Токсикологическая оценка городских водоёмов

НАУЧНАЯ РАБОТА

1.       Водоёмы урбанизированных (городских) территорий

1.1    Обзор существующих классификаций водоемов

В зависимости от местоположения в рельефе, в русле реки, пойме все водоемы подразделяются:

       на водоемы на рельефе (в основном это водоемы – копани), которые в соответствии со строением рельефа могут быть русловыми, пойменными, склоновыми и водораздельными.

       водоемы в руслах рек, которые в свою очередь, подразделяются на русловые копаные и плотинные. Русловые копаные водоемы характеризуются тем, что они устроены непосредственно около русла реки (точнее, в самом русле), в результате чего сток реки или ручья проходит полностью через водоем.

       пойменные водоемы, которые могут иметь разные типы водного питания – водами руслового стока, подземного стока и комбинированное. Типичный пойменный водоем размещается в пойме реки, часто для этой цели используется старица. Старица питается дополнительной водой или за счет подземного стока или поверхностного стока в период половодья.

       склоновые водоемы, которые создаются на склонах или  террасах речных долин. В зависимости от положения на склоне можно выделить водоемы, занимающие верхние, средние или нижние части склонов.

       водораздельные водоемы (водоемы – копани), которые устраивают на водораздельных участках.

       водоемы в выемке – наиболее распространенный вид водоемов, который преобладал в ландшафтной архитектуре в прошлом, преобладает в настоящее время и будет преобладать в обозримом будущем

       водоемы в насыпи, которые в чистом виде встречаются достаточно редко. Гораздо чаще можно встретить  сборные металлические наземные бассейны с принудительным наполнением водой и систематической очисткой последних с помощью фильтров.

       водоемы в полувыемке - полунасыпи, которые достаточно широко распространены в практике гидротехнического и ландшафтного строительства.

1.2    Проблемы современного экологического состояния городских водоёмов.

Водные объекты являются источниками питьевой воды, без которой невозможна жизнь. Под водным объектом понимается природный или искусственный водоем, водоток либо иной объект, постоянное или временное сосредоточение вод в котором имеет характерные формы и признаки водного режима. Водные объекты Бреста– это городские реки, озера, пруды, ключи, источники.

Водные объекты города испытывают значительную антропогенную нагрузку вследствие их использования для нужд промышленности и энергетики, культурно-бытового водопользования и рекреации.

Основным источником урбаногенного загрязнения поверхностных вод являются городские сточные воды – стоки промышленных предприятий и коммунального хозяйства – наряду с поверхностными стоками с территорий города. Существует также опасность загрязнения городских водоемов радиоактивными отходами путем их непосредственного слива в водный объект, смыва почвенных частиц с загрязненной местности или выпадениями из загрязненной атмосферы.

В настоящее время многие водоемы Бреста превращаются в грязные сточные канавы. Они засоряются промышленными и сельскохозяйственными предприятиями, автомобилистами, туристами, рыбаками. В водоемы сбрасывают строительный мусор и испорченные продукты.

Основная часть сточных вод образуется в коммунальном хозяйстве (521 млн.м.куб.). На коммунальных очистных сооружениях очищается 92% бытовых сточных вод, образующихся в городах и сельских населенных пунктах, 52,4% производственных сточных вод и 86,2% (?) поверхностного стока [3]. Столь благополучные данные подтверждаются наличием более 1400 очистных сооружений мощностью 1533 млн.м.куб./год, что в 2,2 раза превышает объем подлежащих очистке сточных вод (688 млн.м.куб./год). Не менее благостных выводы об эффективности их работы делаются по результатам локального мониторинга сбросов сточных вод. Так, практически по всем бассейнам крупных рек "... качество очищенных сточных вод, в основном, соответствовало установленным нормативам, что было обеспечено эффективной работой большинства очистных сооружений... Число нарушений содержания загрязняющих веществ в сбросах сточных вод, изменялось от 0,2% (бассейн р.Западный Буг) до 3% (бассейн р.Днепр) от общего количества определений", а их было сделано более 64 тысяч на 136 предприятиях [2]. Учитывая то, что в Беларуси установлены одни из самых жестких нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ в водные объекты [4], большинство стран мира могло бы гордиться такими результатами.

1.3    Гидробионты городских водоёмов

Гидробионты — морские и пресноводные организмы, постоянно обитающие в водной среде. К гидробионтам также относятся организмы, живущие в воде часть жизненного цикла, то есть земноводные. Существуют морские и пресноводные гидробионты, а также живущие в естественной или искусственной среде, имеющие промышленное значение и не ставшие таковыми.

Разнообразие гидробионтов.

1)Пелагические организмы (растения или животные, обитающие в толще или на поверхности воды)

2)Нейстон - совокупность микроорганизмов, живущих у поверхностной плёнки воды на границе водной и воздушной сред.

3)Плейстон - растительные или животные организмы, обитающие на поверхности воды, или полупогруженные в воду.

4)Реофилы - животные, приспособившиеся к обитанию в текущих водах.

5)Нектон - совокупность водных активно плавающих организмов, способных противостоять силе течения.

6)Планктон - разнородные, в основном мелкие организмы, свободно дрейфующие в толще воды и не способные сопротивляться течению.

7)Бентос (совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоемов).

2. Гидрохимия городских водоёмов

2.1 Обзор классификаций гидрохимических показателей

2.2 Химический состав воды, гидробионтов, донных отложений (таблицы по тяжёлым металлам).

Химический состав воды

Тяжелые металлы и их соли (Си, Zn, Hg, Cd, Pb, Sn, Fe, Mn, Ag, Cr, Co, Ni, As, Al) — широко распространенные промышленные загрязнители. В водоемы они поступают из естественных источников (горных пород, поверхностных слоев почвы и подземных вод), со сточными водами многих промышленных предприятий и атмосферными осадками, которые загрязняются дымовыми выбросами. Тяжелые металлы как микроэлементы постоянно встречаются в естественных водоемах и органах гидробионтов (см.таблицу). В зависимости от геохимических условий отмечаются широкие колебания их уровня.

Естественные уровни металлов в природных водах

Тяжелые металлы довольно устойчивы. Поступая в водоемы, они включаются в круговорот веществ и подвергаются различным превращениям. Неорганические соединения быстро связываются буферной системой воды и переходят в слаборастворимые гидроокиси, карбонаты, сульфиды и фосфаты, а также образуют металлорганические комплексы, адсорбируются донными осадками. Под воздействием живых организмов (микробов и др.) ртуть, олово, мышьяк подвергаются метилированию, превращаясь в более токсичные алкильные соединения. Кроме того, металлы способны накапливаться в различных организмах и передаваться в возрастающих количествах по трофической цепи. Особенно опасны ртуть, цинк, свинец, кадмий, мышьяк, так как они, поступая с пищей в организм человека и высших животных, могут вызвать отравления. Коэффициент материальной кумуляции колеблется у них от сотен до нескольких тысяч.

Считают, что большая часть неорганических соединений металлов поступает в организм рыб с пищей. Через жабры и кожу проникают растворимые диссоциирующие соли и металлорганические соединения. Антропогенные источники многократно (в 2 — 13 раз) повышают концентрацию тяжелых металлов в воде. С этим четко коррелирует содержание металлов в органах рыб.

Токсическое действие большинства тяжелых металлов на рыб обусловлено их ионами. Концентрированные растворы их солей, обладая вяжуще-прижигающим действием, нарушают функции органов дыхания. В слабых разведениях, проникая в организм, они нарушают проницаемость биологических мембран, снижают содержание растворимых протеинов, связываются с сульфгидрильными и аминогруппами белков и вызывают тем самым угнетение активности ферментов. Гидроокиси железа и марганца, осаждаясь на жабрах и икре, нарушают газообмен, что приводит к асфиксии. С повышенным загрязнением морской воды соединениями титана, железа, кадмия, хрома и других металлов связывают поражение рыб (треска, ершоватки и др.) опухолями (эпидермальная папиллома, псевдоопухоль жабр, карцинома печени) и язвенной болезнью, а также деформацию скелета и воспаление плавников.

В клинической симптоматике острых отравлений рыб тяжелыми металлами преобладают нервно-паралитический синдром и нарушение дыхания, которое обусловлено дистрофическими и некробиотическими изменениями в жабрах и коже. При хроническом отравлении симптомы выражены слабо. На первое место выступают деструктивные изменения жаберного аппарата и паренхиматозных органов, анемия и истощение рыб.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕК

К тяжелым металлам относят металлы с молярной массой  большей чем 40 г/моль. В это число входит половина таблицы Менделеева. В донных отложениях чаще всего присутствуют: Ba, Sr, V, Mo, Ag, Co, Ni и др.

В донных отложениях рек устано-

влено присутствие более 20-и элементов среди которых есть и тяжелые, и легкие металлы , а так же неметаллы.

2.3 Источники загрязнения и проблемы качества (чистоты) городских водоёмов

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

       Механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

       Химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

       Бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

       Радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

       Тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых;  воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы  первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды  и откладывании их на дне водоемов.

Сточные воды разделяют на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые, включающие стоки от камбуза, душей, прачечных и др.; подсланевые, или нефтесодержащие.

Источники загрязнения водоемов и грунтовых вод известны достаточно хорошо — это различные сточные воды, поверхностный сток с загрязненных территорий, свалки, водный транспорт, воздушные выбросы. Несомненно, значительную роль в загрязнении вод играет и использование в сельском хозяйстве средств защиты растений и удобрений — как минеральных, так и органических.

Как показывают исследования, в производственных сточных водах нередко присутствуют опасные для здоровья вещества, в том числе канцерогены (вызывающие опухолевые заболевания) и мутагены (изменяющие свойства клеток и субклеточных структур).

3.       Ихтиофауна как индикатор качества водоёмов.

3.1    Обзор классификаций ихтиофауны по типу питания, месту обитания и т.п.

3.2    Эколого-биохимическая характеристика основных видов рыб, обитателей водоёмов г. Бреста

3.3    Химический состав пресноводных рыб