разработанным методом.

 

 

 

 

2. Характеристика  объекта исследований

2.1.Характеристика района  сброса сточных вод с городских  очистных сооружений.

Сейчас Волга представляет собой  каскад водохранилищ, которые оказывают влияние на качество воды. По мнению А. В. Авакяна влияние водохранилищ на изменение качественного состава поверхностных вод не является односторонним и неизменным во времени. Это влияние определяется соотношением процессов различной направленности, поэтому возможна неоднозначность изменения стока химических веществ реки после прохождения ее вод через водохранилища. Так, наряду с отрицательными последствиями, вызванными замедлением водообмена, отмечается, при прочих равных условиях, улучшение качества воды по таким показателям как прозрачность, цветность, содержание взвешенных веществ, количество сапрофитных бактерий. Следует отметить, что в результате гидрофизических и биохимических процессов в донных отложениях водохранилищ аккумулируется огромное количество загрязняющих веществ: тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов, трудно разлагаемых органических соединений.

Пробы воды для  токсикологических исследований при  оценке воздействия сточных вод  очистных сооружений были взяты в  районе сброса сточных вод с очистных сооружений г. Волжска, которые находятся в северо-западной части города на левом берегу реки Волга. Берег исследуемого участка реки пологий, во время половодий он затопляется. Прибрежная зона реки отличается обилием неглубоких временных водоемов и заливов. Поэтому здесь имеются участки с замедленным водообменом, где происходит застаивание воды.

От городских  очистных сооружений сточные воды поступают  в реку по двум трубопроводам, проложенным  под землей: с очистных сооружений №1 трубопровод длинной 800м; с очистных сооружений №2 трубопровод длинной 1500м. До реки над трубопроводом №2 построена дамба. На всем протяжении во многих местах коллектор очистных сооружений имеет повреждения. Сточные воды просачиваются сквозь грунт, а затем с поверхностным стоком поступают в реку. Незапланированное попадание сточных вод из коллектора происходит и под водой. При соединении сточных вод с речной водой наблюдается их интенсивное перемешивание. При обследовании района сброса сточных вод с очистных сооружений нами были обнаружены пять точек попадания сточных вод в реку Волгу. В связи с намеченной целью исследований были выбраны следующие точки отбора проб:

 

Для выяснения естественного качества воды реки была взята проба воды со станции №1 - выше места сброса. Проба №2 взята непосредственно в месте запланированного сброса стоков с ОС №2 (при отборе пробы воды наблюдалось интенсивное перемешивание), и должна была показать степень загрязненности вод реки сточными водами на участке с высокой скоростью течения. Проба №3 была взята над разрушенной частью коллектора на участке реки с замедленным водообменом, между островами. Точки отбора проб №4 и №5 находились в прибрежной зоне, испытывающей влияние поверхностного стока сточных вод. Точка отбора пробы №6 – в месте сброса сточных вод с очистных сооружений №1. Вода в пробе №7 соответствовала неразбавленным стокам коллектора. Карта схема района сбора проб воды представлена на рис.1.     

 р. Волга

Рис.1 Карта-схема района сброса очищенных  сточных вод с городских очистных сооружений.

Проба№1-выше сброса сточных вод  ОС №1

Проба№2-место сброса сточных  вод ОС №2

Проба №3, №4, №5 - точки отбора проб на участках разрушения коллектора ОС №2

Проба №6 - место сброса сточных  вод с ОС №2

Проба №7 – сточные воды ОС №2

----- коллектор

 

 

2.2. Характеристика очистных  сооружений города Волжска.

 

Биологические очистные сооружения МП «Волжскводоканал» (БОС) принимают и очищают бытовые, а также промышленные сточные  воды некоторых предприятий города. Очистка проводится по современной технологии на недавно реконструированных очистных сооружениях. Основными загрязняющими веществами, сбрасываемыми с БОС, являются легкоокисляющиеся органические вещества, характеризующиеся показателем БПК (биологическое потребление кислорода), взвешенные вещества, соединения биогенных элементов (азота, фосфора), неорганические соединения, в частности сульфаты, хлориды, фториды, тяжелые металлы (в основном медь). За период с 1992 по 1995 года произошло сокращение объема поступающих на БОС сточных вод с 7300 до 5555 тыс. м³/ год.

 

 За счет  проведенной реконструкции БОС  повысился съем загрязнений по  БПК, взвешенным веществам, аммонию  солевому (форма № 2тп-водхоз). Эффективность  работы очистных сооружений зависит  от технологии, технического состояния  сооружения и качества обслуживания. В целом БОС «Волжскводоканал» работают по данным А.И. Хвастунова [16] удовлетворительно.

 

Проектная производительность ОС - 20тыс. м³/сут. Основные предприятия-загрязнители, сбрасывающие стоки в канализацию города Волжска: АО "ВНИИБ", химчистка, АО "ВДК", УПП ВОС, АКП, ДСК, АО "ЗАРЯ", ВЭМЗ, АО Молокозавод, Хлебозаводы №1 и 2, АО ВПС, АО МЦБК, ЧП "Звезда Альтаир".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица №1

 Качественная характеристика  сточных вод:

№ пп	Наименование загрязняющих веществ	Поступающие стоки (мг/л)	Уходящие стоки (мг/л)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	взвешенные вещества-,  БПК5  ХПК  Хлориды  азот аммонийный  азот нитратов азот нитритов фосфаты сульфаты  фтор  нефтепродукты соли тяжелых металлов   железо   медь фенол	197,2 99,3 137 210 29,4 0,35 0,02 3,16 257,8 0,35 0,77 0 1,18 0,033 0,007	12,4 16,5   169,4 3,06 3,95 0,1 0,96 200 0,08 0,04 0 0,26 0,0016 0,0003