CC BY
18
Оценка состояния биологически активного фильтрующего материала в условиях рабочей зоны перекрытых канализационных очистных
сооружений
12 1 3
Н.В. Кондакова , В.Ю. Белоусова , А.А. Мозгунова , С.Н. Резникова
1 Южно-Российский Государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск 2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого 3 Донской государственный технический университет
Аннотация: В работе приведены исследования состояния биологически активного фильтрующего материала - биогумуса в рабочей зоне станции аэрации на перекрытых канализационных очистных сооружениях. Оценка фильтрующих сорбционных свойств проводилась с помощью методов биоиндикации, а именно, проращивания тест-семян в условиях повышенного содержания диоксида серы. Использовались семена овса, пшеницы, редиса. Эксперимент проходил в четыре этапа с разными временными интервалами времени. Согласно известной методике, по длинам ростков и корешков семян была проведена оценка нетоксичных свойств биогумуса, который может применяться в качестве загрузки на установках биохимической очистки газов, выделяющихся в воздух рабочей зоны от перекрытых очистных сооружений сточных вод. Такой установкой может являться биофильтр. Таким образом, на степень эффективности его работы влияет толщина загрузки, высота каждого из составляющих её слоёв. Ключевые слова: диоксид серы, биоиндикация, перекрытые очистные сооружения, сточная вода, тест-семена, проращивание семян, биогумус.
Наличие повышенных концентраций диоксида серы в атмосфере оказывает негативное влияние на жизнедеятельность человека, животных и растений. Диоксид серы (SO2) - это бесцветный газ с характерным запахом (запах загорающейся спички). При взаимодействии с кислородом воздуха образует ангидрид серной кислоты SO3 и, в конечном счете, саму серную кислоту H2SO4:
S02 + Н20 Я2504
Была разработана система очистки воздуха с помощью биофильтра для уменьшения концентрации SO2 в воздухе рабочей зоны станции аэрации на перекрытых канализационных очистных сооружениях «Суворовские» (далее КОС) в г. Ростов-на-Дону [1,2]. В качестве загрузки использовалась смесь из
древесной коры и биогумуса (вермикомпост, производимый в результате переработки дождевыми червями семейства Lumbricidae органогенных отходов животноводства, растениеводства и осадков сточных вод).
Для оценки состояния предложенного биологически активного фильтрующего материала (биогумуса) было проведено исследование на основе методики проращивания семян [3-5]. Испытания проводились на территории действующих перекрытых КОС, чтобы также оценить влияние воздушной среды на тест-растения.
Экотоксикологическая методика биоиндикации широко применяется для установления воздействия различных физиологически активных веществ из-за своей относительной быстроты проведения, получения достаточно точных и воспроизводимых результатов, наличия пригодных для индикации объектов в большом количестве. Экотоксикология интегрирует синергические и антагонистические эффекты всех загрязняющих веществ и предоставляет информацию только о биодоступной фракции загрязняющих веществ, которую невозможно было бы оценить исключительно с помощью химических данных [6].
В качестве индикаторов токсичности используются семена сельскохозяйственных растений, среди которых наиболее чувствительны салат, люцерна, злаковые, крестоцветные [7]. База данных PHYTOTOX [8] каталогизировала 9700 наземных растений и их реакцию на широкий спектр органических токсикантов.
Оценка фитотоксичности может проявляться по-разному, поэтому важно проводить исследования на растениях из различных систематических групп. Согласно международному стандарту ISO 11269-2 для метода биоиндикации необходимо анализировать минимум два вида растений (обязательно однодольное и двудольное). Тест-объектами в проведённом эксперименте выступали семена редиса, пшеницы, овса.
Пшеница, овёс - однодольное растение. Проращивание выбранных семян ранее хорошо себя зарекомендовало на водах разного химического состава при проведении биотестирования, результаты влияния токсических веществ на образование и рост корней можно фиксировать уже через несколько суток [9, 10]. Показателем является средняя длина развития корневой системы в тестируемой воде по сравнению с контролем. Редис - это двудольное растение, семена которого также обладают высокой чувствительностью к вредному воздействию.
В ходе теста семена помещают в загрязненный материал, а далее оценивают скорость ингибирования прорастания семян и роста корней после определенного инкубационного периода. Реакция тест-растения формируется под действием токсикантов и факторов окружающей среды. Поэтому фитотестирование биологически активного фильтрующего материала (биогумуса) проводилось в неблагоприятных условиях для оценки его состояния в рамках комплексного загрязнения анализируемых сред. В качестве модельного субстрата использовалась твердая фаза, чтобы избежать возможных заниженных результатов токсичности в случае анализа водной вытяжки.
Выполнялись исследования следующим образом:
1 ) ёмкости для проращивания семян промыли горячей водой с моющими средствами, затем 1%-ным раствором марганцовокислого калия, снова водой;
2) в чистые промаркированные ёмкости поместили по 50 г. биологически активного фильтрующего материала (биогумуса), на него выложили по 10 сухих здоровых семян тест-растений (однодольных пшеницы и овса, двудольного редиса). С целью сохранения естественных свойств, субстрат не подвергали специальным обработкам, лишь увлажнили дистиллированной водой.
Результаты наблюдений фиксировали поэтапно согласно временным отрезкам: I этап-24 часа, II этап- 48 часов, III этап- 72 часа и IV этап-120 часов (табл.1). Такой короткий срок позволяет оценить энергию прорастания семян (для полевых растений - от трех суток).
Таблица 1
Общие результаты проведения биоиндикации состояния биогумуса
Этап исследования Вид образца
I шик
II Шё Л «МИ
III ЩД^ (дР ■ 1 тиирщддвди
IV шш
По истечении срока наблюдений оценивали развитие проростков семян. Согласно ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести» эффективность прорастания оценивается следующим образом:
1. Нормально проросшие семена - те, которые к моменту учёта всхожести имеют здоровый вид, разрыв оболочки семени и хорошо развитые корешки, неповреждённые подсемядольные и надсемядольные (гипокотиль и эпикотиль); первичные листочки у злаковых культур.
2. Не проросшие семена - это семена, имеющие здоровый вид, которые к моменту окончательного учета всхожести набухли, но не проросли, и при нажиме пинцетом не раздавливаются; а также твердые семена, которые не изменили внешнего вида и не набухли.
3. Невсхожие семена - это семена, имеющие проростки с полностью или частично загнившими гипокотилем, эпикотилем, корешками, почечкой, семядолями, зародышем; загнившие или почерневшие семена с разложившимся размягчённым эндоспермом;
4. Ненормально проросшие семена - это семена, имеющие одно из нарушений в развитии проростков.
Из анализа табл. видно, что уже на III этапе (72 часа) исследования у двудольных семян редиса было зафиксировано 70 % нормально проросших, имеющих развитый главный зародышевый корешок размером более всей длины семени (размер длины семени 3-5 мм) (рис. 1).
Рис.1 - Проращивание семян редиса на III этапе исследования На завершающем IV этапе (120 часов) были зафиксированы следующие результаты (табл. 2).
Таблица 2
Развитие проростков тест-растений при биоиндикации биогумуса
Тест - растение Однодольные Двудольные
Пшеница Овес Редис
Развитие проростков Нормально проросшие 70 % 70 % 90 %
Не проросшие 20% 20% 0%
Невсхожие 10% 10% 10%
У однодольных было зафиксировано 70 % нормально проросших семян, имеющих не менее двух нормально развитых корешков размером более длины семени (размер длины семени 3-5 мм). У двудольных было зафиксировано 90 % нормально проросших семян. Средний полученный результат свидетельствует об очень слабо выраженной токсичности.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что биогумус, как биологически активный фильтрующий материал, не создает вредного эффекта. На его поверхности возможно произрастание
растительности в условиях повышенного содержания диоксида серы в воздухе рабочей зоны перекрытых КОС. Поэтому он может применяться в качестве одного из слоёв загрузки в биофильтре, толщина биогумуса будет зависеть от степени загрязнённости воздуха рабочей зоны диоксидом серы и другими веществами.
Литература
1. Серпокрылов Н. С., Кондакова Н.В., Мозгунова А.А., Гаврилина Ю.А. Фитоиндикаторы выделения газов в рабочей зоне эксплуатации перекрытых очистных сооружений сточных вод //Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии. 2019. С. 353-360.
2. Кондакова Н.В. Мозгунова А.А., Гаврилина Ю.А., Серпокрылов Н.С. Оценка состояния воздуха рабочей зоны и выделяемых запахов в условиях крытых очистных сооружений // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2019. №4. С. 13-16.
3. Мазуркин П.М. Евдокимова О.Ю. Халитов Р. А. Биотестирование загрязненной нефтью речной воды // Вестник Казанского технологического университета. 2012. №16. С. 172-174.
4. Алексейчук Г.Н. Н.А. Ламан Физиологическое качество семян сельскохозяйственных культур и методы его оценки. Мн.: Право и экономика, 2005. С. 48.
5. Мелехова О.П. Сарапульцева Е.И. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, 2-е изд.; испр. М.: Академия. 2008. С. 288.
6. Plaza G. et al. The application of bioassays as indicators of petroleum-contaminated soil remediation //Chemosphere. 2005. Т. 59. №. 2. pp. 289-296.
7. Кулеш В.Ф. Практикум по экологии: учебное пособие для студентов биологических специальностей учреждений, обеспечивающих получение высшего образования. Минск: Вышэйшая школа. 2007. С. 270.
8. Smith B. M. An inter-and intra-agency survey of the use of plants for toxicity assessment //Plants for Toxicity Assessment: Second Volume. - ASTM International, 1991.
9. Иванютин Н.М., Подовалова С.В. Оценка минерального состава и токсичности очищенных сточных вод Крыма как альтернативного источника воды для орошения // Таврический вестник аграрной науки. 2018. № 1(13). С. 51-61.
10. Wang W., Keturi P. H. Comparative seed germination tests using ten plant species for toxicity assessment of a metal engraving effluent sample //Water, Air, and Soil Pollution. 1990. Т. 52. №. 3. pp. 369-376.
References
1. Serpokrylov N. S., Kondakova N.V., Mozgunova A.A., Gavrilina Yu.A. Stroitel'nye tekhnologii. 2019. pp. 353-360.
2. Kondakova N.V., Mozgunova A.A., Gavrilina Yu.A., Serpokrylov N. S. Engineering and construction bulletin of the Caspian Sea region. 2019. No. 4. pp. 13-16.
3. Mazurkin P.M., Evdokimova O.Yu., Khalitov R. A. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2012. №16. pp. 172-174.
4. Aleksejchuk G.N., Laman N.A. Pravo i jekonomika. 2005. p. 48.
5. Melehova O.P. Sarapul'ceva E.I. Biologicheskij kontrol' okruzhajushhej sredy: bioindikacija i biotestirovanie: uchebnoe posobie dlja studentov vysshih uchebnyh zavedenij [Biological control of the environment: bioindication and biotesting: a textbook for students of higher educational institutions]. Moskva, 2018, p. 288.
M Инженерный вестник Дона, №3 (2021) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n3y2021/6860
6. Plaza G. et al. Chemosphere. 2005. T. 59. №. 2. pp. 289-296.
7. Kulesh V.F. Praktikum po jekologii: uchebnoe posobie dlja studentov biologicheskih special'nostej uchrezhdenij, obespechivajushhih poluchenie vysshego obrazovanija [Ecology Workshop: A Study Guide for Biology Students in Higher Education Institutions]. Minsk. 2007. p. 270.
8. Smith B. M. Plants for Toxicity Assessment: Second Volume. ASTM International, 1991.
9. Ivanjutin N.M., Podovalova S.V. Tavricheskij vestnik agrarnoj nauki. 2018. № 1(13). pp. 51-61.
10. Wang W., Keturi P. H. Water, Air, and Soil Pollution. 1990. T. 52. №. 3. pp. 369-376.
