ТОКСИКОРЕЗИСТЕНТНОСТЬ КЛОНОВ DAPHNIA MAGNA К СТОЧНЫМ ВОДАМ АЗС

Оглавление

Введение        3

1. Характеристика АЗС        4

2. Характеристика сточных вод        6

3. Методы и способы очистки сточных вод        9

4. Daphnia magna. Ее характеристика        11

5. Биоиндикация и токсикорезистентность        13

6. Постановка опыта        14

7. Результаты исследования сточных вод        15

Общие выводы        16

Библиографический список использованной литературы и электронных ресурсов        18

Приложение        19

Введение

Данная работа посвящена исследованию токсикорезистентности Daphnia magna к сточным водам АЗС.

Актуальность исследования: Проблемы экологии очень остро стоят в современном мире, многие научные работы посвящены этой теме. Однако, экологическая опасность сточных вод АЗС на территории Клинского района изучена слабо или вовсе не подвергалась исследованию. Поэтому мы в своей работе изучим влияние сточных вод на жизнеспособность Daphnia magna. 

Новизна проекта: В отечественной и зарубежной научно-химической литературе хорошо изучено понятие «биоиндикация», четко обозначены ее виды и применение. Также известно токсикоризестентность Daphnia magna.  Однако, в связи с меняющимся составом углеводородного сырья для заправки автомобильного транспорта влияние на живые организмы могут быть непредсказуемы. Поэтому исследование проводим на клонах Daphnia magna. 

Объект исследования: состав сточных вод АЗС и их опасность для экологии Клинского района.

Предмет исследования: устойчивость  клонов Daphnia magna и их реакция на сточные воды АЗС.

Цель работы: Сделать подробный химический анализ сточных вод АЗС с помощью клонов Daphnia magna.

Задачи исследования:

- дать определение понятию «биоиндикация»

- изучить токсикорзестентнсть Daphnia magna как индикатора

- изучить состав сточных вод

- охарактеризовать работу АЗС

- провести эксперимент, с помощью которого можно доказать, что сточные воды не являются токсичными для живых организмов почвенной среды

- проанализировать результаты биологического тестирования

1. Характеристика АЗС

Автоматическая заправочная станция «Газпромнефть-Северо-Запад» расположена в г. Клину по адресу: М.О. Клинский район, 4к/м а/д Клин-Дмитров(см. Рисунок №1, №2).

Комплекс АЗС предназначен для заправки легковых автомобилей бензином марки G95, АИ-92, АИ-95 и грузовых – дизельным топливом.

Мощность АЗС – 200 заправок в сутки.

Автозаправочная станция работает круглосуточно.

Заправочный комплекс включает в себя следующие структурные единицы:

-Резервуарный парк состоит из двух стальных горизонтальных подземных резервуаров по 50 м3 каждый, резервуары хранят 2 вида топлива и снабжены дыхательными клапанами. Топливо сливается из автоцистерн через сливное устройство общее для всех резервуаров.

В случае пролива топлива предусматривается аварийная ёмкость.

Локальная очистка поверхностных стоков с территории АЗС осуществляется с помощью установке типа «Волна», которая работает по следующему принципу:

Стоки с поверхности поступают в приемный отсек через ливнеприёмники и коллектор. В приёмном отсеке совершается осаждение взвешенных частиц, а также расщепление и устранение нерастворённых нефтепродуктов.

Из приёмного отсека осветвлённая вода, через гидродозатор, поступает в промежуточный отсек и далее, при помощи автоматически включающегося погружного насоса, подаётся на батарею рукавных напорных фильтров. В данных фильтрах осуществляется устранение оставшихся глинистых частиц и остатков нерастворённых нефтепродуктов. Затем вода поступает в зону тонкослойного отстаивания, а также окисления растворённых нефтепродуктов.

Окончательная очистка воды осуществляется в зоне доочистки на сорбционных фильтрах на основе активированного угля или углеродного волокнистого материала.

Очищенная вода поступает в зону чистой воды и далее сбрасывается на рельеф местности.

Общая площадь землепользования составляет 0,15 га; площадь застройки – 460 м2, площадь покрытий – 1023 м2, площадь озеленения – 47 м2.

Расстояние до ближайшей жилой застройки – 200 метров.                        

Поверхностные стоки с территории АЗС и стоки от перелива оборотной системы мойки автотранспорта собираются сетью дождевой канализации и отводятся на очистные сооружения типа «Волна», далее на рельеф.

Нормирование сбросов по организованному выпуску (сброс ливневых и талых вод) осуществляется по 2 ингредиентам:    

        - взвешенные вещества;

          - нефтепродукты.

2. Характеристика сточных вод

Уже на этапе проектирования АЗС надлежит предотвращать просачивания дождевых и талых сточных вод, смешивающихся со специфичными стоками АЗС, в почву и природные водоемы.

На территории АЗС можно выделить два типа источников загрязнения поверхностного стока:

• Наземные источники загрязнения — проникновение растворимых в воде фракций нефтепродуктов с территории АЗС через незаасфальтированные площадки, газоны, трещины в покрытиях.
• Подземные источники загрязнений — допустимые утечки загрязненных стоков из внутриплощадочных водосборных сетей или дождеприемных колодцев.

Запрещен сброс сточных вод АЗС  на рельеф местности без очистки. Стоит отметить, что скидывание сточных вод в естественные водоемы разрешен только при очистке стоков от загрязнений до показателей ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. К этой группе относится значительная часть поверхностных водоемов. Максимально-допустимое содержание нефтепродуктов для рыбохозяйственных водоемов составляет 0,05 мг/л. Это в два раза меньше, чем норматив для питьевой воды, где допускается до 0,1 мг/л нефтепродуктов.

Исследовательские данные по стокам АЗС демонстрируют, что загрязнители являются многокомпонентными и сложными по строению, а показатели ПДК по ряду показателей гораздо превышены.

Основные загрязняющие вещества, определяющие характеристики стоков АЗС — нефтепродукты(до 350 мг/л) и взвешенные вещества (до 250 мг/л).

Нефтепродукты токсичны и оказывают негативное воздействие на биосистемы природных водоемов, вызывая массовую гибель гидробионтов.

Взвешенные вещества в стоках АЗС представляют собой нерастворимые в воде частицы грязи, состоящие из глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, микроорганизмов. Колебание содержания взвешенных частиц в стоках АЗС связаны с сезонными факторами, режимом поверхностного стока, сроками таяния снежного покрова, составляющими рельефа местности, плотностью почв, плотностью застройки и антропогенными факторами. Смывы с территории АЗС могут попадать в природные среды во время дождей или при таянии снега, а взвешенные вещества в больших концентрациях способны ухудшать показатели прозрачности воды, влиять на растворимость и адсорбцию токсичных веществ, на скорость образования осадка. Все эти факторы ухудшают показатели качества воды природных водоемов, снижают их хозяйственное и рекреационное значение.

С площадки АЗС поверхностный дождевой сток отводится в систему ливневой или производственно-ливневой канализации. На практике это достигается устройством бетонных ограждений по периметру АЗС, что предотвращает просачивание загрязненных стоков на окружающую территорию. Места въезда и выезда автомобилей перекрываются дождеприемниками на всю ширину проезжей части, а сточные воды отводятся на очистные системы дождевой канализации АЗС.

Предельно - допустимый сброс веществ (ПДС),

поступающий в водный объект со сточными водами (см. Таблица №5)

 Предприятие, организация, учреждение      АЗС «Газпромнефть»

 Категория сточных вод                                 поверхностные

 Фактический расход сточных вод           2,13 м3/час;    0,3195 тыс.м3/год             

 Утвержденный расход сточных вод

          для установления ПДС                              2,13 м3/час;    0,3195 тыс.м3/год

 Утвержденный предельно допустимый сброс и состав сточных вод

             (сброс веществ не указанных ниже запрещен)

            Утвержденные свойства сточных вод:

 а) плавающие примеси (вещества) – отсутствие;

 б) запахи, привкусы – отсутствие;

 в) окраска – отсутствие;

 г) температура не должна превышать температуру водоема более чем на 5 град.;

 д) реакция рН не должна выходить за пределы 6,5-8,5; мс

 е) коли индекс – не более 1000;

 ж) растворенный кислород: зимой –  не менее 4,0; летом –  не более 6,0 мг/дм3.

3. Методы и способы очистки сточных вод

Обсудим, какие способы очистки сточных вод используются в быту и промышленности. Существующие средства обработки стоков допускают достигнуть такой степени очистки, что воду разрешается употреблять вторично. Конечно, не в качестве питьевой, а для применения в хозяйстве. Вторичное использование стоков зданий после соответствующей обработки может успешно способствовать решению кризисных ситуаций, существующих в регионах со скудными водными резервами. На промышленных предприятиях используются определенные методы очистки сточных вод [1]. Вот некоторые из них:

1) Механический метод

Механическая очистка сточных вод, как правило, применяется на первоначальной стадии очистных мероприятий. Главная задача такой очистки – обособление крупнодисперсных включений. Это возможно совершить путем установки фильтров грубой очистки и применяя гравитационное отстаивание.

Вдобавок, механические методы проведения очистки являются наиболее легкими и недорогими. Имеются три ключевых способа механической очистки:

Отстаивание;

Фильтрование;

Процеживание.

2)Биологический метод

Главным образом очистка хозяйственных сточных вод производится с употреблением биологических способов. Этот метод очистки построен на природном умении среды самоочищаться. В настоящее время применяются несколько категорий установок для биологической очистки стоков:

Биофильтр. Правило функционирования данного механизма заключается в просачивании стоков сквозь пласт крупнозернистой фракции (например, песка или щебня), покрытого неплотной пленкой из бактерий. Биологическая пленка является действующим началом в этих фильтрах, при прохождении через нее в стоках происходят интенсивные реакции биоокисления [3].

Биопруды. Биологическими прудами называют естественные или искусственно созданные водоемы, в которых осуществляется очищение сточных вод под действием естественных биологических процессов. Биопруды, как правило, применяются для доочистки стоков, прошедших первичное отстаивание и биологическое очищение. Фактически биологические пруды – это неглубокие (до 1 метра глубиной) водоемы, которые хорошо прогреваются солнцем. Пруды заселены различными микроорганизмами, для обеспечения жизнедеятельности которых необходима органика. Как правило, в таких прудах происходят комбинированные анаэробно-аэробные процессы. Причем аэробные процессы могут поддерживаться, как за счет естественного поступления воздуха из атмосферы, так и за счет принудительной подачи кислорода – искусственной аэрации.

Аэротенки – это прикрытые вместилища для биологического очищения сточных вод, в которых принудительно поступает кислород. В таких установках используется активный ил – субстанция, слагающаяся из бактерий и простейших организмов (инфузорий, амеб и пр.). Все эти организмы энергично формируются в аэротенках, усиленно очищая стоки от вредных органических соединений [4].

3) Физико-химические и химические метод.

При строительстве промышленных очистных сооружений данные методы применяют достаточно широко.

Так, например, способ коагуляции допускает увеличить производительность процессов осаждения, поскольку содействию «слипанию» мельчайших крупиц в более крупные соединения. Продуктивно совершает работу и метод адсорбции, позволяющий отделить большую часть вредных включений, содержащихся в стоках [8].

К химическим методам очищения можно причислить дезинфекцию первоначально очищенных вод путем обработки хлором, перманганатом калия или веществами другого вида, способными уничтожать патогенные включения.

4. Daphnia magna.  Ее характеристика

Один из наиболее обширных и сложных для систематики родов ветвистоусых.  Самый главный признак отличия рода — сросшиеся с головой антенны I самок. Чаще всего у самок  хорошо развит ростомум, а вентральный край створок выпуклый. У особей и женского, и мужского пола створки, обыкновенно, покрыты шипиками и образуют непарный вырост — хвостовую иглу. Первые антенны у самцов более крупные, подвижные [7].

Голова имеет боковые выпуклости, на которых размещены выступы кутикулы — форниксы. Существенный отличительный диагностический признак подродов и групп видов представлен специфической формой заднего края головного щита.

Центральная нервная система складывается из надглоточного ганглия (головного мозга) и брюшной нервной цепочки с несколькими парными ганглиями. Непарный сложный глаз у Daphnia образуется из парного зачатка и включает в себя ровно 22 фасетки [2].  

Усложненная система поперечнополосатых мышц, которая имеется у Daphnia, приводит в движение вторые антенны, постабдомен и грудные конечности, а также глаз, верхнюю губу и др. Пищеварительный тракт так же представлен поперечнополосатыми мышцами. Он начинается ротовым отверстием, которое прикрывает крупная верхняя губа. Крупные высокополиплоидные клетки, находящиеся в глубине губы, выделяют секрет, который склеивает пищу в пищевой комок. Благодаря движениям мандибул он поступает в тонкий пищевод, мышцы-дилататоры которого организовывают перистальтику, отвечая за транспортировку пищи по пищеводу. Далее пищевод переходит внутри головы в широкую среднюю кишку. От средней кишки отходят два изогнутых печеночных выроста. В задней части постабдомена имеется короткая задняя кишка.

На спинной стороне тела, спереди от края выводковой камеры, расположено сердце. Для Daphnia характерно отсутствие кровеносных сосудов.

Функция дыхательной системы совершается сквозь кожные покровы грудных ног.

Органы выделения представлены многосложной формой максиллярных желез. Они расположены на внутренней поверхности створок ( в передней части).

С обоих боков от кишечника у самцов Daphnia расположены парные яичники (семенники), на задней оконечности которых имеется зона размножения оогониев. Созревающие ооциты заполняют остальную часть яичника.

Daphnia magna, размер самки достигает 6 мм, а самца — до 2 мм, новорожденные дафнии значительно малы — 0,7 мм. Их созревание происходит в течение от 10 суток до двух недель, а пометы – через 12—14 суток. Обычно в кладке дафний бывает до 80 яиц (в среднем 20—30). Средняя продолжительность жизни около 3-х месяцев [7].

Daphnia — небольшие рачки. Чаще всего они обитают в стоячих материковых водоемах, встречаются также во многих реках с неторопливым течением. Большая численность и биомасса нередко встречается в озерах, прудах и лужах, а также в маленьких непостоянных водоемах, литораль и пелагиаль озёрах. Daphnia magna — классические планктонные рачки, значительную часть жизни проводящие в толще воды. Характерно, что многие виды Daphnia (в основном населяющие озёра) отличаются цикломорфозом — большая часть рачков, развивающаяся в разное время года, резко отличается по форме тела. В умеренных широтах, появившиеся на свет в летнее время, Daphnia имеют более вытянутые выросты кутикулы — хвостовую иглу и шлем головного щита. У рачков, родившихся весной и осенью, хвостовая игла несколько короче, а шлем может быть укорочен или вообще отсутствовать. Такие внешние отличительные признаки вызваны такими внешними факторами как: повышенная турбулентность воды, высокая температура и т.д.

Для значительной части Daphnia характерен циклический партеногенез. В благоприятных условиях внешней среды (например, летнее время в непересыхающих лужах и мелких водоёмах) в популяциях Daphnia magna преобладают лишь партеногенетические самки.

Двуполое размножение видов Daphnia из больших водоемов возможно в том случае, если будут соблюдены следующие условия — понижение температуры среды обитания, а также уменьшение длины светового дня.

Daphnia magna являются типовым индикатором для тестирования токсичности водных растворов химических соединений, используемых в изучении загрязнения водной среды. Daphnia очень чувствительны даже к маленьким дозировкам некоторых солей (можно наблюдать замедление передвижения рачков, они либо стелятся на дне, либо застывают у поверхности воды), так как обладают значительной токсикорезистетностью к различным токсическим веществам.

5. Биоиндикация и токсикорезистентность

Биоиндикация - способ оценки модификаций в среде с помощью биологических объектов. По присутствию, положению и действию живых организмов или сообществ организмов судят о модификации в среде. Они называются биоиндикаторами. С помощью биоиндикаторов можно найти места сосредоточения в экосистемах разнообразных уровней загрязнений, а также проследить темп происходящих в окружающей среде перемен. Главной целью биоиндикации является разработка способов и критериев, которые могли бы распознать начальную дезорганизацию в наиболее уязвимых звеньях природных сообществ, а также определению токсичности сточных вод различных предприятий[6].

Токсикорезистентность — способность живых организмов реагировать на воздействие вредных веществ. Как и биондикация, используется для оценки токсичности среды, в которую помещают живые организмы. По поведению организмов судят о вредоносности влияния веществ, в которых помещают биоиндикаторов. С помощью токсикорезистентности можно определить и токсичность сточных вод предприятий и АЗС. В качестве биоиндикаторов используются Daphnia magna, ее мы взяли и в своем опыте.

6. Постановка опыта

Для определения токсичности неочищенных сточных вод и вод после очистки были разработаны способы и поставлены опыты, основанные на токсикорезистетности клонов Daphnia magna.  

                Отбор пробы. Отбираем пробу сточной воды объемом до 1 л. Содержание ее до биотестирования не более одной четвертой суток при температуре 4°С.

                После этого фильтруем пробу через фильтровальную бумагу и заливаем в сосуды для биотестирования.

               Проведение опыта. Берем 5 сосудов с различной концентрацией исследуемой воды и 1 сосуд для контрольной пробы, не имеющей в своем составе токсичных веществ. Наливаем в 5 из них по 100 мл исследуемой воды  и  100 мл чистой воды в пробу для контроля.(см. Фото №3)

                Контрольную воду готовим отстаиванием в течение 7 суток водопроводной воды средней (не более 3,0 мг-экв./л) жесткости, проверяя pH (7,0-8,2), температуру (20°С).

               В каждой емкости располагаем 10 особей Daphnia magna(см. Фото № 5). Их переносим стеклянной трубкой диаметром 5-7 мм вначале в сачок, а затем в сосуды, погрузив его в воду.

Daphnia во время эксперимента не кормим. По завершении опыта проводим учет выживших дафний. Выжившими считаем Daphnia, беспрепятственно передвигающиеся в толще воды или всплывающие со дна емкости не позднее 15 с после его небольшого колебания (см. Фото №4).

Проведение подсчета. На основании полученных результатов в 6 повторностях рассчитываем среднее арифметическое количество выживших Daphnia в эксперименте и контрольной пробе. Для расчета тест-параметра – процента гибели Dapnia в опыте по отношению к контролю – используют формулу:

100 · (Х1 - Х2) / Х1, где Х1 и Х2 - среднее арифметическое количество выживших Daphnia в опыте и контроле.

Проба воды оценивается как отличающаяся острой токсичностью, если за 24 ч. биотестирования в ней гибнет половина и более Daphnia по сравнению с контролем.

7. Результаты исследования сточных вод

Результаты исследования сточных вод АЗС до очистки показали, что они опасны для живых организмов почвы и гидробионтов водной среды. Сточные воды АЗС нельзя сбрасывать без очистки. Имея в своем составе высшие и средние фракции нефти и нефтепродуктов, они оказывают негативное воздействие на живые организмы, вызывая их гибель. Так, взяв 100% неочищенную сточную воду и поместив в нее 10 рачков Daphnia magna, мы обнаружили, что 90% организмов погибает уже в первый день нахождения в неочищенной воде. Все Daphnia гибнут уже на второй день пребывания в сточной воде. В пробе 75% неочищенной сточной воды погибают 7-9 рачков, в пробе с 50% разведением неочищенной сточной воды гибнут 4-8 Daphnia, а в пробе с 25% разведением исследуемой воды погибают 3-4 Daphnia, и только проба с 5% разбавлением сточной воды дает 90% выживание рачков(см. Таблицы № 1,2,3)  В пробах же с очищенной водой процент гибели организмов не велик, примерно 0% до 10% погибают в результате пребывания в такой воде(см. Таблицу № 4). Использование очистных сооружений для очистки от нефтепродуктов не дает 100% выживаемость [9]. Однако эффективность очистки установленных очистных сооружений определена биоиндексацией с помощью Daphnia magna, что показывает высокий процент выживаемости рачков, а, следовательно, качественную очистку сточных вод на исследуемой нами АЗС.

Общие выводы

Вода и почва  являются важнейшими средами на Земле, от их состояния зависит жизнедеятельность многих организмов на планете, поэтому охрана водных и почвенных объектов, очистка сточных вод и другие виды поддержания чистоты воды и почвы являются первостепенными задачами для человечества. С целью определения токсичности и вреда, оказываемое на живые организмы сточными водами, мы провели данное исследование. Проделана работа в изучении токсикорезистентности Daphnia magna по отношению к сточным водам с территории АЗС. Биоиндикация сточных вод АЗС до очистки показывает токсичность нефтепродуктов, которая приводит к загрязнению почвы и воды и оказывает длительное отрицательное воздействие на почвенных животных и гидробионтов, вызывая их массовую гибель. Тяжелые фракции нефти малоподвижны и могут создавать устойчивые очаги загрязнения.  Они опасны для почвы, так как прочно закупоривают поры и каналы почвы, по которым происходит обмен веществ между почвой и сопредельными средами. Очистка сточных вод от нефтепродуктов  - задача очень сложная и дорогостоящая. Но тем не менее, очистка является обязательным мероприятием для промышленных предприятий и АЗС. Биоиндикация сточных вод АЗС после очистки, проведенная с помощью рачков Daphnia magna, характеризует высококачественную работу очистных систем АЗС. Токсикорезистентность Daphnia magna показывает, что неочищенная вода обладает огромной таксичностью, оказывает пагубное влияние на организмы, почву и водные объекты. Очищенная же сточная вода хоть и содержит остатки нефти, нефтепродуктов и грязевых примесей, не является опасной для био -, лито- и гидросферы. Она не оказывает губительного действия на объекты живой и неживой природы, поэтому может сбрасываться на рельеф и в водоемы, не причинив вреда живым организмам.

Библиографический список использованной литературы и электронных ресурсов

1. Васильева Н.В. Водоотведение и очистка сточных вод. - Горки: БГСХА, 2013. – 26 с.
2. Ильин М.Н. Аквариумное рыбоводство. - Москва: Изд-во МГУ, 1977.
3. Коробко М.И., Черепахин Т.Г. Водоотведение и очистка сточных вод: метод. Пособие. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2015. - 58 с.
4. Кочергин С.М. Дренажные системы и очистные сооружения. - Москва:  Стройинформ,  2007. — 272 с.
5. Справочник наилучших доступных технологий для очистки сточных вод на предприятиях отраслей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства России. Книга 1. - Москва: ООО "Деловые Медиа", 2014. - 328 с.
6. Туровцев В.Д., Краснов В.С. Биоиндикация Учебное пособие. – Тверь: ТвГУ, 2004. - 178 с.
7. Дафнии URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Дафнии (дата обращения 24.11.16)
8. Влияние города на загрязнение природных вод реки Дон | Социальная сеть работников образования URL: http://nsportal.ru/ap/ap/drugoe/vliyanie-goroda-na-zagryaznenie-prirodnyh-vod-reki-do (дата обращения 21.11.16)
9. Современные технологии в мировом научном пространстве. Сборник статей Международной научно-практической конференции 25 января 2016 г. [Москва, 2016] URL: http://aeterna-ufa.ru/sbornik/NK108-3.pdf. (дата обращения 05.11.16)

Приложение

Таблица № 1

Токсикорезистентность клонов дафнии магна к неочищенной сточной воде

Таблица № 2

Токсикорезистентность клонов дафнии магна к неочищенной сточной воде

Таблица № 3

Токсикорезистентность клонов дафнии магна к неочищенной сточной воде

Таблица № 4

Токсикорезистентность клонов дафнии магна к очищенной сточной воде

*- процентное содержание неочищенной сточной воды в дистиллированной воде

**- количество умерших дафний при проведение опыта из 10 особей

Таблица №5