Оценка качества водной среды биоиндикационными методами

8 Опыливание полей пестицидами загрязняет воздушную и водную среду.

9 Коровий навоз и другие остатки животного происхождения - основные загрязнители мест больших скоплений животных на пастбищах и скотных дворах.

10  При откачке пресных грунтовых вод может произойти засоление в результате подтягивания к их зеркалу минерализованных вод из эстуариев и морских бассейнов.

11 Метан продуцируется бактериями, как в естественных болотах, так и в стоячих водоемах при избытке органических загрязнителей антропогенного генезиса.

12 Тепловое загрязнение рек происходит из-за поступления от электростанций нагретых вод.

13 Города являются источниками разных отходов, включая как органические, так и неорганические.

14 Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания - основные источники загрязнения воздушной среды. Углеводороды адсорбируются содержащейся в воздухе влагой.

15 Крупные предметы и частицы удаляются из коммунально-бытовых сточных вод на станциях предварительной очистки, органика - на станциях вторичной очистки. От многих веществ, поступающих с промышленными стоками, невозможно избавиться.

16 Разливы нефти от морских нефтяных скважин и из танкеров загрязняют воды и пляжи.

Основные типы загрязнения водоёмов:

1 Нефтяное загрязнение (рисунок 2). Загрязнение воды нефтью происходит в основном из-за халатного отношения к этому вопросу людей, ответственных за это дело. Иногда воду, после промывки нефтяных танкеров сливают в водоемы, иногда моют машины и выливают в реки даже отработанное машинное масло. Нефть попадает в воду с плавающих механизированных средств и с водного транспорта. Не нужно думать, что нефть безвредна для водоемов. Даже тончайшие слои уменьшают скорость проникновения в воду кислорода. Тонкая пленка нефти может убить нейстон и плейстон. Птицы, испачканные нефтью, обычно погибают. Загрязнение нефтью чревато еще и тем, что охватывает большие площади при незначительных попаданиях в воду. Один литр нефти покрывает поверхностной пленкой полгектара поверхности воды.

 

                           

            

Рисунок 2 -  Загрязнение нефтью, берегов Мексиканского залива

 

2 Загрязнение  воды биологически активными  веществами. В настоящее время усиленно развивается медицинская и биохимическая промышленность, изготавливающая биологически-активные вещества, гормоны, ферменты, витамины, лекарственные вещества, содержащие активнодействующие на микрофлору и микрофауну вещества типа антибиотиков. Действие большинства биологически-активных веществ на гидрофауну и гидрофлору не изучено, вот почему к выпуску сточных вод, содержащих биологически активные вещества (БАВ) в водоемы следует подходить с очень большой осторожностью.

3 Загрязнение воды радиоактивными веществами. Радиоактивные вещества оказывают вредное воздействие на организм в результате излучений, возникающих при самопроизвольном распаде ядер радиоактивных элементов. Эти излучения разрушают и изменяют химические соединения, составляющие организм (нуклеиновые кислоты, белки, жировые вещества и т.п.) и нарушают строение биологических структур (хромосом, мембран и других клеточных органелл). Радиоактивные вещества содержатся в больших количествах в рудных телах и могут загрязнять водоемы при "урановых разработках" и переработке радиоактивного сырья.

4 Загрязнение тяжелыми  металлами. Тяжелые металлы имеют атомную массу более 60. В качестве токсикантов в водоемах обычно встречаются: ртуть, свинец, кадмий, олово, цинк, марганец, никель, хотя известна высокая токсичность других тяжелых металлов - кобальта, серебра, золота, урана и других. Высокая токсичность для живых существ - это характерное свойство соединений и ионов тяжелых металлов. В металлическом виде они нетоксичны.

5 Загрязнение водной среды солями. Большинство стоков содержит в себе неорганические соли. Особенно много солей содержится в стоках промышленных предприятий. Соли образуются в стоках главным образом за счет нейтрализации кислот и щелочей, которые в очень больших количествах применяются в промышленных процессах. Вредность солей для гидробионтов проявляется, прежде всего, в нарушении осмотического равновесия.

 6 Тепловое загрязнение  (рисунок 3). Температура воды, используемой на тепловых электростанциях для охлаждения пара, повышается на 3-10° С, а иногда до 20° С. Плотность и вязкость нагретой воды отличаются от свойств более холодной воды принимающего бассейна, поэтому они перемешиваются постепенно. Теплая вода охлаждается либо вокруг места слива, либо в смешанном потоке, текущем вниз по течению реки. Мощные электростанции заметно нагревают воды в реках и бухтах, на которых они расположены.

 

                         

                          

 

Рисунок 3 - Тепловое загрязнение Копорской губы Финского залива от ЛАЭС

 

Летом, когда  потребность в электрической  энергии для кондиционирования  воздуха очень велика и ее выработка  возрастает, эти воды часто перегреваются. Понятие "тепловое загрязнение" относится именно к таким случаям, так как избыточное тепло уменьшает растворимость кислорода в воде, ускоряет темпы химических реакций и, следовательно, влияет на жизнь животных и растений в водоприемных бассейнах. Примером такого загрязнения является загрязнение Копорской губы Финского залива от ЛАЭС.

7 Другие неорганические загрязнители. В водоприемных бассейнах некоторые металлы, например железо и марганец, окисляются либо в результате химических либо биологических (под влиянием бактерий) процессов. Так, например, образуется ржавчина на поверхности железа и его соединений. Растворимые формы этих металлов существуют в разных типах сточных вод: они были обнаружены в водах, просочившихся из шахт и со свалок металлолома, а также из естественных болот. Соли этих металлов, окисляющиеся в воде, становятся менее растворимыми и образуют твердые окрашенные осадки, выпадающие из растворов. Поэтому вода приобретает цвет и становится мутной.

Источники, вносящие в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения водоёма, вещество, нарушающее нормы качества воды, — загрязняющим. Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и физико-химических свойств на группы.

 

        

 

Рисунок 4 - Основные источники загрязнения водоёмов

 

К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в  молекулярном или ионном состоянии. В природной воде могут присутствовать в растворенном виде различные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сернистый газ и др.), а также растворимые соли (натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др.). Можно установить их наличие с помощью химического анализа, потому что растворенные примеси не задерживаются ни песчаными, ни бумажными фильтрами. Вторая группа примесей — те, что образуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых веществ. Они задерживаются мембранами — тонкими пленками из коллодия или бычьего пузыря. В коллоидном состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения. При длительном отстаивании частицы песка, глины, образующие в воде взвеси, способны осаждаться.                               

Основными источниками  загрязнения являются: промышленные и коммунальные канализационные стоки и сельскохозяйственные загрязнения, которые включают смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений (рисунок 4). 

Годовой объем  промышленных коммунально-бытовых  и сельскохозяйственных стоков в  мире достиг 6,7%, или около 2,5 тыс. км естественного речного стока на планете, а по наличию примесей в воде практически сравнялся с ним. Антропогенные загрязнения воды по сравнению с природными водами (растворы и взвеси) более опасны и во много раз сильнее снижают ее качество.

 

 

  1.2 Классификация водоёмов по уровню загрязнения на основе   

        физико-химических характеристик воды.

 

 

Природные водоемы  различаются по химическому составу  воды, донных отложений и потока веществ, поступающих в них с  водосборной площади, а так же рядом физических, гидрологических и географических параметров. В связи с этим  в  каждом  водоеме  формируется  свой  собственный  набор  видов микроорганизмов, растений и животных, взаимно влияющих друг на друга и на окружающую  среду.  Каждая  водная  экосистема  имеет  свои  определенные характеристики:  видовое разнообразие  водных  организмов,  их  численность, биомассу  и  др.  Одним  из  важнейших  показателей  является  продуктивность (трофность)  водной  экосистемы,  т.е.  количество  нового  органического вещества,  создаваемого  экосистемой  за  единицу  времени.  Продуктивность зависит  в  первую  очередь  от  фотосинтетической  деятельности  автотрофных организмов  и  различна  в  разных  водоемах.  По  уровню  продуктивности природные водоемы могут классифицироваться как: 

 - дистрофные (непродуктивные);

 - олиготрофные (малопродуктивные);

 - мезотрофные (среднепродуктивные);

 - эвтрофные  (высокопродуктивные).

 Классификация   водоемов  по трофности  применима  для  всех природных водоемов. Трофический уровень водной экосистемы сильно связан с содержанием  в  воде  биогенов – растворенных  минеральных  веществ, являющихся удобрением для водных  растений.  К ним относятся  прежде  всего соединения фосфора и азота. Уровень трофности водоема может изменяться при действии  как природных,  так и антропогенных (возникающих  в  результате воздействия  человека)  факторов.  В  некоторых  случаях  определить  причину изменения  трофности  очень  сложно.  Когда  нет  сомнений  в  том,  что  причина имеет антропогенный характер, встает задача оценки качества воды в сравнении с прежним "природным" состоянием и прогноза дальнейших изменений. Трофический уровень конкретного водоема можно определить не только по  продукции  фотосинтезирующих  организмов,  но  и  по  видовому  составу  и обилию  тех  гидробионтов,  которые  в  этом  водоеме  обитают.  С  их  помощью можно определить качество воды и изменение трофического уровня водоема, в связи с увеличением концентрации биогенов при загрязнении.

Оценка качества воды водоемов может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов, а также метод, использующий биологические и физико-химические методы. Физико-химические измерения основаны на индивидуальных и комплексных показателях, они позволяют оценить качество воды только на данный момент. Достоинства физико-химических методов:

– точная оценка качества воды конкретным загрязнителем;

– учет совместного влияние загрязняющих веществ;

– возможность классификации качества воды по степени загрязнённости;

– характеристика среды обитания водных организмов.

Индивидуальные  показатели физико-химических методов:

1) Ci≤ ПДКi – предельно-допустимая концентрация;

2)  Gi≤ ПДCi – предельно допустимый сброс;

3)  БПК5 – биологическое потребление кислорода.

Наиболее часто из индивидуальных показателях используется показатель биологического потребления кислорода, классификацию качества воды по БПК5  изобрел Крылов А.В. Биологическое потребление кислорода (БПК) – это показатель загрязнения воды органическими соединениями, определяемый количеством кислорода, израсходованным за определенное время (5 суток – БПК5) в аэробных условиях на окисление загрязняющих веществ, содержащихся в единице объема воды. В таблице А.1 приведена классификация качества воды по БПК5 . Как правило, в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление до 70% легкоокисляющихся органических веществ. Полное окисление органических веществ (БПКполн. или БПК20) достигается в течение 20 суток.

Комплексные показатели физико-химических методов:

         1) ПХЗ-10 –  показатель химического загрязнения;

         2) КИЗ – комбинаторный индекс загрязненности

          3) W – показатель Эрисмана;

         4)  Х – экотоксологический критерий Моисеенко;

           5)  ИЗВ – индекс загрязнения воды.

Для характеристики загрязнения водных объектов используется  формализованный суммарный показатель химического загрязнения вод (ПХЗ-10). Применение ПХЗ-10 ограничено – он рассчитывается только при выявлении зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. Расчёт производится по десяти соединениям, максимально превышающим ПДК, по следующей формуле (1):

 

ПХЗ – 10= (С₁ / ПДК_{1  +}  С₂ / ПДК_{2  +} С₃ / ПДК_{3 + . . . . . +}  С₁₀ / ПДК₁₀),                 (1)

 

Где: ПДК – предельно допустимая концентрация вещества, мг/м³;

   С – концентрация измеряемого вещества в водном объекте, мг/м³.

При определении ПХЗ-10 для  химических веществ, по которым «относительно  удовлетворительный уровень загрязнения  вод» определяется как их отсутствие, отношение Ci/ПДКi  условно принимается равным 1. Получение значения ПХЗ- 10  загрязнённости вод соответствует тому или иному параметру состояния загрязнения водного обьекта.