CC BY
155
9. Красная книга Красноярского края / Е.Е. Сыроечковский [и др.]; отв. ред. А.П. Савченко; Краснояр. гос. ун-т. - Красноярск, 2000. - 248 с.
10. Красная книга Красноярского края, - 2-е изд., перераб. и доп. / Е.Е. Сыроечковский [и др.]; отв. ред.
А.П. Савченко; Краснояр. гос. ун-т. - Красноярск, 2004. - 254 с.
11. Тугаринов А.Я. Птицы Приенисейской Сибири. Список и распространение // Зап. Средне-Сиб. отд. гос.
рус. геогр. об-ва. - Красноярск, 1927. - Т. 1. - Вып. 1. - С. 3-43.
12. Швецов Ю.Г., Литвинов Ю.Н. Районирование Алтае-Саянской горной области по териологическим данным // Сиб. экол. журн. - 1996. - № 2. - С. 183-186.
13. Штегман Б.К. Основы орнитогеографического деления Палеарктики // Фауна СССР. Птицы. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1938. - Т.1. - Вып.2. - С. 1-76.
14. Rogacheva H. The birds of Central Siberia. - Husum: Husum Druck- und Verlagsgesellshaft, 1992. - 737 p.
УДК 574.64:57.017.3 И.А. Гибенко, З.Г. Гольд
КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ СТОЧНЫХ ВОД ПО ДИНАМИКЕ ХИМИЧЕСКИХ ИНГРЕДИЕНТОВ И ТОКСИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ У БИОТЕСТОВ (ВОДОРОСЛИ, РАЧКИ)
Приведена токсикологическая оценка сточных вод, поступающих в бассейн р. Енисей, с применением различных биотестов и количественного химического анализа.
Ключевые слова: гидробиология, биотестирование, тест-объект, химический анализ, токсичность.
I.A. Gibenko, Z.G. Gold
SEWAGE COMPLEX ANALYSIS ACCORDING TO THE DYNAMICS OF CHEMICAL COMPONENTS AND TOXIC EFFECTS OF THE BIOTESTS (ALGAE, SEED SHRIMPS)
Toxicological estimation of sewage flowing into the Yenisei River basin with application of various biotests and the quantitative chemical analysis is given.
Key words: hydrobiology, biotesting, test object, chemical analysis, toxicity.
Введение
Проблема чистой воды, и, соответственно, вопрос по оценке качества воды наиболее актуален и значим в настоящее время. Решение данной проблемы обеспечивается экологическим благополучием водного объекта - это нормальное воспроизведение основных звеньев экологической системы водного объекта [5].
Загрязнение воды происходит вследствие антропогенных и природных процессов. В связи с жизнедеятельностью человека в окружающую среду попадают сотни тысяч новых химических соединений с невыясненными токсикологическими характеристиками [7, 12].
Для оценки уровня загрязненности различных вод (сточные, поверхностные) токсичными веществами издавна в развитых странах использовали количественный химический анализ. С 70-х годов XX столетия в схему оценок качества воды интенсивно включают биологические показатели оценок: 1 - по структурнофункциональным характеристикам водного сообщества (биоиндикация); 2 - по реакциям водных организмов в тестируемой воде (биотестирование). Проблематика водной токсикологии формируется непосредственно в соответствие с требованиями практики. Многие вопросы, касающиеся информативности, эффективности и экономической целесообразности подбора тест-систем, недостаточно изучены [13].
Необходимость в разработке новых биоиндикаторных систем, в особенности биотестов для оценки токсичности проб сточных вод, диктуется рядом причин. Основные из них: неуклонное возрастание числа загрязняющих ингредиентов, попадающих в водную среду; взаимодействие загрязнителей между собой с образованием новых веществ, иногда более токсичных, чем анализируемые; трудоемкость и высокая стои-
мость химического анализа. Становятся необходимыми несложные первичные тесты на общую токсичность воды, с высокой чувствительностью и широким спектром реагирования, быстрой ответной реакцией и высокой экономической эффективностью [1].
Целью данной работы является токсикологическая оценка сточных вод, поступающих в бассейн Енисея, с применением различных биотестов и количественного химического анализа.
Материалы и методы
В работе дан анализ сточной воды выпуска с очистных сооружений в р. Бузим, левобережный приток р. Енисей. Категория сточных вод - хозяйственно-бытовые (недостаточно очищенные). Согласно нормативам, утвержденным для данных очистных сооружений, сточная вода на выпуске в водный объект не должна оказывать острого токсического действия на тест-объекты [10].
Выбор стока объясняется: 1) его специфичностью по загрязняющим веществам и эффектом их действия на водные объекты, различной ответной реакцией тест-организмов; 2) доступностью исследования по химическим и биологическим показателям параллельно.
На очистные сооружения поступают хозяйственно-бытовые сточные воды от населения и предприятий села. Сточные воды проходят механическую очистку; затем они перекачиваются на сооружения полной биологической очистки. В состав технологической цепочки очистных сооружений входят аэротенки, вертикальные отстойники [9].
Токсичность сточных вод определялась по двум тест-объектам из разных систематических групп (водоросли, рачки) в соответствии со следующими аттестованными методиками:
1. Методика определения токсичности проб поверхностных пресных, грунтовых, питьевых, сточных вод и отходов по изменению оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris beijer). ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04/16.1:2:3.7-04 [11].
Критерием токсичности пробы является отклонение средней величины оптической плотности от контрольного варианта на 20% и - 30%: в случае подавления роста тест-культуры приводится со знакомпри стимуляции ростовых процессов со знаком
2. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний (Ceriodaphnia affinis). ФР.1.39.2007.03221 [14].
Методика основана на определении двух показателей токсического действия на тест-объекты -смертности (острое токсическое действие) и изменений в плодовитости цериодафний (хроническое токсическое действие) при воздействии токсических веществ, присутствующих в исследуемой водной среде. Критерием токсичности является 50% гибели за 48 ч в тестируемой воде (острая токсичность) и 20% гибели и достоверное отличие в плодовитости опыта от контроля за 7 суток (хроническая токсичность, генотоксичность).
Оценка качества воды по химическим показателям анализировалась по рассчитанному индексу загрязнения вод (ИЗВ) [2, 6, 8]
ИЗВ = X [Ci / ПДКi] / n,
где Ci - концентрация i-го компонента;
n - число суммарных отношений;
ПДК - ПДК/-го компонента.
Значения ИЗВ дифференцированы на семь классов качества вод: от I (очень чистые воды, ИЗВ < 0,2 балла) до V-VII (воды грязные - чрезвычайно грязные, ИЗВ = 4-6 баллов и более).
Для расчета индекса загрязнения вод ПДК взяты не стандартные, а региональные, временные для анализируемого выпуска [10].
Исследования проводились в 2008 и 2009 годах. Для принятия природоохранных решений в случае получения несовпадающих и даже противоречивых данных использовано правило: итоговое заключение делается по тому параметру, который выявляет максимальное воздействие на окружающую природную среду.
Результаты химического анализа. На протяжении всего периода исследований не наблюдалось превышений ПДК по рН, алюминию, марганцу, хлоридам, фосфору фосфатов (табл. 1).
Таблица 1
Динамика показателей химического состава сточных вод с выпуска очистных сооружений
(2008-2009 гг.), мг/дм3
Наименование ингредиента Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь ПДК [10]
Взвешенные вещества 3 10,8±2,2 16,8±3,4 25±5 12,0±2,4 4,8±1,4 18±4 15
Растворенный кислород 8,8 9 8,9 8,9 10 8,3 8,2 >6
pH 8,1 8,1 8,1 8,4 8 8,1 8,5 7,0-8,5
БПК5 2,0±0,3 0,9±0,1 5,2±0,7 5,9±0,8 5,0±1,3 2,1±0,3 2,3±0,3 2
Азот аммонийный 0,25±0,09 0,12±0,04 0,44±0,16 4,9±1,0 0,05±0,019 0,30±0,11 1,3±0,3 0,39
Алюминий 0,04±0,01 0,04±0,01 0,04±0,01 0,04±0,01 0,09±0,02 0,055±0,01 0,04 0,28
Марганец 0,008±0,00 4 0,012±0,004 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,01
Азот нитратный 23±5 25±6 24±6 20±5 30±7 13±3 13±3 9,1
Сульфаты 24±5 23±5 30±3 26±3 30±3 26±3 30±3 19,2
Хлориды 38±3 40±4 36±3 37±3 35±3 36±3 35±3 41,6
Фосфор фосфатов 0,59±0,06 1,0±0,1 1,4±0,1 0,65±0,07 1,2±0,1 0,49±0,05 1,4±0,1 1,4
ИЗВ 0,87 0,84 1,22 1,17 1,23 0,87 1,00 -
Примечание: жирным шрифтом выделены значения, превышающие ПДК.
Содержание взвешенных веществ в сточных водах отмечалось на уровне нормативной величины (15 мг/дм3). В сезонной динамике превышение ПДК по этому ингредиенту зарегистрировано: в мае - в 1,1 раза, в июне - в 1,7 раза, в сентябре - 1,2 раза.
Превышение значений БПК5 от нормативной величины (2 мгО2/дм3) было зарегистрировано с мая по сентябрь и составило от 1,4 до 3,0 раза.
Содержание в сточной воде азота аммонийного было выше ПДК (0,39 мг/дм3): в мае - в 1,1 раза, в июне - в 12,6 раз, в сентябре - в 3,3 раза.
Концентрации азота нитратного и сульфатов в выпуске с очистных сооружений были выше нормативных величин (азот нитратный - 9,1 мг/дм3, сульфаты - 19,2 мг/дм3) в течение всего исследуемого периода. Превышения по данным ингредиентам составили: азот нитратный - в 1,4-3,3 раза, сульфаты - в 1,2-1,6 раза.
Если рассматривать динамику по месяцам, то можно отметить, что наибольшие превышения по ПДК наблюдались в мае, июне и сентябре - по 5 ингредиентам из 11, в июле и августе ПДК были превышены по трем ингредиентам, в марте и апреле - по двум.
Расчет индекса загрязнения вод (ИЗВ) производился с включением семи величин: pH, O2, БПК5, хлориды, сульфаты, фосфор фосфатов и алюминий.
Значения ИЗВ изменялись соответственно превышениям ПДК: май, июнь, сентябрь - величина ИЗВ варьировала от 1,00 до 1,22, что соответствует III классу качества вод - умеренно загрязненные. В марте, апреле, августе - значение ИЗВ менялось в пределах от 0,84 до 0,87, что соответствовало II классу вод -чистые (табл. 1).
В июле превышение ПДК наблюдалось только по трем ингредиентам, однако, значение ИЗВ было равно 1,23 и соответствовало III классу вод - умеренно загрязненные. Мы это связываем с тем, что в расчетах ИЗВ использовался кислород, концентрация которого в июле значительно превышала ПДК (6 мг/дм3). При расчетах ИЗВ
на Красноярском водохранилище [3, 4] авторы отмечают, что высокие концентрации кислорода оказывают благоприятное воздействие на водную экосистему, однако, в соотношении с ПДК (6 мг/дм3) они увеличивают ИЗВ.
Результаты биотестирования
По динамике оптических характеристик биотеста Chlorella vulgaris сточные воды оказывали острое токсическое действие на протяжении всего периода исследований, стимулируя темп роста тест-культуры (рис. 1).
март апрель май июнь июль август сентябрь
Месяц
Рис. 1. Динамика величин оптической плотности водоросли Chlorella vulgaris при воздействии сточных
вод очистных сооружений, %
В мае, июне и сентябре снятие токсического эффекта по биотесту Chlorella vulgaris достигалось только 100-кратным разбавлением тестируемого образца стока (табл. 2). В эти же месяцы были отмечены наибольшие превышения регистрируемых ингредиентов по ПДК, значения ИЗВ соответствовали III классу качества вод - умеренно загрязненные (табл. 1). В марте, апреле, июле и августе уровни биологически безопасных разбавлений тестируемых на тест-объекте Chlorella vulgaris сточных вод были равны и достигали 20-кратного разбавления (табл. 2). Величина ИЗВ по этим месяцам соответствовала II классу качества вод -чистые (табл. 1).
На протяжении всего периода исследований тестируемая вода не оказывала острого токсического на биотест Ceriodaphnia affinis (табл. 2).
В экспериментах по учету плодовитости рачков по всем анализируемым месяцам в исследуемой воде зарегистрировано ингибирование темпа отрождения молоди. Наблюдалось достоверное (р<0,05) отличие между контролем и опытом, т.е. сточная вода выпуска очистных сооружений оказывала на рачков хроническое токсическое действие (табл. 2).
Таблица 2
Характеристики токсичности сточных вод по реакциям водоросли Chlorella vulgaris
и рачков Ceriodaphnia affinis
Дата тестирования Chlorella vulgaris Cerioda ohnia affinis
Среднее значение оптической плотности X±A, усл.ед. Относительное изменение величины оптической плотности I порог от -30 до +20, % Разбавления вод Острый экспери- мент Хронический эксперимент
УББР - уровень биологически безопасного разбавления, раз Среднее значение оптической плотности X±A, усл. ед. Относительное изменение величины оптич. плотности I порог от -30 до +20, % Выживаемость цериодафний через 48 ч, % Среднее число отродившейся молоди на 1 самку, экз x ±mi
Март 0,176±0,04 0,295±0,07 -68т 20 0,176±0,04 0,197±0,05 -12 н 100 90 н 4,60±0,73 2,40±0,26 т
Апрель 0, 0, 21 77 2 8 1+ 1+ о, о, оо 7 4 -53т 20 0,178±0,04 0,205±0,05 -15 н 100 100 н 6,10±0,94 2,70±0,30 т
Май 0,174±0,04 0,299±0,07 -72т 100 0,174±0,04 0,223±0,05 -28 н 100 80 н 6,30±0,87 2,50±0,26 т
Июнь 0,168±0,04 0,333±0,08 -98т 100 0,168±0,04 0,185±0,04 -10 н 100 80 н 7,00±0,61 3,00±0,29 т
Июль 0,171±0,04 0,283±0,07 -65т 20 0,171±0,04 0,202±0,05 -18 н 100 90 н 4,90±0,92 2,30±0,21 т
Август 0,170±0,04 0,257±0,06 -51т 20 0,170±0,04 0,178±0,04 -5 н 100 100 н 6,20±0,86 2,80±0,51 т
Сен- тябрь 0,178±0,04 0,311±0,07 -75т 100 21 27 2 8 О О 5 4 -25 н 100 80 н 5,90±0,70 2,10±0,10 т
Примечания: верхняя цифра - данные в контрольном варианте, нижняя - данные в опытном варианте т - токсичность зарегистрирована; н - токсичность не зарегистрирована.
Выводы
1. По химическому составу сточные воды с выпуска очистных сооружений характеризовались превышением ПДК по содержанию азота нитратного и сульфатов за весь период исследований. Рассчитанные величины индекса загрязнения вод (ИЗВ) имели значения 0,84-1,23 баллов, качество воды относилось ко II - III классам (чистые - умеренно грязные).
2. Токсический эффект сточной воды зарегистрирован по оптической плотности водоросли Chlorella vulgaris и по темпу отрождения молоди рачков Ceriodaphnia affinis. Уровень биологически безопасного разбавления тестируемого стока, определенный по тест-реакции Chlorella vulgaris, варьировал от 20- до 100-кратного.
3. Тест-объект Chlorella vulgaris по сравнению с тест-объектом Ceriodaphnia affinis оказался более чувствителен к образцам стока с комплексом химических элементов, превышающих ПДК.
4. На основании результатов биотестирования при оценке острой токсичности считаем целесообразным рекомендовать тест-объект Chlorella vulgaris как обязательный при анализе подобных сточных вод.
5. Оценки качества сточных вод с выпуска очистных сооружений, полученные по динамике токсических эффектов у водорослей и рачков, по сравнению с химическими показателями более жесткие и объективные.
Литература
1. Борсук О.Ю. Экологическая оценка качества вод Республики Адыгея с применением методов биотестирования: автореф. на правах рукописи. - Майкоп, 2007 - 23 с.
2. Комплексная оценка качества воды и состояния водных экосистем по результатам биоиндикации и биотестирования на региональной основе / З.Г. Гольд [и др.] // Биотехнология - охране окружающей среды: мат-лы междунар. конф. -Ч.1. - М.: Спорт и культура, 2004. - С. 42-47.
3. Гольд З.Г. Красноярское водохранилище: мониторинг, биота, качество вод: моногр. / под ред. акад. А.Ф. Алимова, д-ра биол. наук М.Б. Ивановой. - Красноярск: Изд-во СФУ, 2008. - 538 с.
4. Гольд З.Г. Современные подходы к оценке качества воды // Водные ресурсы Енисейского региона: сб. мат-лов 4-й конф., посвящ. Междунар. дню воды. - Красноярск, 2009. - С. 65-70.
5. ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения (с изм. № 1, 2) // Государственный контроль качества воды: сб. ГОСТов. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 19 с.
6. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справ. мат-лы / Т.В. Гусева [и др.]. - М.: Эколайн, 2000. - 62с.
7. Дмитриев В.В. Диагностика, экологическое нормирование и оценка устойчивости водных экосистем к антропогенному воздействию // Океанология в СПб. ун-те. - СПб., 1997. - С. 73-75.
8. Емельянова В.П., Данилова Г.Н., Колесникова Т.Х. Оценка качества поверхностных вод суши по гидрохимическим показателям // Гидрохимические мат-лы. - 1983. - Т. 88. - С. 119-129.
9. Нормативы предельно допустимых сбросов вредных веществ, поступающих в водный объект после очистных сооружений / МУП РММП ЖКХ с. Сухобузимское, Красноярский край. ПДС утверждены Мин-природресурсов РФ и согласованы с Центром Госсанэпиднадзора в Сухобузимском районе 13 февр. 2007 г. - 20 с.
10. Приказ Росрыболовства от 18.01.2010 № 20. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения: зарег. в Минюсте РФ 9 февр. 2010 г. № 16326. - 153 с.
11. ПНД ФТ 14.1:2:3:4.10-04, 16.1:2:3.7-04. Методика определения токсичности проб поверхностных пресных, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению оптической плотности культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris beijer). - M.: Изд-во Мин-ва прир. ресурсов, 2007. - 30 с.
12. Строганов Н.С. Биологический критерий токсичности в водной токсикологии // Критерий токсичности и принципы методик по водной токсикологии. - М.: Наука,1971. - С.14-38.
13. Филенко О.Ф. Нормирование загрязнения и биотестирование вод: что дальше // Мат-лы III Всерос. конф. по водной токсикологии, посвящ. памяти Б.А. Флерова. - М., 2008. - С. 148-156.
14. ФР.1.39.2007.03221. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. - М.: Акварос, 2007. -57с.
---------♦-----------
