Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами



Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами
Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами

 


Владельцы патента RU 2526798:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации /ГБОУ ВПО ОрГМА Минздравсоцразвития России/ (RU)

Изобретение относится к экологии, охране окружающей среды, к способам и средствам мониторинга окружающей среды и может быть использовано для контроля загрязнений водоемов полихлорированными бифенилами. Способ включает забор проб воды, донных отложений и фитомассы макрофитов, их обработку и оценку, причем в качестве фитомассы макрофитов используют вегетативные органы растений Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного), забор проб проводят в начале и конце периода вегетации растений, коэффициенты биологического поглощения загрязнителя оценивают как отношение содержания ПХБ в сухой массе макрофитов к их суммарному содержанию в донных отложениях и в воде, и при коэффициенте, превышающем 2,5±0,43 для осоки береговой и 10,2±1,03 для рогозе узколистного, судят о загрязнении реки. Разработка простого и объективного способа выявления зон техногенного загрязнения полихлорированными бифенилами водоемов промышленно-урбанизированных районов позволяет учесть процессы миграции и вторичного распределения ПХБ в водной среде. Заявляемый способ предназначен для применения на открытых водоемах, при гидрологических исследованиях реки и ее притоков по водосборным бассейнам, в работе природоохранных организаций, очистных сооружений и может быть внедрен в экологический мониторинг загрязнения речной системы и качества речной воды. 3 пр., 2 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к экологии, охране окружающей среды, к способам и средствам мониторинга окружающей среды и может быть использовано для контроля загрязнений водоемов полихлорированными бифенилами.

Проблеме загрязнения окружающей среды диоксинами и диоксиноподобными соединениями, которые часто называют "суперэкотоксикантами", в настоящее время во всем мире уделяется особое внимание. В большую группу таких соединений входят полихлорированные бифенилы (ПХБ) (Киселев А.В. Отравленные города / А.В. Киселев, В.В. Худолей. - М: Greenpeace - 1997 - 84 с.).

В отличие от диоксинов, которые являются побочным продуктом химического синтеза или образуются в результате термического воздействия на хлорированные углеводороды, ПХБ производились промышленностью в больших количествах, как технические жидкости, начиная с 1929 г. Термическая, химическая стабильность и способность ПХБ биоаккумулироваться в пищевых цепях, сделали их опасными контаминантами окружающей среды (Ровинский Ф.Я. Фоновый мониторинг загрязнения экосистем суши хлорорганическими соединениями/Ф.Я. Ровинский, Л.Д. Воронова, М.И. Афанасьев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 270 с.; Федоров Л.А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы / Л.А. Федоров. - М.: Наука, 1993. - 1993. - 226 с.). К возможным объектам нахождения ПХБ можно отнести следующие: электротехническое оборудование (конденсаторы, трансформаторы и др.) на объектах коммунального хозяйства, химической промышленности, других отраслей экономики, в том числе выведенные из эксплуатации; предприятия-производители ПХБ; предприятия-производители электротехнического оборудования с ПХБ; полигоны размещения промышленных отходов; полигоны размещения бытовых отходов; несанкционированные свалки; предприятия по переработке лома цветных и черных металлов; гидравлическое и другое оборудование на объектах различных отраслей промышленности, в том числе в военной технике (Приложение к Приказу Госкомэкологии России от 13 апреля 1999 г. N165. Рекомендации для целей инвентаризации на территории Российской Федерации производств, оборудования, материалов, использующих или содержащих ПХБ, а также ПХБ-содержащих отходов. - М., 1999). Кроме того, возможными источниками ПХБ могут стать металлургические процессы, производство пластмасс, цемента, процессы нефтепереработки, производство теплоносителей и хладагенов, смазочных масел, компонентов красок, лаков и клеевых составов, растворителей. ПХБ могут выделяться при пожарах (горение полимерных конструкционных материалов и оборудования), при окрасочных работах, сжигании отходов как открытом, так и с использованием специальных установок, а также при сгорании топлива автотранспорта и топке углем (Наумов В.С. Проблема загрязнения окружающей среды выбросами стойких органических загрязнителей в процессе жизненного цикла судов. / B.C. Наумов, Т.А. Игнатьева, Н.Ш. Ляпина // Наука и техника транспорта. - 2010. - №2. - С.11-12). Несмотря на то, что в настоящее время производство ПХБ запрещено, загрязнение окружающей среды происходит за счет их испарения и утечки из промышленного оборудования, а также в ходе неправильной его утилизации. По оценкам экспертов около 35% общего объема произведенных ПХБ все еще присутствует в окружающей среде (Майстренко В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Майстренко, Н.А. Клюев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 323 с: ил.; Смирнов A.M. Антропогенные поллютанты, их ветеринарно-санитарное и токсикологическое значение / A.M. Смирнов, Г.А. Таланов // Сельскохозяйственная биология. - 1994. - №2. - С.34-42), и это представляет огромную опасность как для экосистем, так и для человека.

ПХБ относятся к группе стойких экотоксикантов, обладающих канцерогенным, тератогенным, эмбриотоксическим, мутагенным действием и способных наносить вред человеку, сельскохозяйственным, диким животным и окружающей среде даже в очень низких концентрациях. Причем данные последних лет показывают, что главная опасность ПХБ не столько в их острой токсичности, сколько в кумулятивном действии и отдаленных последствиях (Смирнов A.M. Антропогенные поллютанты, их ветеринарно-санитарное и токсикологическое значение / A.M. Смирнов, Г.А. Таланов // Сельскохозяйственная биология. - 1994. - №2. - С.34-42). Опасность ПХБ для живых организмов в водной среде обусловлена их способностью перемещаться по пищевой цепи и аккумулироваться в жиросодержащих тканях животных. Даже при низких концентрациях ПХБ в компонентах природной среды имеется опасность их аккумуляции в организме человека как высшем звене пищевой цепи. Учитывая угрозу дальнейшего распространения ПХБ в окружающей среде, необходимо проводить исследования в зонах локальных источников воздействия, выявление загрязненных участков, оценку масштабов загрязнения для разработки планов действий и выбора технологий по очистке (Кухарчик Т.Н. Загрязнение окружающей среды полихлорированными бифенилами в Беларуси // Вестник БГУ. - 2007. - Сер. 2. - №2. - С.104-110).

Уровень техники. Известен способ оценки загрязнения окружающей среды ПХБ, включающий отбор проб, геохимический анализ почвы, поверхностных вод, донных отложений и атмосферного воздуха и последующее сравнение полученных данных с нормативными величинами содержаний загрязняющих веществ (Кухарчик Т.Н. Загрязнение окружающей среды полихлорированными бифенилами в Беларуси // Вестник БГУ. - 2007. - Сер. 2. -№2. - С.104-110). Химико-аналитические определения ПХБ в почвах и донных отложениях выполнены с использованием газового хроматографа с электронозахватным детектором и хромато-масс-спектрометрии. Данный способ учитывает взаимосвязь между содержанием загрязняющих веществ в природных компонентах среды и источниками загрязнения, но не рассматривает такое свойство реки как динамичность. Известно, что содержание поллютантов зависит не только от количества их поступления, но и от степени разбавления (водности реки) (Фомичева А.Н. Мониторинг мутагенного загрязнения малых рек / А.Н. Фомичева, И.М. Прохорова // Водные ресурсы. - 2005. - Т.32. - №3. - С.347-351). Поскольку водность реки подвержена сезонным изменениям, то при стабильном поступлении загрязняющих веществ колебания свойств воды и донных отложений будут определяться гидрологическим циклом. Кроме того, вследствие аккумуляции ПХБ в тканях макрофитов не всегда геохимический анализ только двух компонентов водной среды - воды и донных отложений - может показать повышенное содержание поллютанта и тем самым объективно оценить наличие техногенного загрязнения.

Известен геохимический способ выявления и оценки зон техногенного загрязнения рек, включающий отбор проб, выделение эпифитовзвеси и определение ее химического состава (Геохимический способ выявления и оценки зон техногенного загрязнения рек. - Патент РФ, МПК G01N 33/18, №2205401). Для получения проб эпифитовзвеси срезанные под поверхностью воды стебли и листья макрофитов помещают в полиэтиленовые пакеты, доставляют в лабораторию, высушивают на воздухе в тени. Затем их размещают на кальке и механическим воздействием, встряхиванием, отделяют находящийся на них твердый материал с целью получения проб эпифитовзвеси. Макроскопические частицы эпифитона, присутствующие в пробах эпифитовзвеси, удаляют пластиковым пинцетом. Полученные пробы эпифитовзвеси досушивают на воздухе в тени, растирают в агатовой ступке и помещают в пакеты из кальки. Способ позволяет определить содержание и формы химических элементов в твердых частицах, взвешенных в воде и адсорбированных на поверхности листьев и стеблей макрофитов. Однако оценить степень накопления ряда органических соединений, например ПХБ, в тканях растений данным методом не представляется возможным.

Известен способ определения ПХБ в пресноводных рыбах и донных отложениях на примере Рыбинского водохранилища (Пространственное распределение и качественный состав полихлорированных бифенилов (ПХБ) и хлорорганических пестицидов (ХОП) в донных отложениях и леще (Abramis brama L.) Рыбинского водохранилища / Г.М. Чуйко и [и др.] // Биология внутренних вод. - 2010. - №2. - С.98-108). Повышенное содержание ПХБ зафиксировано в районах антропогенного влияния. Однако в качестве биоматериала использовались только мышечные ткани леща, которые не могут в полной мере охарактеризовать степень аккумуляции ПХБ в живом организме.

Прототип. Наиболее близкий к предложенному способ оценки распределения микроэлементов в высшей водной растительности (Распределение микроэлементов в высшей водной растительности Иваньковского водохранилища / Е.С. Гришанцева [и др.] // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2010. - №3. - С.223-231). С помощью данного способа авторы изучали аккумуляцию тяжелых металлов высшей водной растительностью в течение нескольких лет, учитывали сроки вегетации макрофитов и анализировали состав донных осадков, придонных и поверхностных вод на примере Иваньковского водохранилища. Авторами формация погруженных в воду рдестов (рдест блестящий, рдест пронзеннолистный, рдест гребенчатый) была рекомендована в качестве основного объекта при проведении диагностического мониторинга современного экологического состояния водохранилища. Однако, как признают сами авторы, использование данного вида растительности для мониторинга осложняется тем, что по мере увеличения содержания тяжелых металлов в водной среде меняется состав растительных ассоциаций макрофитов в сторону снижения числа или полного исчезновения погруженных видов растений.

Задача изобретения - разработка эффективного способа выявления зон загрязнения рек полихлорированными бифенилами промышленно-урбанизированных районов.

Новизна изобретения

Впервые в процессе выявления степени загрязнения водных объектов полихлорированными бифенилами предлагается комплексная оценка содержания полихлорированных бифенилов в воде, донных отложениях и фитомассе высших водных растений, позволяющая при мониторинге экологического состояния водоема учесть процессы миграции и вторичного перераспределения ПХБ в водной среде по цепи вода - донные отложения - макрофиты.

Существенные отличия

Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами включает отбор проб воды, донных отложений и фитомассы макрофитов, а именно Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного), забор проб проводят в начале и конце периода вегетации растений, коэффициенты биологического поглощения загрязнителя оценивают как отношение содержания ПХБ в сухой массе макрофитов к их суммарному содержанию в донных отложениях и в воде, и при коэффициенте, превышающем 2,5±0,43 для осоки береговой и 10,2±1,03 для рогоза узколистного, судят о загрязнении реки.

Технический результат

Разработка простого и объективного способа выявления зон техногенного загрязнения полихлорированными бифенилами водоемов промышленно-урбанизированных районов позволяет учесть процессы миграции и вторичного распределения ПХБ в водной среде. В предлагаемом способе каждый из отличительных признаков необходим, и все вместе достаточны для осуществления способа.

Раскрытие способа. Для достижения технического результата и предлагается данный способ, в котором комплексный анализ содержания полихлорированных бифенилов в воде, донных отложениях и макрофитах проводится в весенний (апрель -июнь) и осенний (середина сентября - начало ноября) периоды. Данная особенность отбора проб связана не только с гидрологическим циклом реки, когда содержание загрязняющих веществ зависит от их разбавления (водности реки), но и со сроками начала и завершения вегетации высших водных растений. Наибольшее загрязнение воды и донных отложений отмечается в период весеннего половодья, а наибольшее аккумулирование ПХБ в макрофитах наблюдается к окончанию летней межени. Т.к. загрязняющие вещества присутствуют в большом количестве в экосистеме и весной, и осенью, и в течение данного периода происходит перераспределение ПХБ по системе вода - донные отложения - макрофиты, то исследование необходимо проводить именно в данные периоды гидрологического цикла реки и изучать все компоненты водной среды, включая макрофиты. Забор воды и определение содержания ПХБ осуществляется стандартными методами. Полученные данные сравниваются с нормативными величинами содержаний ПХБ в воде (ПДК), равными 0,001 мг/л (Майстренко В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Майстренко, Н.А. Клюев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 323 с: ил.; - 2000 экз. - ISBN 5-94774-204-7 (в пер.); ГН 2.1.5.2280-07. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Дополнения и изменения №1 к ГН 2.1.5.1315-03 от 28 сен. 2007 г. - М. 2007. - 12 с). При получении данных, равных 1 ПДК и более, участок реки считается загрязненным. Пробы донных отложений отбираются с горизонта 0-10 см дночерпателем Патерсона, высушиваются и измельчаются. Концентрация ПХБ в грунтах определяется стандартными методами, после чего полученные данные сравниваются с ПДК для донных отложений, равными 0,02 мг/кг (Neue Niederlandische Liste, Altlasten Spekrum 3/95 // PTS limits and levels of concern in the environment, food and human tissues. - Ch.3. - P.29-32. URL.: http: // www. amap.no/documents). При получении данных, равных 1ПДК и более, участок реки считается загрязненным. Учитывая способность ПХБ растворяться в липидах и концентрироваться главным образом в клетках и тканях гидробионтов, необходимо исследовать содержание ПХБ в водных растениях, т.к. по мере увеличения содержания загрязняющих веществ в водных компонентах, а также к концу вегетативного периода растений значительное количество поллютанта будет накапливать вегетативная часть (фитомасса) макрофитов. Для отбора проб фитомассы макрофитов используют гидрофиты и гелофиты. Гидрофиты - укореняющиеся, погруженные в воду растения, которые определенную часть вегетационного периода находятся в плавающем состоянии и встречаются в речных биотопах на всех типах субстратов, в том числе там, где движение воды препятствует накоплению илистых отложений, например Zannichellia palustris L. (заникеллия болотная), Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзен-нолистный), Potamogeton crispus L. (рдест курчавый). Гелофиты - укореняющиеся, водно-болотные растения, верхняя часть стеблей и листьев которых находятся над поверхностью воды: Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный), Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) и Carex riparia Curt. (осока береговая).

Отбор фитомассы растений осуществляется на опытных станциях (зоны, где планируется определить наличие или отсутствие загрязнения ПХБ) и фоновых. Фоновые участки - это участки реки, расположенные вне зоны прямого воздействия источников загрязнений вдали от населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий и обычно приуроченные к верховьям рек. Для получения проб фитомассы извлеченные корни, стебли и листья макрофитов помещают в бумажные пакеты, высушивают. Содержание полихлорированных бифенилов устанавливают стандартными методами согласно методическим указаниям по определению хлорорганических пестицидов и полихлорированных бифенилов при их совместном присутствии в объектах внешней среды и биоматериале (РД 52.18.578-97. Руководящий документ. Методические указания. Массовая доля суммы изомеров полихлорбифенилов в пробах почвы. Методика выполнения измерений методом газожидкостной хроматографии (утв. Росгидрометом 20.02.1997. - 1997. - С.10-15). Для оценки интенсивности вовлечения ПХБ в биогеохимические циклы миграции для высшей водной растительности рассчитываются коэффициенты биологического поглощения (Кб), численно равные отношению содержания ПХБ в сухой массе макрофита к его суммарному содержанию в донных отложениях и воде, т.к. адсорбция загрязняющего вещества происходит не только из грунтов, но и из водной толщи:

К б = С р С д о + С в о д а ,                                                                                     (1)

где Кб - коэффициент биологического поглощения ПХБ растениями; Ср - содержание ПХБ в фитомассе растения в конкретной точке наблюдения;

Сдо - содержание ПХБ в донных отложениях, отобранных из-под корней исследуемого растения; Свода - содержание ПХБ в поверхностной воде.

Для определения миграционной способности ПХБ в водной среде анализируют изменения содержания загрязняющего вещества в донных отложениях, воде и фитомассе. Снижение концентрации ПХБ в воде с последующим ее ростом в донных отложениях свидетельствует о переходе поллютанта в грунт и макрофиты. Снижение содержания ПХБ в воде и донных отложениях и увеличение его в фитомассе характеризует переход вещества и его аккумуляцию в высших водных растениях, и нередко при химическом анализе только воды и донных отложений не регистрируется превышения ПДК ПХБ, а следовательно, не определяется загрязнение реки данным поллютантом. Однако в водной среде загрязняющее вещество присутствует, только лишь временно выводится из круговорота. Фитомасса водных макрофитов играет большую роль в миграции и перераспределении веществ в водной среде. Химические элементы, органические соединения, в том числе и ПХБ, концентрирующиеся в фитомассе, являются составной частью потока вещества, участвующего в биогеохимических процессах. После отмирания растений, загрязняющие вещества возвращаются в грунт, участвуют в формировании его химического состава и наряду с донными отложениями служат вторичным источником загрязнения водной массы.

Фитомасса высших водных растений накапливает ПХБ намного интенсивнее, чем вода и донные отложения, т.к. из-за своей способности растворяться в липидах ПХБ концентрируются главным образом в клетках и тканях гидробионтов. Поэтому по мере увеличения содержания загрязняющих веществ в воде и донных отложениях, а также к концу вегетативного периода растений именно вегетативная часть (фитомасса) макрофитов будет накапливать значительное количество поллютанта.

Определение коэффициента биологического поглощения (Кб) ПХБ в макрофитах относительно их содержания в среде (воде и донных отложений) позволило выявить наибольшее аккумулирование ПХБ в фитомассе Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) и Carex riparia Curt. (осока береговая) (табл.1), что позволяет использовать данные растения как индикаторные виды в водных экосистемах, которые наиболее информативны для экологического мониторинга ПХБ. На фоновом участке р. Урал - станция №4, Дубки - фитомасса Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) и Carex riparia Curt. (осока береговая) отбиралась в июне 2009 г., июне 2011 г.и сентябре 2011 г. Расчет Кб для данных видов растений не выявил значительного изменения величины (табл.1, 2), что позволяет использовать его в качестве критерия в определении загрязнения водной среды полихлорированными бифенилами и применять понятие «фоновый коэффициент» поглощения ПХБ растениями.

Табл. 1
Коэффициент биологического поглощения некоторых видов растений (июнь 2009 г.).
Станция Растение Коэффициент биологического поглощения (Кб)
Станция №1 Очистные сооружения Zannichellia palustris L. (цаникеллия болотная) 10,18
Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный) 12,08
Carex riparia Curt. (осока береговая) 40,45
Станция №2 Автодорожный мост Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзеннолистный) 78,65
Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный) 54,49
Carex riparia Curt. (осока береговая) 79,97
Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) 89,89
Станция №3 Водозабор Potamogeton crispus L. (рдест курчавый) 25,25
Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный) 12,25
Zannichellia palustris L. (цаникеллия болотная) 25,25
Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзеннолистный) 31,86
Станция №4 Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) 11,12
Дубки (фоновый участок)
Carex riparia Curt. (осока береговая) 2,87
Potamogeton perfoliatus L. (рдест пронзеннолистный) 1,44
Butomus umbellatus L. (сусак зонтичный) 1,02
Zannichellia palustris L. (цаникеллия болотная) 1,26
Табл. 2
Изменение коэффициента биологического поглощения некоторых видов растений за период июнь-сентябрь 2011 г.
Станция Растение Коэффициент биологического поглощения (Кб)
Июнь 2011 г Сентябрь 2011 г
Станция №1 Carex riparia Curt. (осока береговая) 9,70 13,98
Очистные сооружения
Станция №2 Автодорожный мост Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) 13,77 43,12
Carex riparia Curt. (осока береговая) 3,72 28,69
Станция №3 Водозабор Carex riparia Curt. (осока береговая) 22,02 26,67
Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) 33,48 51,78
Станция №4 Дубки Carex riparia Curt. (осока береговая) 2,05 2,7
Typha angustifolia L. (рогоз узколистный) 9,10 10,5

Для расчета фонового коэффициента используется параметр Кб±а, где Кб - средний фоновый коэффициент, а - стандартное отклонение. Статистическая обработка проводится стандартными методами при помощи компьютерных программ EXCEL 2000 (Microsoft, USA). Коэффициенты биологического поглощения, отличающиеся от средних более чем на значение стандартного отклонения (Кб±σ), характеризуют данный участок реки как загрязненный. Для осоки береговой фоновый коэффициент биологического поглощения составил 2,5±0,43, для рогоза узколистного - 10,2±1,03. Таким образом, при коэффициенте биологического поглощения, превышающем фоновый коэффициент 2,5±0,43 для осоки береговой или 10,2±1,03 для рогоза узколистного, говорят о наличии загрязнения реки полихлорированными бифенилами даже при отсутствии превышения ПДК ПХБ в воде и донных отложениях.

Для пояснения необходимости применения фонового коэффициента использовались следующие примеры.

Пример 1.

Определение концентрации ПХБ в воде и донных отложениях на станции 1 (Очистные сооружениия р. Урал) с использованием газового хроматографа «Хромое ГХ-1000» и флюората «02-2М» показало превышение содержания ПХБ в донных отложениях относительно ПДК и соответствие 1 ПДК в воде в начале периода вегетации: в июне 2011 г. оно составило в донных отложениях 0,065 мг/кг - 3,25 ПДК (фиг.2), в воде 0,001 мг/л (фиг.1). Коэффициент биологического поглощения Carex riparia Curt. (осока береговая) превышает фоновый коэффициент в 3,9 раза в июне и в 5,6 раза в сентябре. Таким образом, исследование воды, донных отложений и фитомассы макрофитов позволяет установить наличие загрязнения водоема полихлорированными бифенилами.

Пример 2. Химический анализ содержания ПХБ в воде в июне и сентябре на станции 3 (Водозабор) приводит к ошибочному заключению о благополучном состоянии реки на данном участке, т.к. концентрация ПХБ в воде составила 0,0007 мг/л в июне и 0,0005 мг/л в сентябре, что не превышает ПДК данного загрязнителя (фиг.1). Однако исследование донных отложений и расчет коэффициента биологического поглощения макрофитов свидетельствует о наличии загрязнения полихлорированными бифенилами. Независимо от времени отбора проб зафиксировано превышение ПДК вещества в донных отложениях: в июне содержание ПХБ составило 0,037 мг/кг, что соответствует 1,85 ПДК, в сентябре - 0,028 (1,4 ПДК) (фиг.2). Коэффициент биологического поглощения для Carex riparia Curt. (осоки береговой) в июне составил 22,02 (превышение фонового коэффициента в 8,8 раз), в сентябре 26,67 (превышение в 10,7 раз). Для Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) коэффициент биологического поглощения ПХБ достиг 33,48 и 51,78 в летний и осенний периоды соответственно, что превышает фоновые коэффициенты в 3,3 и 5,1 раза. Таким образом, исследование грунта и фитомассы высших водных растений дает возможность выявить не только загрязнение данной зоны полихлорированными бифенилами, но и особенности миграции поллютанта в разных компонентах водной среды. Для донных отложений характерно максимальное аккумулирование ПХБ в июне, что связано с переходом загрязняющего вещества из воды. Снижение концентрации ПХБ в грунтах и воде к сентябрю и увеличение за этот период коэффициента биологического поглощения для Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) свидетельствует о миграции ПХБ из донных отложений и воды в вегетативные органы растений и максимальном концентрировании именно в осенний период (в конце вегетативного периода). Именно в этот период происходит временное выведение загрязняющего вещества из водной среды и обратное его возвращение при отмирании растения, и при наличии дополнительного антропогенного загрязнения с каждым годом происходит увеличение накопления полихлорированных бифенилов во всех компонентах экосистемы.

Пример 3. Исследование воды и донных отложений на станции 2 в июне (район автодорожного моста р. Урал) не выявило превышения содержания ПХБ относительно ПДК (фиг.1, 2). Концентрация ПХБ в воде составила 0,0007 мг/л (при ПДК 0,001 мгл), в донных отложениях - 0,015 мг/кг (при ПДК 0,02 мг/кг). Коэффициенты поглощения, рассчитанные для Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) составили 3,72 и 13,77 соответственно, что превышает фоновый коэффициент для осоки береговой в 1,5 раз, а для рогоза в 1,35 раз. Анализ содержания ПХБ только в двух компонентах: воде и донных отложениях ошибочно приводит к заключению о благополучном состоянии данного участка реки в плане загрязнения полихлорированными бифенилами, однако превышение фонового коэффициента свидетельствует о накоплении поллютанта в фитомассе и о наличии загрязнения.

В сентябре ситуация меняется: в воде превышения содержания ПХБ относительно ПДК не наблюдается (0,0006 мг/л), в донных отложениях концентрация составила 1,05 ПДК. Коэффициенты поглощения, рассчитанные для Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) составили 28,69 и 43,12, что больше фоновых коэффициентов в 11,5 и 4,2 раз соответственно. Такое значительное превышение фонового коэффициента позволяет сделать вывод не только о наличии загрязнения участка реки ПХБ, но и об ухудшении экологической ситуации по сравнению с июнем. Анализ содержания ПХБ в компонентах экосистемы позволяет установить наличие загрязнения реки в данной зоне и охарактеризовать особенности перераспределения загрязнителя в водной среде. За период июнь-сентябрь происходит постепенная миграция ПХБ из водной толщи в меньшей степени в грунт и в большей степени в растительные ткани, т.к. концентрация ПХБ в осоке береговой и рогозе узколистном увеличилась по сравнению с содержанием ПХБ в фитомассе в июне в 7,7 и 3,1 раз соответственно.

Таким образом, комплексное исследование содержания ПХБ в воде, донных отложениях и фитомассе водных макрофитов в начале и конце вегетативного периода растений позволило выявить перераспределение в содержании ПХБ в воде и донных отложениях и в вегетативной части растений Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) на всех станциях отбора проб, что подтверждает необходимость использования в процессах экологического мониторинга содержания ПХБ в водоемах не только воду и донные отложения, но и данные макрофиты как индикаторные и наиболее информативные виды в водных экосистемах. Изучение только воды или индивидуальное исследование только донных отложений может дать ложноотрицательный результат в оценке экологического состояния водной экосистемы.

Заявляемый способ предназначен для применения на открытых водоемах при гидрологических исследований реки и ее притоков по водосборным бассейнам, в работе природоохранных организаций, очистных сооружений и может быть внедрен в экологический мониторинг загрязнения речной системы и качества речной воды.

Заявляемый способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами позволяет объективно определить наличие техногенного загрязнения водных экосистем полихлорированными бифенилами в разные гидрологические циклы реки благодаря использованию в комплексном мониторинге Typha angustifolia L. (рогоза узколистного) и Carex riparia Curt. (осоки береговой). Данные виды позволяют зафиксировать максимальное загрязнение водной среды полихлорированными бифенилами в конце вегетационного периода, что свидетельствует о необходимости их использования в индикации водных экосистем.

Источники информации

1. Геохимический способ выявления и оценки зон техногенного загрязнения рек. - Патент РФ МПК G01N 33/18, №2205401, заявка №2001131942/04, подана 28.11.2001, опубликов. 27.05.2003).

2. ГН 2.1.5.2280-07. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Дополнения и изменения №1 к ГН 2.1.5.1315-03 от 28 сен. 2007 г. - М. 2007. - 12 с.

3. Киселев А.В. Отравленные города / А.В. Киселев, В.В. Худолей. -М: Greenpeace - 1997 - 84 с.

4. Кухарчик Т.Н. Загрязнение окружающей среды полихлорированными бифенилами в Беларуси / Т.Н. Кухарчик // Вестник БГУ. - 2007. - Сер. 2. - №2. - С.104-110.

5. Майстренко В.Н. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей / В.Н. Майстренко, Н.А. Клюев. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 323 с: ил.; - 2000 экз. - ISBN 5-94774-204-7 (в пер.).

6. Наумов B.C. Проблема загрязнения окружающей среды выбросами стойких органических загрязнителей в процессе жизненного цикла судов. / B.C. Наумов, Т.А. Игнатьева, Н.Ш. Ляпина // Наука и техника транспорта. - 2010. - №2. - С.11-12.

7. Приложение к Приказу Госкомэкологии России от 13 апреля 1999 г. N 165. Рекомендации для целей инвентаризации на территории Российской Федерации производств, оборудования, материалов, использующих или содержащих ПХБ, а также ПХБ-содержащих отходов. - М., 1999.

8. Пространственное распределение и качественный состав полихлорированных бифенилов (ПХБ) и хлорорганических пестицидов (ХОП) в донных отложениях и леще (Abramis brama L.) Рыбинского водохранилища / Г.М. Чуйко и [и др.] // Биология внутренних вод. - 2010. - №2. - С.98-108.

9. Распределение микроэлементов в высшей водной растительности Иваньковского водохранилища / Е.С. Гришанцева [и др.] // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2010. - №3. - С.223-231.

10. РД 52.18.578-97. Руководящий документ. Методические указания. Массовая доля суммы изомеров полихлорбифенилов в пробах почвы. Методика выполнения измерений методом газожидкостной хроматографии (утв. Росгидрометом 20.02.1997). - 1997. - С.10-15.

11. Ровинский Ф.Я. Фоновый мониторинг загрязнения экосистем суши хлорорганическими соединениями / Ф.Я. Ровинский, Л.Д. Воронова, М.И. Афанасьев. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 270 с.

12. Смирнов A.M. Антропогенные поллютанты, их ветеринарно-санитарное и токсикологическое значение / A.M. Смирнов, Г.А. Таланов // Сельскохозяйственная биология. - 1994. - №2. - С.34-42.

13. Федоров Л.А. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. - М.: Наука, 1993. - 1993. - 226 с.- ISBN 5-02-001674-8.

14. Фомичева А.Н. Мониторинг мутагенного загрязнения малых рек / А.Н. Фомичева, И.М. Прохорова // Водные ресурсы. - 2005. - Т.32. - №3. - С.347-351.

15. Neue Niederlandische Liste, Altlasten Spekrum 3/95 // PTS limits and levels of concern in the environment, food and human tissues. - Ch.3. - P. 29-32. URL.: http: file:////www.amap.no/documents.

Способ выявления загрязнения рек полихлорированными бифенилами, включающий забор проб воды, донных отложений и фитомассы макрофитов, их обработку и оценку, отличающийся тем, что в качестве фитомассы макрофитов используют вегетативные органы растений Carex riparia Curt. (осоки береговой) и Typha angustifolia L. (рогоза узколистного), забор проб проводят в начале и конце периода вегетации растений, коэффициенты биологического поглощения загрязнителя оценивают как отношение содержания ПХБ в сухой массе макрофитов к их суммарному содержанию в донных отложениях и в воде, и при коэффициенте, превышающем 2,5±0,43 для осоки береговой и 10,2±1,03 для рогоза узколистного, судят о загрязнении реки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к водной токсикологии и может быть использовано для биоиндикации и биотестирования загрязненных вод и отдельных поллютантов и может быть использовано в качестве дополнительного метода к биотестам обязательного применения при определении качества вод, в которых (представительным) доминирующим видом является губка (Spongia).

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов.

(57) Изобретение относится к области экологии и предназначено для оценки токсичности воды и донных отложений Азовского и Черного морей. Способ включает помещение флуоресцирующих тест-объектов в контрольные и анализируемые пробы, облучение возбуждающим светом, определение флуоресцентных характеристик, по изменению которых судят о токсичности контролируемой среды.

Изобретение относится к области экологии. Способ оценки экологического благополучия прибрежных морских донных экосистем заключается в изучении морфофункциональных характеристик массовых двустворчатых моллюсков, при этом в качестве показателя благополучия используют морфофункциональные характеристики хамелей: измеряют содержание АТФ в гемоцитах, концентрацию гемоцитов в гемолимфе, уровень гистопатологий, определяемый как процентное содержание особей с гистопатологией, и об уровне загрязнения судят по изменению этих показателей в сравнении с аналогичными показателями у хамелей, обитающих в оптимальных условиях обитания, при этом, чем меньше концентрация АТФ и гемоцитов и больше уровень гистопатологий, тем менее благополучная ситуация наблюдается в морской донной экосистеме.

Группа изобретений относится к определению токсичности и может найти широкое применение в аналитической практике при определении токсичности разнообразных жидких сред без привлечения дорогостоящих и трудоемких методов анализа.

Изобретение относится к области экологии и гидробиологии и предназначено для оценки трофического статуса экосистем минерализованных озер. При оценке трофического статуса озерной экосистемы с минерализацией воды более 3 г/дм3 по уровню развития водных сообществ учитывают негативное действие уровня минерализации путем расчета величины потерянной биомассы с помощью полученной эмпирической зависимости и ее аппроксимации в виде степенной функции вида: где В' - расчетная биомасса, X - минерализация воды, а к1 и к2 - эмпирические коэффициенты. где Bp - потенциально потерянная биомасса при возрастании минерализации, В'' - расчетная биомасса при минерализации 3 г/дм3.

Изобретение относится к приборостроению и теории измерений и вычислений и предназначено для непрерывного измерения биохимического потребления кислорода (БПКт), биохимической потребности в кислороде (БПК) и скорости биохимического потребления кислорода в водной среде (k1). Предлагается принципиально новый способ и устройство, позволяющее в непрерывном режиме одновременно измерять БПКт, БПК и k1 как в проточной воде (река, коллектор сточных вод и др.), так и в водоеме. Способ непрерывного измерения упомянутых показателей характеризуется тем, что организуют непрерывный поток забираемой на анализ воды из водного объекта в трубопровод, причем скорость течения воды в трубопроводе подбирают так, чтобы за требуемый период времени Т (где Т-длительность биохимического потребления) вода проходила расстояние между двумя соседними створами трубопровода, в которых установлены датчики для непрерывного измерения концентрации растворенного кислорода в проточной воде. Устройство для осуществления данного способа состоит из водозаборного модуля и трубопровода с непрозрачными стенками, на котором в створах установлены датчики непрерывного измерения концентрации растворенного кислорода, позволяющие вести мониторинг одновременно трех упомянутых показателей качества воды.

Группа изобретений относится к системам и средствам контроля безопасности использования объектов промышленного и бытового назначения. Система контроля водоотводов содержит множество объектов, сообщенных отводящим трубопроводом с водоочистителями, каждый из которых расположен на территории объекта и сообщен с магистральным трубопроводом.

Группа изобретений относится к области биотехнологии и может быть использована для определения уровня токсикантов в воде, продуктах питания или физиологических жидкостях.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для оценки опасных уровней загрязнения водных объектов нефтью. Для этого выбирают тест-растение, проводят равномерную укладку семян тест-растения на фильтровальную бумагу в контрольной и испытуемой чашке Петри диаметром 10 см.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Более подробно группа изобретений относится к способу определения уровня токсикантов в воде, продуктах питания или физиологических жидкостях и тест-системе. Группа изобретений основана на том, что в колонке тест-системы размещают носитель в виде зафиксированного между двумя пористыми мембранами слоя иммуноаффинного геля с привитыми - ковалентно связанными - молекулами токсиканта, производят обработку носителя - слоя геля - блокирующим раствором для закрытия на носителе оставшихся свободными мест неспецифического связывания, вносят тестируемые образцы, содержащие определенное количество предварительно введенных специфичных к токсиканту антител, производят обработку носителя конъюгатсодержащим раствором, в качестве которого используют раствор конъюгата антивидовых антител, химически связанных с люминесцентными квантовыми точками или с липосомами, содержащими люминесцентные квантовые точки, а уровень токсикантов определяют путем освещения обработанного носителя возбуждающим излучением по интенсивности люминесценции, возбужденной в квантовых точках. Группа изобретений позволяет эффективно и достоверно определить уровень токсикантов в воде, продуктах питания или физиологических жидкостях. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Способ биологической оценки токсичности морской среды относится к биологическим способам оценки экологического риска и анализа загрязнения водной среды и может быть использован в марикультуре, водной токсикологии, рыбоводстве. В способе в качестве биологических тест-объектов используются личинки черноморских рыб атерины (Atherina hepsetus, Atherina mochon pontica), которые помещаются в тестируемую среду и в стерилизованную морскую воду. Контролем служит тестируемая среда и стерилизованная морская вода без токсиканта. Проводят микрокалориметрические измерения теплопродукции личинок и на основании расчета удельной теплопродукции, а также ее снижения у тест-объектов, подвергнувшихся действию токсикантов по отношению к показателям интактных личинок, делают вывод об уровне токсичности морской среды. Способ отличается высокой чувствительностью и позволяет произвести достоверную оценку состояния морской среды при низких уровнях концентрации токсикантов. Это дает возможность проводить раннюю диагностику уровня токсичности водной среды.

Способ определения влияния токсичности сточных вод на водные соленые среды относится к водной токсикологии и предназначен для оценки токсичности морской среды, содержащей сточные воды. Способ состоит из определения показателей роста культуры морской одноклеточной водоросли в тестируемой воде и включает культивирование культуры морской одноклеточной водоросли, процедуру биотестирования, состоящую из отбора проб воды, внесения в контроль и в тестируемую среду инокулята культивируемой водоросли, подсчета численности клеток водоросли. В качестве тест объектов используют культуры одноклеточных морских микроводорослей Platymonas viridis Rouch и Dunaliella salina Teod, на которых проводят долгосрочный (15-суточный) эксперимент. Микроводоросль Platymonas viridis Rouch используют для оценки влияния токсичности стоков на морскую среду.

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для повышения эффективности и достоверности определения уровня токсикантов в воде, продуктах питания или физиологических жидкостях путем проведения твердофазного иммуноферментного анализа. Способ определения уровня токсикантов в воде, продуктах питания или физиологических жидкостях путем проводимого в колонке тест-системы твердофазного иммуноферментного анализа заключается в том, что в колонке тест-системы размещают носитель, в качестве которого используют активированную твердую фазу физической сорбции - активированную пористую подложку с привитыми ковалентно связанными молекулами токсиканта, производят обработку носителя блокирующим раствором для закрытия на носителе оставшихся свободными мест неспецифического связывания, вносят тестируемые образцы, содержащие определенное количество предварительно введенных специфичных к токсиканту антител, при этом производят обработку носителя конъюгатсодержащим раствором, в качестве которого используют раствор конъюгата антивидовых антител, химически связанных с люминесцентными квантовыми точками или с липосомами, содержащими люминесцентные квантовые точки, а уровень токсикантов определяют путем освещении обработанного носителя возбуждающим излучением по интенсивности люминесценции, возбужденной в квантовых точках. Тест-система для данного способа включает колонку, в которой установлен носитель в виде активированной твердой фазы физической сорбции - активированной пористой подложки с привитыми ковалентно связанными молекулами токсиканта, при этом колонка снабжена устройством для измерения уровня люминесценции, включающим источник возбуждающего излучения и фотоприемник, причем перед фотоприемником дополнительно установлена фокусирующая оптическая система, а выход фотоприемника электрически подключен через усилитель сигнала и аналого-цифровой преобразователь к блоку управления - контроллеру, к выходу которого подключены блок индикации и через блок стабилизации источник возбуждающего излучения, при этом боковые стенки колонки выполнены из прозрачного для возбуждающего и люминесцентного излучения материала. Изобретение повышает эффективность и достоверность определения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 ил.

Изобретение относится к области аналитической химии применительно к анализу природных, поверхностных, подземных, сточных и технологических вод. Способ включает разделение с последующей идентификацией ацетона и метанола на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющем собой азот; образование и регистрацию пламенно-ионизационным детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени, при этом готовят основной раствор, хорошо сохраняющийся 2 месяца, при температуре от -2°C до -5°C, готовят промежуточный раствор с концентрацией 6,32 мг/дм3 разведением основного раствора очищенной водой, готовят градуировочные растворы для диапазона концентраций: ацетон 0,025-6,32 мг/дм3, метанол 0,025-6,32 мг/дм3 разведением водой промежуточного раствора, градуируют хроматограф, вводя в него предварительно отобранную паровую фазу градуировочных растворов, строят градуировочный график, после термостатирования исследуемого раствора отбирают паровую фазу парофазным шприцем и вводят в испаритель хроматографа, данные обрабатывают компьютерной программой ChemStation, которой комплектуется хроматографический комплекс МАЭСТРО 7820А. Достигается повышение точности и надежности, а также ускорение анализа. 2 ил., 6 табл., 1 пр.

Изобретение относится к устройству и способу детектирования качества жидкости, используемых в устройствах очистки воды. Устройство детектирования «визуализирует» качество воды в виде видимого излучения вместо преобразования интенсивности ультрафиолетового излучения в цифровую форму и содержит первое окно детектирования, покрытое первым материалом для преобразования принятого первого ультрафиолетового излучения, которое испускается источником ультрафиолетового излучения и проходит через жидкость, в первое видимое излучение. Устройство дополнительно смешивает первое видимое излучение со вторым видимым излучением для генерации третьего видимого излучения. Различный цвет третьего видимого излучения отражает разное качество воды. Изобретение позволяет упростить устройство и способ за счет отсутствия в воде датчиков ультрафиолетового излучения, детектирующих интенсивность ультрафиолетового излучения. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов и может быть использовано для определения структурного состояния талой воды в разное время после таяния. Представлен способ индикации структурного состояния воды, в котором определяют потенциал стеклоуглеродного электрода, погруженного в исходную воду, затем определяют потенциал электрода, погруженного в талую воду, за время релаксации талой воды до состояния исходной воды по полученным тестовым релаксационным зависимостям потенциала от времени, температуры и значению потенциала φ в данный момент времени τ судят о структурном состоянии воды и времени возврата t в исходное структурное состояние. Достигается повышение точности, достоверности, экспрессности и информативности индикации. 5 табл., 2 ил.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу определения концентрации гидрохлорида полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) в водах различных типов. Способ основан на взаимодействии катионов ПГМГ с реагентом, представляющим собой предварительно полученный коллоидный раствор отрицательно заряженных наночастиц серебра в цитратном буфере. В ходе определения образуются агрегаты наночастиц, рэлеевское рассеяние которых измеряют путем синхронного сканирования спектра флуоресценции с нулевой разностью длин волн эмиссии и регистрации, сигнал измеряют при 485 нм. В водопроводной воде линейность градуировочной зависимости наблюдается в диапазоне 0,07-2,2 мг/л, в сточной воде ливневой канализации - в диапазонах 0,007-0,7 и 0,7-2,2 мг/л, относительное стандартное отклонение составляет 0,02-0,03. Использование способа позволяет расширить диапазон определяемых концентраций ПГМГ в воде, в частности определять концентрации ПГМГ в сточной воде на уровне ПДК для воды водоемов рыбохозяйственного назначения (0,01 мг/мл) и ниже. При этом определению ПГМГ (4·10-7 М ПГМГ в чистой воде) не мешает наличие примесей в количестве не более: 0,05 М NaCl, 200 мг/л ионов кальция, 120 мг/л ионов магния, 0,5 мг/л ионов меди (II), 0,14 мг/л н-додецилсульфата натрия, 0,1 мг/л гуминовых кислот, 0,25 мг/л неионных поверхностно-активных веществ, 0,025 мг/л катионных поверхностно-активных веществ, 0,1 мг/л бычьего сывороточного альбумина, 2,5 мкг/л полиэтиленимина. 4 табл., 3 пр., 2 ил.

Изобретение относится к анализам количественного определения содержания изотопа дейтерия в жидкостях различной природы с использованием методов ядерного магнитного резонанса. Воздействие на исследуемую пробу производят электромагнитным излучением радиочастотного диапазона в постоянном магнитном поле спектрометра ядерного магнитного резонанса для чего исследуемое вещество помещают в ампулу, затем в эту ампулу вставляют эталонный образец, представляющий собой запаянную ампулу меньшего диаметра, содержащую водный раствор лантаноидного сдвигающего реагента и воды с известным содержанием дейтерия, после чего эту систему ампул опускают в спектрометр ядерного магнитного резонанса и регистрируют спектр на ядрах дейтерия, в котором наблюдают разнесенные по частоте резонанса пики исследуемого и эталонного образцов, затем измеряют интегральную интенсивность каждого пика, сопоставляют их значения и методом пропорции определяют концентрацию дейтерия в исследуемом образце. В качестве лантаноидного сдвигающего реагента используют трифторметансульфонат европия(III) ((Eu(CF3SO3)3), который способен индуцировать парамагнитный химический сдвиг сигнала ядерного магнитного резонанса. Достигается повышение точности и чувствительности, а также упрощение и ускорение анализа. 1 пр., 1 ил.

Изобретение относится к области исследований экологического состояния водоемов. Способ включает определение среднемесячной температуры воды, уровня выпавших осадков и уровня влажности воздуха. Показатель риска размножения сине-зеленых водорослей в водоеме вычисляют по математической зависимости: -0,896+0,709×A-1,195×В+0,175×С. При этом А - средняя температура воды водоема (в градусах по шкале Цельсия), В - уровень выпавших осадков (мм), С - влажность воздуха (%). При значении K от 0 до 3 риск размножения сине-зеленых водорослей в водоеме оценивают как «низкий», при значении K от 3 до 7 риск размножения сине-зеленых водорослей в водоеме оценивают как «средний», при значении K выше 7 риск размножения сине-зеленых водорослей в водоеме оценивают как «высокий». Изобретение обеспечивает оперативную оценку риска размножения сине-зеленых водорослей в водоеме. 2 пр.
Наверх