Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1. Классификация осадков сточных вод по стадиям их обработки 9
1.2. Характеристика осадков сточных вод 12
1.3.Нормирование качества осадков сточных вод 14
2.1. Биотестирование как метод оценки экологической опасности
индивидуальных веществ и объектов окружающей среды 17
-
Использование бактерий в биотестировании 17
-
Использование простейших в биотестировании 23
-
Использование дафний в биотестировании 31
-
Формирование и оценка фитотоксичности 36
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 43
2.1. Объекты исследования 43
-
Модельные образцы осадков сточных вод 43
-
Описание реальных образцов осадков сточных вод и отходов —44
-
Отбор осадков сточных вод и создание репрезентативной пробы 47
-
Методы приготовления экстрактов образцов 48
-
Определение токсичности 49
-
Биотестирование с использованием бактерий 49
-
Биотестирование с использованием простейших 52
-
Биотестирование с использованием низших ракообразных 54
-
Биотестирование с использованием растений 58
-
Определение класса опасности расчетным способом 59
-
Анализ компонентного состава 60
-
Статистическая обработка полученных результатов 62
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ 63
-
Оценка толерантости Paramecium caudatum, Daphnia magna, Pseudomonas putida и Raphanus sativus по отношению к стандартным токсикантам - 63
-
Влияние типа экстракции на уровень токсичности осадков сточных вод - 74
-
Влияние способа обработки осадка сточных вод и срока его
хранения на уровень токсичности 75
-
Разработка системы критериев и определение показателей отнесения осадков сточных вод к классам токсичности 89
-
Определение токсичности реальных осадков сточных вод и ранжирование их по классам токсичности на основе результатов биотестирования 93
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 107
ВЫВОДЫ 125
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ
ИСТОЧНИКОВ 127
Введение к работе
Актуальность работы. Значительный ущерб природной среде наносят размещаемые в ней многокомпонентные образования (отходы производства и потребления и др.), вызывая прогрессирующую техногенную деградацию природных комплексов. К числу подобных многокомпонентных антропогенных образований относятся осадки сточных вод, образующиеся на городских станциях очистки. Они содержат большое количество органогенных элементов, что делает их привлекательными для использования в качестве мелиоранта нарушенных почв или нетрадиционного органоминерального удобрения в сельском хозяйстве, садоводстве, лесоводстве, в качестве грунта при зеленом строительстве и т.д. Однако осадки зачастую содержат и значительное количество токсичных компонентов органической и минеральной природы. С учетом возрастания их объема, большого разнообразия химического состава, потенциальной токсичности, возможности ближайших и отдаленных последствий их применения в тех или иных отраслях народного хозяйства, одними из наиболее острых и сложных проблем управления отходами производства и потребления во всем мире являются обезвреживание и утилизация осадков (Van Den Berg, 1993, Латыпова, Селивановская, 1999, Towers et al., 2002). За несколько последних десятилетий на станциях очистки сточных вод накоплено огромное количество осадков, которое в основном хранится на иловых картах и лишь в крупных городах утилизируется (Hue, 1995, Русаков с соавт., 1995, Page, 1996). Такое обращение с осадками неизбежно приводит к отрицательному воздействию на окружающую среду и представляет угрозу для здоровья населения. Единственно приемлемым способом адекватного прогнозирования их влияния на сопредельные среды является интегральная оценка их опасности для биотических компонентов экосистем. В настоящее время для анализа опасности все более широкое применение находит метод биотестирования, который является инструментом в системе экологического контроля и имеет целью охарактеризовать интегральное воздействие на живые организмы комплекса токсикантов, входящих в состав как природных объектов, так и антропогенных образований (Методы..., 1988, Латыпова с соавт., 1992, Kapustka et al., 1995, Пожаров, Попечителев, 1996, Жмур, 1997, Сазонова с соавт., 1997, Selivanovskaya et al, 1997, Ronnpagel et al., 1998, Juvonen et al., 2000, Kapanen, Itavaara, 2001). Основные сложные проблемы, возникающие при попытке использовать результаты биотестирования, связаны с интерпретацией полученных результатов. В литературе представлен ряд подходов к оценке почв, включающих математическую обработку результатов биотестирования, а также сочетание параметров токсичность - площадь проявления фактора (Башкин с соавт., 1993, Kapustka et al., 1995, Bioassay for Soils..., 1995, Кабиров с соавт., 1997). Для осадков сточных вод не разработано ни системы биотестов, ни способов интерпретации результатов. Для оценки токсичности многокомпонентных образований представляется целесообразным использовать систему биологических тестов, ориентированных на моделирование процессов токсикации на различных уровнях организации живых организмов и процессов переноса токсических веществ в сопредельные среды. Последующая формализация результатов с определением класса опасности осадков, с одной стороны, будет являться необходимой базой для оценки ущерба, наносимого осадками природной среде, с другой стороны, установленный класс опасности мог бы стать отправной точкой при выборе путей наиболее рационального их использования.
Целью настоящей работы явилось развитие экологически обоснованных подходов к ранжированию опасности осадков сточных вод с использованием системы организмов различного уровня организации.
Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:
Разработать систему биологических тестов для определения опасности осадков сточных вод: создать и оценить токсичность модельных образцов, относящихся к различным классам опасности; определить критерии и соответствующие диапазоны показателей для ранжирования осадков сточных вод по степени их опасности для экосистем.
Оценить толерантность тест-объектов по отношению к стандартным токсикантам - бихромату калия и 3,4 -дихлорфенолу. Определить метрологические характеристики и унифицировать методику биотестирования с использованием Pseudomonas putida, Paramecium caudatum, Raphanus sativus.
Определить влияние типа обработки осадков сточных вод на уровень токсичности.
4. Определить опасность реальных осадков сточных вод на базе предложенной схемы ранжирования.
Научная новизна. Предложена система тест-объектов, позволяющая оценить потенциальный негативный эффект осадков на биотические компоненты экосистем различных групп и эволюционного уровня; определены пределы толерантности тест-объектов (Ps. putida, P. caudatum, R. sativus) по отношению к стандартным токсикантам в лабораторных условиях. Унифицирована методика биотестирования с использованием R. sativus, методика биотестирования с использованием P. caudatum аттестована (№ 01.19.229/2000). Впервые предложена схема ранжирования опасности антропогенных образований на базе результатов экологического нормирования: разработаны критерии отнесения осадков сточных вод к различным классам опасности и определены диапазоны показателей для его осуществления. Выполненные исследования вносят определенный вклад в развитие факториальной экологии и экологического нормирования антропогенных нагрузок на природную среду.
Практическая значимость работы. Унифицированная и аттестованная в данной работе методика биотестирования используются в целях государственного и ведомственного экотоксикологического контроля. Разработанные критерии и показатели ранжирования положены в основу оценки класса опасности реальных осадков экспериментальным способом, основанным на определении суммарного негативного эффекта всех компонентов, входящих в состав осадков, и принятым в природоохранной практике по линии МПР РФ (№511 от 15.06.01 г.).
Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе при чтении спецкурса «Управление в обращении с отходами производства и потребления» для студентов Казанского государственного университета по специальности 013100-экология.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Научно-практической конференции "Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля" (Пенза, 1996г.), VIII Международной конференции молодых ученых "Синтез, исследования свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений" (Казань, 1996г.), Итоговой научной конференции Казанского государственного университета (1997, 2000 гг.), 8 Европейском конгрессе по биотехнологии (Будапешт, 1997г.), Республиканской научной конференции "Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан" (Казань, 1997, 2000 гг.), Международной заочной научно-практической конференции "Инфузории в биотестировании" (Санкт-Петербург, 1998г.), Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные вопросы мониторинга экосистем антропогенно-нарушенных территорий" (Ульяновск, 2000г.), VIII съезде гидробиологического общества РАН, (Калининград, 2001г.), Научно-практической конференции «Экологические основы рационального лесопользования в среднем Поволжье» (Йошкар-Ола, 2002г.).
Основные результаты изложены в 3 статьях и 9 тезисах докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 13 рисунков и 17 таблиц. Состоит из введения, 4 глав, выводов и списка использованных библиографических источников, включающего 204 ссылки на отечественные и зарубежные работы, и приложения.
Диссертация выполнена на кафедре прикладной экологии Казанского государственного университета в рамках госбюджетной темы ГР № 01.98.0006937 код ГСНТИ 87.43.21, а также при поддержке гранта АН РТ № 22-04/99, 09.-9.4.-75/2001-Ф.
