Практическая работа Демографическая емкость территорий Тема Основные положения классической экологии
 Скачать 0.49 Mb.
|
Практическая работа № 8. Оценка экологического состояния водоемов по микробиологическим показателямТема 3. Рациональное природопользование и охрана окружающей среды. Концепция устойчивого развития Цель работы: изучение принципов оценки современного экологического состояния водоемов, испытывающих различное антропогенное воздействие, на основе результатов микробиологических исследований. Задачи: изучить принципы проведения мониторинга водных объектов; изучить источники загрязнения водного бассейна; овладеть методикой оценки экологического состояния водоемов. Учебные вопросы В чем заключается контроль качества воды в водных объектах? Какие требования предъявляются к санитарно-гигиеническому состоянию водоемов? Какие гидробионты являются биоиндикаторами состояния водоема и качества воды? Какими свойствами характеризуется качество воды? Изучив данную тему, студент должен: иметь представление: об антропогенных источниках воздействия на водные объекты; о представителях гидрофауны, используемых как объекты биоиндикации; об основаниях для пользования водным объектом; знать: законодательную базу, нормативную документацию в области пользования водным объектом; порядок осуществления наблюдений за состоянием водных объектов; порядок осуществления государственного мониторинга водных объектов; перечень способов наблюдений за техническим состоянием водохранилища и входящих в его состав сооружений, а также порядок осуществления таких наблюдений; принципы сбора, обработки и хранения сведений, полученных в результате наблюдений; уметь: своевременно осуществлять мероприятия по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций на водных объектах; вести учет использования водных ресурсов водохранилища; своевременно выявлять и прогнозировать негативное воздействие на водоемы; владеть навыками: осуществления государственного мониторинга водных объектов; разработки и реализации мер по предотвращению негативных последствий антропогенных воздействий; оценки эффективности осуществляемых мероприятий по охране водных объектов; оценки экологического состояния водных объектов по микробиологическим показателям. Методические рекомендации по изучению темы При освоении темы необходимо: изучить теоретический материал по учебной литературе; выполнить практическое задание; ответить на контрольные вопросы. Теоретический материал Водным объектом является природный либо искусственный водоем, водоток либо другой объект, постоянное или временное сосредоточение вод в котором обладает характерными формами и признаками водного режима (изменения во времени уровней, расхода и объема воды в водном объекте). Ухудшение качества и загрязнение воды, истощение водных ресурсов происходят постоянно. Это объясняется соприкосновением с водой и переносом различных веществ. Изменения носят циклический, реже спонтанный характер: они связаны с извержениями вулканов, землетрясениями, цунами, наводнениями и другими катастрофическими явлениями. В антропогенных условиях такие изменения состояния воды носят однонаправленный характер: инородные вещества, попавшие в воду, накапливаются в ней, ухудшая органолептические свойства. Загрязнение воды происходит тогда, когда количество содержащихся в воде инородных веществ, особенно тех, которые оказывают неблагоприятное влияние на человека, животных и растения, достигает критических значений. Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, разделяющимися на группы по их биологическим и физико-химическим свойствам. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся в ней в молекулярном или ионном состоянии. Вторая группа – это те вещества, которые образуют с водой взвеси или коллоидные системы. В коллоидном состоянии могут быть минеральные или органические частицы, нерастворимые формы гумуса и отдельные вирусы. Взвесями же являются чаще всего планктон, бактерии и нерастворимые мельчайшие твердые частицы. Содержание естественных частиц в поверхностных водах неодинаково. Минимальное содержание солей характерно для наших северных рек, а для южных, питаемых подземными водами, – максимальное – до 1,5 г/л. По виду исходных (природных) солей, превалирующих в воде, реки подразделяют на гидрокарбонатные (Волга, Днепр), сульфатные (Дон, Северский Донец), хлоридные и т. п. Но все же состояние рек в первую очередь определяется антропогенным фактором. Интенсивное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы. По данным ВОЗ, около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов. На территории России практически все водоемы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязненности. Ежегодно увеличивается число створов с высоким уровнем загрязнения воды (более 10 ПДК) и количество случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (свыше 100 ПДК). Основными источниками загрязнения водоемов служат предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности. Микробное загрязнение вод происходит в результате поступления в водоемы патогенных микроорганизмов. Имеет место также тепловое загрязнение вод в результате поступления нагретых сточных вод. Загрязняющие вещества условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворимые примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические. Практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений, особенно такие реки, как Волга, Дон, Северная Двина, Уфа, Тобол, Томь и другие реки Сибири и Дальнего Востока. 70 % поверхностных вод и 30 % подземных потеряли питьевое значение и перешли в категории загрязненности «условно чистая» и «грязная». Практически 70 % населения РФ употребляют воду, не соответствующую ГОСТу Р 51232 «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества» (ред. от 10.04.2018). Нарастают процессы деградации поверхностных водных объектов за счет сбросов в них загрязненных сточных вод предприятиями и объектами жилищно-коммунального хозяйства, черной и цветной металлургии, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, мясной, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленностей, а также за счет сбора коллекторно-дренажных вод с орошаемых земель, захоронения на морском дне загрязняющих веществ (радиоактивных отходов и т. п.), разнообразных утечек с судов морского транспорта, аварийных выбросов и сброса судов, добычи полезных ископаемых на морском дне, выпадения загрязняющих веществ с осадками из атмосферы. Продолжается истощение водных ресурсов рек под влиянием хозяйственной деятельности. Практически исчерпаны возможности безвозвратного водоотбора в бассейнах рек Кубань, Дон, Терек, Урал, Исеть, Миасс и ряда других. Неблагополучным является состояние малых рек, особенно в зонах крупных промышленных центров. Значительный ущерб малым рекам наносится в сельской местности из-за нарушения особого режима хозяйственной деятельности в водоохранных зонах и прибрежных защитных полосах, что приводит к загрязнению рек, а также смыву почвы в результате водной эрозии. Возрастает загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения. В РФ выявлено около 1200 очагов загрязнения подземных вод, из которых 86 % расположены в европейской части. На территории России обнаружено около 500 участков, где подземные воды загрязнены сульфатами, хлоридами, соединениями азота, меди, цинка, свинца, кадмия, ртути, уровни содержания которых в десятки раз превышают ПДК. Качество воды характеризуется ее физическими, химическими и бактериологическими свойствами. К физическим свойствам относятся ее температура, цветность, мутность, привкус и запах. Температура воды из колодцев должна быть 7–12 °С. Вода, имеющая более высокую температуру, теряет свои освежающие свойства. И наоборот, температура ниже 5 °С считается вредной для здоровья людей и приводит к простудным заболеваниям. Под цветностью понимают ее окраску и выражают в градусах по платиново-кобальтовой шкале. Мутность определяется содержанием в воде взвешенных частиц и выражается в миллиграммах на литр (мг/л). Вода подземных источников имеет малую мутность. Наличие в воде органических веществ резко ухудшает ее физические (органолептические) показатели, вызывая различного рода запахи (землистый, гнилостный, рыбный, болотный, аптечный, камфорный, запах нефтепродуктов, хлорфенольный и т. д.). Также органические вещества повышают цветность, вспениваемость, оказывают неблагоприятное действие на человека и животных. Установлено, что незначительные изменения физических свойств воды снижают секрецию желудочного сока, приятные вкусовые ощущения повышают остроту зрения и частоту сокращений сердца, а неприятные – снижают. Химические свойства воды характеризуются следующими показателями: активной реакцией, жесткостью, окисляемостью, содержанием растворенных солей. Активная реакция воды определяется концентрацией водородных ионов. Обычно она выражается через pH. При pH = 7 среда нейтральная; при pH < 7 среда кислая, при pH > 7 – щелочная. Жесткость воды определяет содержание в ней солей кальция и магния. Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Так, вода подземных источников имеет большую жесткость, а вода поверхностных источников – относительно невысокую (3–6 мг-экв/л). Жесткая вода содержит много минеральных солей, от которых на стенках посуды, котлах и других агрегатах образуется накипь – каменная соль. Жесткая вода губительна и непригодна для систем водоснабжения. Мягкая вода должна иметь жесткость не более 10 мг-экв/л. В последние годы существует предположение о том, что вода с низким содержанием солей способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Окисляемость обусловливается содержанием в воде растворенных органических веществ и может служить показателем загрязненности источника сточными водами. Для колодцев особую опасность представляют сточные воды, в составе которых есть белки, жиры, углеводы, органические кислоты, эфиры, спирты, фенолы, нефть и др. Содержание в воде растворенных солей (мг/л) характеризуется плотным (сухим) осадком. Вода поверхностных источников имеет меньший плотный осадок, чем вода подземных источников, т. е. содержит меньше растворенных солей. Предел минерализации питьевой воды (сухого остатка) – 1000 мг/л – был в свое время установлен по органолептическому признаку. Воды с большим содержанием солей имеют солоноватый или горьковатый привкус. Допускается содержание их в воде на уровне порога ощущения: 350 мг/л для хлоридов и 500 мг/л для сульфатов. Нижним пределом минерализации, при котором гомеостаз организма поддерживается адаптивными реакциями, является сухой остаток в количестве 100 мг/л, оптимальный уровень минерализации – 200–400 мг/л. При этом минимальное содержание кальция должно быть не менее 25 мг/л, магния – 10 мг/л. Степень бактериологической загрязненности воды определяется числом бактерий, содержащихся в 1 см3 воды, которое не должно превышать 100. Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные сточными и дождевыми водами, животными и т. д. Вода подземных артезианских источников обычно не загрязнена бактериями. Различают патогенные (болезнетворные) и сапрофитные бактерии. Для оценки загрязненности воды патогенными бактериями определяют содержание в ней кишечной палочки. Бактериальное загрязнение измеряют коли-титром и коли-индексом. Коли-титр, т. е. объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка, должен составлять не менее 300. Коли-индекс, число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды, должен составлять до 3. Осуществление контроля за качеством воды Контроль качества и управление качеством воды в водных объектах призваны определять, какую воду следует считать чистой и безопасной, какие вещества и в какой концентрации загрязняют воду и т. п. Необходимое качество воды в водоеме может обеспечиваться поддержанием соответствующих гидрохимических и гидрологических режимов. Попадающие в водоем токсиканты изменяют гидрохимический состав поверхностной воды и в зависимости от концентрации оказывают влияние на процессы формирования ее качеств. Поэтому контроль состояния водных объектов осуществляется по физическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям. В нашей стране анализ состояния водных объектов проводят ряд организаций, относящихся к различным министерствам: - центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды следит за количественными и качественными показателями поверхностных вод и их изменением под влиянием деятельности человека; - центр санитарно-эпидемиологического надзора контролирует водоемы и воду, используемые для питьевого водоснабжения, лечебно-оздоровительных целей; - рыбохозяйственная инспекция осуществляет надзор за водоемами, имеющими рыбохозяйственное значение; - управление по геологии и использованию недр контролирует использование подземных вод и осуществляет их охрану от истощения и загрязнения; - комитет по водному хозяйству следит за водопользованием и водопотреблением. Гидрохимический контроль качества воды включает систему контроля и наблюдений за химическим составом воды водоемов и водотоков бассейна, поступающими атмосферными осадками, антропогенными источниками загрязнения. Гидрохимическая система контроля и наблюдений создается с учетом сбросов сточных вод, а также видов водопользования. Состав и объем гидрохимических наблюдений определяются требованиями, предъявляемыми органами государственного управления и надзора и основными водопользователями. При этом обычно устанавливаются такие показатели, как минерализация, содержание кислорода, биологическое потребление кислорода (БПК), химическое потребление кислорода (ХПК), содержание основных ионов, биогенных веществ, нефтепродуктов, детергентов, фенолов, пестицидов, тяжелых металлов. Определяются также физические параметры – цветность, температура. Объектами санитарных наблюдений являются водоемы, которые используются для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения. Створы обычно расположены вблизи пунктов санитарно-бытового водопользования. При наблюдениях собирают сведения об основных источниках загрязнения: о санитарном благоустройстве населенного пункта; об условиях отведения сточных вод; о промышленных и других объектах, сбрасывающих сточные воды; о качестве и составе сбрасываемых стоков; о характере очистки и обеззараживания и т. д. Загрязненность воды – понятие, относящееся только к определенному месту или зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования. Водный объект вне места водопользования не считается загрязненным, даже если его экосистема полностью разрушена вследствие сброса вредных веществ. С экологической точки зрения, это неприемлемо. Поэтому специалисты различных производств должны принимать все технически доступные меры для минимизации сброса в него загрязняющих веществ независимо от того, обеспечена или нет допустимая нагрузка на водный объект. Бактериальное население донных отложений водных объектов играет существенную роль в круговороте органического вещества и в процессах самоочищения воды. Одними из микробиологических показателей для количественной оценки экологического состояния водоемов, испытывающих повышенное антропогенное воздействие, служат общая численность бактерий (ОЧБ), обитающих в донных отложениях, измеряемая в клетках на 1 мл грунта – кл/мл грунта, и численность сапрофитных бактерий (СБ), измеряемая в колониеобразующих единицах – КОЕ/мл. Сапрофитные бактерии являются индикаторами загрязнения водной среды легкоокисляемым органическим веществом. На основе значений экологического индекса, рассчитанного с помощью отмеченных микробиологических показателей, можно определять экологическое состояние водоемов. Показатели ранжированы в четыре группы (по Дзюбан): норма, состояние риска, предкризисное состояние и кризис (табл. 1). Таблица 1. Количественная оценка экологического состояния водоемов
Оценка экологического состояния водоемов определяется по экологическому индексу, вычисляемому по формуле: ЭИ = СБ/ОЧБ · 100 %, (1) где ОЧБ – общая численность бактерий, кл/мл грунта; СБ – численность сапрофитных бактерий, КОЕ/мл грунта. |