CC BY
22
УДК 628. 356. 3
i. м. коршенко, м. д. Волошин, о. i. полянчиков
(Дншродзержинський державний техшчний унiверситет)
ПОР1ВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕС1В БЮСОРБЦП ТА БЮАКУМУЛЯЦП ВАЖКИХ МЕТАЛ1В У Г1ДРОБ1ОНТ1В HERPOBDELLA OCTOCULATA, ASELLUS AQUATICUS ТА АКТИВНОГО МУЛУ, ВИЛУЧЕНИХ З ОЧИСНИХ СПОРУД м. ДН1ПРОДЗЕРЖИНСЬКА
У ход1 атомно-абсорбцшного анатзу встановлено, що водш оргашзми та активный мул, яю вилучет з очисних споруд м. Дншродзержинська, проявляють бюсорбцшт властивосп по вщношенню до важких мета-л1в, а саме: мщь, марганець, кобальт, кадмш, свинець, цинк та залзо. Пор1внюючи властивосп двох пдробюнпв та активного мулу накопичувати важк метали, можна впевнено сказати, що Herpobdella octoculata i Asellus aquaticus володшть бшьш високим потенщалом сорбци вказаних токсиканпв шж активний мул. Результати отриманих концентрацiй важких металiв наведенi в роботi у виглядi колоутворюючих дiаграм.
В ходе атомно-абсорбционного анализа установлено, что водные организмы и активный ил, которые извлечены из очистных сооружений г. Днепродзержинска, проявляют биосорбционные и биоакумуляционные свойства по отношению к тяжелым металлам, а именно: медь, марганец, кобальт, кадмий, свинец, цинк и железо. Сравнивая особенности двух гидробионтов и активного ила накапливать тяжелые металлы, можно с уверенностью сказать, что Herpobdella octoculata i Asellus aquaticus владеют более высоким потенциалом сорбции указанных токсикантов, чем активный ил. Результаты полученых концентраций тяжелых металлов представлены в работе в виде кругообразных диаграм.
In the course of an atom absorption tests it was established that aquatic organisms and active slime that had been obtained from sewage recycling facilities of Dneprodzerzhinsk town displayed bioabsorptive properties in relation to heavy metals, such as copper, manganese, cobalt, cadmium, lead, zinc and iron. While comparing the capacities of accumulating heavy metals, possessed by the aquatic organisms and active slime, the authors established that Herpobdella octoculata and Asellus aquaticus had higher adsorption potential of mentioned toxical substances than active slime. The test concentrations of heavy metals, established in the paper, have been displayed in the form of pie-charts.
Серед токсиканпв р1зноман1тно! х1м1чно! природи особливу небезпеку для пдробюнпв та оргашзму людини становлять важю метали. Головним джерелом 1х потрапляння до внутр> шшх водойм, а саме до р1чки Дшпро, е спчш води тдприемств хiмiчноI i металургшно! про-мисловосп. Спчш води, яю надходять до ме-режi мюько! каналiзацiI мютять мщь, цинк, хром, шкель, залiзо, марганець, свинець, кадмiй та кобальт. Пюля механiчноI та бюлопчно! очистки концентрацiя металiв у стоках знижу-еться, але видалити 1х повнiстю не вдаеться. Цi неоргашчш сполуки потрапляють з недостат-ньо очищеними стоками до водойм у виглядi рiзноманiтних сполук, якi виявляють сумiсну або комбiновану мутагенну, канцерогенну дiI на флору, фауну водойм та оргашзм людини i тварин. Типи дш: 1) синергiзм або потенцюш-рування, коли ефект ди бiльше простого пiдсу-мовування; 2) антагонiзм, коли ефект дiI дею-лькох токсикантiв бувае менше шж сума; 3) адитивне або просте тдсумовування. Найчас-тiше зустрiчаються перший тип.
Токсичш метали у водоймах пагубно дiють на флору, фауну та гальмують процеси самоочи-щення водойм. За рахунок акумуляцп токсикан-ив у придонних шарах води, вони на iндивiдуа-льному рiвнi ди призводять до змiни хiмiчного складу, морфологiчних характеристик клiтин, осмотичних функцш, виникненню та утворенню патологiчних форм, мутацш, порушенню дихан-ня i орiентацiI гiдробiонтiв [1; 2].
отже, одним iз перспективних шляхiв вир> шення проблеми бiоремiдiацiI стiчних вод, яю забрудненi важкими металами, е цшеспрямова-не i контрольоване використання бюсорбеш!в та бiоакумулянтiв. У кожному конкретному випадку щ властивостi повинш гарантуватися знанням особливостей взаемодiI живих органi-змiв з конкретним металом.
Аналiз ряду опублiкованих робiт [3-5] до-зволяе зробити висновок, що щ дослiдження не в повнш мiрi охоплюють можливостi бiо-акумуляцп важких металiв багатьма гiдробiо-нтами, а саме Herpobdella оctoculata, Asellus аquaticus та активним мулом.
Метою експериментально! роботи е порiвнян-ня властивостей бюсорбцл та бюакумуляци важ-ких металiв гiдробiонтами Herpobdella ос1юси1а1а, Л8е11и8 аquaticus та активного мулу, вилучених з водоочисних споруд м. Дншродзержинська. Роботу виконували з ПУВКХ у рамках госпдо-говору № 350/05.
Як об'ект дослiдження використовували пд-робiонти Herpobde11a оctocu1ata, Ase11us аquaticus та активний мул з аеротенку, який призначе-ний для бiологiчного очищення стiчних вод.
Встановлено, що ИвгрвЬёвИа ооЮсыШа -типова форма глотково! п'явки, найбшьш роз-винена представниця червiв. II тiло розподiлене на сегменти, розмiром 1,5... 2 см. Мае центра-льну нервову, м'язову системи, яю добре роз-винутi, органи почуттiв та розмноження, зоро-вий апарат. Колiр тша коричневий, який зале-жить вщ умов населення. На шкiрi розташоваш рецептори, якi сприймають рiзнi роздратуван-ня: механiчнi, термiчнi, хiмiчнi i свiтловi. Ця п'явка - хижак, мае систему травления. Харчу-еться дрiбними безхребетними, що населяють активний мул. Бере участь у регуляцн чисель-ностi видiв i омолодженш активного мулу [6].
Asellus aquaticus - рiвноногий рак. Його тшо сплющене у дорзовентальному направлены, довжиною 1,5 см. Мае чотири пари кiнцiвок, нервову, кровотворну системи, органи травлен-ня та розмноження, зоровий апарат. Живе та живиться серед оргашчних рослинних залиш-юв, що розкладаються. Добре переносить не-стачу кисню, запобiгае процесу гниття [7].
Активний мул - складне утворення м^оор-ганiзмiв рiзноманiтних груп бактерiй, простiших, грибiв, водоростей та вiрусiв, яю використовують оргашчт та неорганiчнi речовини iз спчних вод як поживнi речовини. Ус процеси перетворю-вання речовин у клпинах здiйсиюються з участю ферменпв. Склад мiкрофлори та мiкрофауии мулу рiзноманiтний i залежить вщ складу стiчних вод, значенню рН та кисню [8].
Методика проведення експерименту визна-чення важких метатв складалася iз декiлька етатв: вiдбiр проб дослiджуваного матерiалу, тдготовка матерiалу для аналiзу, мiнералiзацiя проб вщносно ГОСТ 26657-85, екстракцiя важких метатв атомно - абсорбцшним методом.
Принцип метода
Атомно-абсорбцiйний аналiз оснований на способах вiльних атомiв певних елементiв, якi утворюються в полум'! при введенi в ньо-
го аналiзуемих розчинiв, селективно поглина-ти резонанснi випромiнювання, визначено! для кожного елемента довжини хвит. Стутнь атомiзацii рiзноманiтних елементiв залежить вщ летучостi, здатностi утворювати в полум'! дисоцшоваш сполуки, температури полум'я, хiмiчного складу проб, концентрацн аерозолю в полум'1 та розмiру його часток.
Визначення важких метатв проводили на атомно - абсорбцшному спектрометрi «Квант». У ходi експерименту встановленi накопичеш концентрацп металiв вказаними видами та ак-тивним мулом: мiдь, марганець, кобальт, кад-мiй, свинець, цинк та затзо (рис. 1-3).
7
Рис. 1. Результати дослщжень концентрацш бюсорб1руваних важких метал1в водним оргашзмом Herpobde11a оctocu1ata:
1 - затзо, 2 - кадмш, 3 - марганець, 4 - тдь, 5 - кобальт, 6 - цинк, 7 - свинець у кшькосп 6335; 1,1; 58; 47; 19; 609; 300 мг/кг в1дпов1дно
Рис. 2. Результати дослщжень концентрацш бюсорб1руваних важких метал1в водним оргашзмом Лse11us аquaticus:
1 - зад1зо, 2 - кадмш, 3 - марганець,
4 - м1дь, 5 - кобальт, 6 - цинк, 7 - свинець у кшькосп 8487; 3,2; 162; 119; 43; 1012; 400 мг/кг вщповщно
4
Рис. 3. Результати дослвджень концентрацш бюакумульованих важких метал1в активним мулом:
1 - зал1зо, 2 - кадмш, 3 - марганець, 4 - тдь, 5 - кобальт, 6 - цинк у кшькосп 2590; 0,7; 440;
48; 160; 170 мг/кг в1дпов1дно
Анал1зуючи експериментальш даш мож-ливо стверджувати про суттеве накопичуван-ня вказаних токсикант1в живими оргашзмами Herpobdella octoculata, Asellus aquaticus та активним мулом. Цей дослщ пщтверджуе наявшсть великих концентрацш важких метал1в у спчних водах мюта Дншродзержинська, яю надходять до очисних споруд з травильними водами чор-них та кольорових метал1в, вщ локальних систем очистки Дшпровського металургшного комбшату, пщприемства по виготовленню лаку та фарб. Пор1внюючи властивост двох гщробь онт1в та активного мулу накопичувати важю метали, можна помггити, що Herpobdella octoculata i Asellus aquaticus володшть бшьш високим потенщалом сорбцп вказаних токсиканта шж активний мул. Результати отриманих концентрацш важких метал1в наведет у вигляд1 колоутворюючих д1аграм свщчать, що активний мул поступаеться бюсорбщоним властивостям вщносно ус1х метал1в, за винятком марганцю, котрий вш накопичуе у кшькосп 440 мг/кг, а саме в 2,7 раз1в бшьше шж раки i в 7,5 раз1в бшьше шж п'явки. Д1аграми свщчать, що най-бшьш акумульованим металом серед визначе-них е зал1зо, а саме воно утримуеться оргашз-мами Herpobdella octoculata, Asellus aquaticus та активним мулом у концентраци 6335, 8487 та 2590 мг/кг вщповщно. Пор1внюючи властивосп пдробюнпв та активного мулу по вщношенню до !х здатносп бюлопчного очищення спчних вод вщ свинцю, можна стверджувати, що активний мул не приймае участь у видалент свинцю, котрий вщноситься до першо! групи небезпеки. Виходячи з цього, суттевою р1зницею м1ж гщро-бюнтами та активним мулом можливо вважати здатнють Herpobdella octoculata i Asellus aquaticus до адсорбцп 1з ст1чних вод свинцю,
який утримуеться у концентращях 300 та 400 мг/кг вщповщно. Таю процеси можливо пояс-нити тим, що активний мул проявляе бюакуму-люючи властивост по вщношенню до важких метал1в, а гщробюнти навпаки, волод1ють бю-сорбцшними можливостями, а саме стшкосп до важких метал1в. Сорбщя важких метал1в клгги-нами гщробюнт1в, тобто утримання юшв та комплекс1в метал1в компонентами живо! бюма-си, на тепершнш час вважаеться одним ¡з пер-спективним дослщжуваним явищем у бюколо1-днш х1мп. Бюсорбщю, як електроповерхневе явище у кттинах, слщ вщр1зняти вщ акумуля-цп, яка означае депонирування металу в сере-деш клггини. Взагал1, по ф1зичних мехашзмах щ процеси близью. Загальним для них являеть-ся те, що при акумуляци метали можуть сорб1-руватися внутр1кттинними компонентами по-д1бно тому, як це здшснюеться на поверхш кт-тини. Виходячи з цього, акумулящя метал1в усередеш кттини, здшснюеться без зв'язування, тобто за рахунок роботи мембран-них ферментативних систем, яю охоплюють формування трансмембранно! вщмшносп елек-трох1м1чних потенщал1в - як одше! 1з форм ю-нування енергп у клгшш. Тому акумулящя мета-л1в кштинами, як правило, е вираженим метабо-л1зм - залежним процесом, в той час як вплив процес1в обм1ну на юльюсть активних груп зв'язування метал1в на кштиннш поверхш.
Бюсорбщя та бюакумулящя приводять в результат до штегрального ефекту - зниження концентраци метал1в у спчних водах i концент-рируванню !х у кттинних системах живих ор-гашзм1в, тому принципово стае питання про !х живучють, тобто стшкосп водних оргашзм1в до ди перевищених (у пор1вняння з ф1зюлопчни-ми) концентрацш важких метал1в. Ст1йк1сть орган1зм1в визначае його можливост1 нейтрал1-зувати токсичну д1ю метал1в. Тому ст1йк1сть живого оргашзму до важких метал1в визнача-еться перш за все !х можлив1стю знижувати концентрацИ 1он1в у зовшшньому середовищ1 завдяки бар'ерним властивостям клггинно! обо-лонки та попередженню проникнення метал1в до внутр1шньо! частини клггини i його дИ на чутлив1 системи.
Висновок
П1дводячи шдсумок експериментальн1й ро-бот1, можливо стверджувати, що вилучеш з очисних споруд мюта Дшпродзержинська г1д-роб1онти та активний мул володдать м1цними бюсорбцшними та б1оакумуляц1йними власти-востями по вщношенню до важких метал1в. Во-
ни приймають активну участь у здшсненш ефе-ктивно! бюлопчно! очистки стчних вод вiд то-ксикантiв. Порiвнюючи накопичувальнi влас-тивостi вказаних вищв та активного мулу, якi наведет в робой у вигляд1 колоутворюючих дiаг-рам, можна впевнено сказати, що Herpobde11a octocu1ata i Ase11us aquaticus е бiльш ефективним знаряддям проти мутагенних та канцерогенних сполук шж активний мул. Головним !х вщзнач-ним фактором е можливiсть приймати участь у бiологiчнiй очистки спчних вод вiд свинцю. Завдяки сво!м бiосорбцiйним властивостям, вони е живими бiологiчними фiльтрами, якi за-побiгають потраплянню високих концентрацiй вище вказаних мутагенiв до рiчки Дшпро.
Посилаючись на отримаш результати досль дiв, в перспективi е плани щодо розробки заходiв шгенсифшаци бюлопчно! очистки стiчних вод вщ важких металiв шляхом збшьшення бiомаси дослщжуваних водних органiзмiв Herpobde11a octocu1ata i Лse11us aquaticus в умовах ддачих очи-сних споруд м. Дшпродзержинська.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Корабльова А. I. Еколопя: взаемовщносини люди-ни 1 середовища. - Д.: Полирафкт, 1999. - 253 с.
2. Коган Б. И. Современные методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Сер. Охрана окружающей среды. - М.: Министерство цветной металлургии. Обзорная информация, 1985. - 258 с.
3. Брагинский Л. П. Методические аспекты биотестирования на БарЫа magna Straus и других ве-твистоусых ракообразных // Гидробиологический журнал. - 2000. - 36, № 5. - С. 56-70.
4. Влияние условий существования на связывание тяжелых металлов в тканях пресноводного двустворчатого молюска Anodonta Cygnea // Гидробиологический журнал. - 2003. - 39, № 6. -С. 72-81.
5. Васюков А. Е. Аккумуляция металлов макрофитами в водоемах зоны Запорожской АЭС // Гидробиологический журнал. - 2003. - 40, № 4. -С. 94 -102.
6. Жизнь животных: В 7 т. / Гл. ред. В. Е. Соколов; Под. ред. Ю. И. Полянского. - 2-е изд., перераб. -М.: Просвещение, 1987. - Т. 1: Черви. - 448 с.
7. Жизнь животных: В 7 т. / Гл. ред. В. Е. Соколов; Под. ред. Ю. И. Полянского - 2-е изд., перераб. -М.: Просвещение, 1987. - Т. 3: Членистоногие -510 с.
8. Корабльова А. I. Вступ до екологи, токсикологи / А. I. Корабльова, Л. Г. Чесанов. - Д.: Щит еколо-пчно! освгги, 2001 - 308 с.
Надшшла до редколеги 29. 06. 04.
