Дополнительный контроль
Для получения более точной реакции на изменения качества воды наряду с раками используют рыбок. Видеокамера постоянно фиксирует их движение. Если рыбкам станет плохо, они перестанут двигаться и всплывут вверх брюшком или опустятся на дно. А если в это время забеспокоятся и раки, то специалисты начнут действовать. Такое дублирование только на пользу человеку.
В ближайшем будущем ученые планируют доукомплектовать существующие станции биомониторинга системой «маслс-монитор» (от английского mussel - двустворчатый морской моллюск мидия). Речные двустворчатые моллюски - тоже очень хорошие индикаторы качества воды, в которой они живут. В неблагоприятных условиях кроме увеличения кардиоритма они захлопывают створки своих раковин.
4.2 Биотестирование сточных вод при помощи Австралийских раков
Качество невской воды на водопроводных станциях «оценивают» другие раки - узкопалые. Оптимальная температура воды для этих раков не должна превышать 22-23оС. Так как летом температура сточной воды может достигать 26-30 оС, то для использования биоиндикаторов качества очищенных сточных вод на ЮЗОС необходимо было подобрать более теплолюбивый вид раков. С учетом ряда особенностей был выбран краснопалый рак Red Claw Cherax quadricarinatus (красноклешневый рак). Этот вид устойчив к температурному диапазону от 18 до 31оС. Экстремальные температурные границы выживания достаточно широки: от 10 до 36 оС.
Рис. 4.2. Австралийский краснопалый рак Red Claw Cherax quadricarinatus
Стоит заметить, что работа у австралийских раков - сезонная. Когда температура сточной воды понижается, их сменяют аборигенные для средней полосы России узкопалые раки - те, для которых прохладная вода - наиболее привычная среда обитания.
Австралийских раков с лета 2011 года на Юго-Западных очистных сооружениях (ЮЗОС) петербургского Водоканала для биотестирования сточных вод.
Шесть австралийских краснопалых раков Red Claw Cherax quadricarinatus (или красноклешневых раков) живут в аквариумах, через которые проходит очищенная сточная вода. По самочувствию и сердцебиению животных ученые и технологи следят за качеством очищенной на ЮЗОС воды перед тем, как ее выпустить в Невскую губу.
Биоэлектронная система контроля токсикологической безопасности очищенных сточных вод, сбрасываемых ЮЗОС - новая разработка петербургских ученых.
Если качество воды ухудшится, чувствительный рак это ощутит сразу - ученые заметят не только изменения в его поведении, но и получат сигнал от специального оптоволоконного датчика, прикрепленного к панцирю. Датчик в режиме реального времени снимает показания сердечной активности животного. Если одновременно у всех шести раков сердечный ритм резко повысится в 1,5-2 раза, загорится красный сигнал системы «светофор» в диспетчерской. При этом технологи очистных сооружений будут действовать по специальному регламенту - выяснять и устранять причины происшествия.
Качество очистки сточных вод ежедневно проверяют специальные приборы и лаборатория. Однако благодаря биоэлектронной системе контроля с помощью реакций животных можно учитывать синергизм одновременного воздействия многих факторов, которые влияют на воду - среду обитания раков. Например, один прибор измеряет содержание в сточной воде количество фосфатов, другой прибор фиксирует количество нитратов. Но только организм животного-биоиндикатора одновременно оценивает совокупность всех качественных характеристик воды, в которой он живет.
4.3 Биотестирование при помощи улиток
Задача улиток - «следить» за состоянием воздуха в районе завода по сжиганию осадка сточных вод на Юго-Западных очистных сооружениях (ЮЗОС).
Улитки дышат воздухом с примесью дыма, выходящего из трубы завода. К их раковинам прикреплены оптоволоконные датчики сердцебиения и поведения (двигательной активности), благодаря которым с помощью специального программного обеспечения система в автоматическом режиме оценивает функциональное состояние животных, то есть их «самочувствие».
Рис. 3.4. Улитка используемая для биотестирования.
Система очистки дыма на заводе по сжиганию осадка (ЗСО) на Юго-Западных очистных сооружениях - самая современная. Она полностью удовлетворяет требованиям российских нормативных документов, а также Директиве Европейской комиссии, которая регламентирует условия сжигания и требования к выбросам загрязняющих веществ в атмосферный воздух от установок сжигания отходов. За продуктами горения на ЗСО следит специальный аналитический блок. Предусмотрена многократная система защиты, и в случае чрезвычайной ситуации залповый выброс обязательно зафиксирует современная аппаратура.
Однако в воздухе в мизерных дозах могут находиться соединения - продукты сжигания. На каждый из них делать специальные датчики нерентабельно, к тому же концентрация соединений настолько низкая, что не всякий прибор способен их уловить. Для контроля хронической токсичности воздуха ученые Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН предложили использовать моллюсков.
В качестве интегрирующего индикатора на все, что имеет универсальную токсичность по отношению к животным, были выбраны улитки, которые имеют легкие и, как и люди дышат воздухом. К тому же у них есть раковина, к которой можно прикреплять датчики, не влияя на процесс их жизнедеятельности. Большой плюс заключается и в том, что эти животные в меру подвижны.
В течение первого года эксплуатации системы специалисты будут наблюдать за шестью улитками - пока три из них действительно получают воздух, смешанный с тем, который выходит из трубы завода, а еще три дышат обычным. Это нужно для того, чтобы сравнить поведение и показатели сердцебиения улиток из двух групп.
Отличия от системы биомониторинга качества воды с помощью речных раков.
Раки реагируют на резкое изменение условий в среде обитания, а созданная на основе улиток система непрерывного контроля степени загрязненности воздуха на границе санитарно-защитной зоны завода может реагировать не только на резкие и значительные изменения, происходящие в воздухе. Она также может контролировать накопление возможного негативного влияния на здоровье «индикаторной» группы моллюсков, связанного с хроническим токсическим воздействием загрязняющих веществ, выбрасываемых с дымовыми газами, - даже при относительно низких концентрациях таких веществ. То есть постепенное накопление вредных веществ в организме животных от того, что они дышат загрязненным воздухом, скажется на самочувствии улиток.
Отличительная особенность данной системы контроля - возможность выявления так называемых синергических эффектов, при которых суммарное негативное влияние загрязнителей на здоровье биологических существ может значительно превышать сумму негативного воздействия отдельных загрязняющих веществ. Система контроля лишь физико-химических характеристик воздушной среды этот эффект учитывать не в состоянии.
Процесс биотестирования.
Улитка сидит на мячике, который плавает на поверхности воды. К раковине животного прикреплены датчики, фиксирующие сердцебиение и двигательную активность. Все улитки находятся в открытой емкости (коробке), куда подается смесь воздуха и очищенного дыма ЗСО. Важно заметить, что улитки не живут непосредственно в трубе, где дышат ее «выхлопами» - для них дым разбавляется от 1000 до 10 000 раз чистым воздухом. Так достигается примерно та концентрация, которая имеет место на границе санитарно-защитной зоны завода.
Разработанная учеными Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН (НИЦЭБ РАН) биоэлектронная система в автоматическом режиме следит за функциональным состоянием улиток, главным образом - за режимом сердцебиения и подвижностью в рамках суточного цикла. Наблюдение за сердцебиением ведется при помощи фотоплетизмограммы, т.е. оптическим способом наблюдается динамика рассеяния света, которая меняется в такт с биением сердца. Наблюдение за подвижностью заключается и в изучении текущей подвижности, и в создании специальных условий. В определенное время суток на один-три часа отключается режим увлажнения и включаются вентиляторы, которые прогоняют через систему сухой воздух.
У улиток во время режима «проветривания» следят за ЧСС и механикой опускания и поднимания раковины. Если со временем все улитки станут хуже себя чувствовать - а это будет понятно по измерениям (иные показатели ЧСС и двигательной активности) - система в автоматическом режиме обнаружит это, после чего специалисты станут выяснять причины.
Заключение
1. Рассмотрены принцы и методики биотестирования на ракообразных Daphnia magna Straus, водорослях Scenedesmus quadricauda и инфузориях Paramecium caudatum.
2. Изучены показатели токсичности природных вод и параметры токсичности химического воздействия
3. Показаны процессы практического применения биотестирования природных вод с помощью невских и австралийских раков.
Биологический мониторинг качества воды является составной частью экологического мониторинга - слежение за состоянием окружающей среды по физическим и биологическим показателям.
В задачи биологического мониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов. Лучше других отработана система биологического мониторинга водной среды.
Для большинства методов требуются квалифицированные специалисты в определении видов живых организмов.
Изучение состояния интересующей нас проблемы показало, что в настоящее время метод биологического мониторинга качества воды эффективно используется в разных странах, в том числе и в России в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Однако, биологический мониторинга качества воды не имеет общепризнанной системы биологического анализа и нет единых требований, которым он должен. Данный метод используется в качестве дополнительно для получения более надежного результата.
Список литературы
1. Новиков Ю.Ю., Ласточкина К.С., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов. - М.: Медицина, 1990.- с. 400
2. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитарные правила и нормы (СанПиН 2.1.4.1074-01). - М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 2002 - с. 62
3. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология Общий курс: В 2 т. Т.1. Теоретические основы инженерной экологии: Учеб. Пособие для вузов/ Под ред. И.И. Мазура. -- М.: Высш. шк., 1996.- с. 637
4. Горбачев Е.А. Применение системы тестов для определения качества питьевой воды на городских микротерриториях. / Е.А.Горбачев, О.М.Гречканёв // Н.Новгород. Тезисы докладов на научно-промышленном форуме «Великие реки-2011», - ННГАСУ, 2011.- с.456
5. Васильев А.Л. Биологическаяпредочистка в технологиях водоподготовки для питьевых целей: Монография. / А.Л. Васильев, Л.А. Васильев, ,И.В.Бокова// Н.Новгород. ННГАСУ-2011.- с.118
6. Кинебас А. К., Нефедова Е. Д., Гвоздев В. А., Холодкевич С. В., Иванов А. В., Куракин А. С., Корниенко Е. Л. Повышение эффективности и надежности биоэлектронных систем станций производственного биологического мониторинга качества воды. //Водоснабжение и санитарная техника. 2012. №1
7. Никаноров А.М., Хоружая Т.А., Бражникова Л.В., Жулидов А.В. Мониторинг качества вод: оценка токсичности. - С-Пб.: Гидрометеоиздат, 2000, С. 16-39.
8. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир, 1988. - с.348
9. Брагинский Л.П. Биологические тесты как метод индикации токсичности водной среды // Проблемы аналитической химии. М., 1977. Т. 5. с. 27
10. Рябухина Е.В., Зарубин С.Л. Биотестирование. Биологические методы определения токсичности водной среды. - Ярославль: ЯрГу 2006, с.22
11. Жмур Н.С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности к изменению плодовитости цериодафни// Н.С. Жмур - АКВАРОС, 20001. - с.52
12. Экологический мониторинг. Методы биомониторинга. Учебное пособие в двух частях / под ред. Д. Б. Гелашвили. Н. Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 1995. - 464 с.