Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Методология и методика изучения состояния водных экосистем на основе кинетического подхода Эрнестова, Людмила Сергеевна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Эрнестова, Людмила Сергеевна. Методология и методика изучения состояния водных экосистем на основе кинетического подхода : автореферат дис. ... доктора химических наук : 11.00.07 / Ин-т эксперимент. метеорологии.- Обнинск, 1995.- 57 с.: ил. РГБ ОД, 9 95-4/1193-9

Введение к работе

Актуальность работы. В современных условиях под влиянием ант-опогенных воздействий " движение многих веществ ускоряется кас-олько, что круговороты становятся несовершенными, а процессы ацикличными" (Ю. Одум. Основы экологии. 1972). При этом процессы юрмирования биогеохимических циклов элементов в сложной системе ткрытого типа, какой является природная водная среда, необходимо ассматривать с учетом кинетики поступления веществ и трансформа-ии их за счет взаимодействия с другими компонентами экосистемы. : таком случае для установления механизмов и закономерностей фор-ирования состава и свойств водной среды необходима разработка етодологии и методов анализа состояния водных экосистем на осно-е кинетического подхода.

Фундаментальным для жизнедеятельности водных экосистем являет-я цикл кислорода. Окислительно-восстановительные процессы с частием растворенного кислорода (0. aq) протекают с образованием го промежуточных активных форм. Однако до настоящего времени ме-анизмы этих процессов в природных водах практически не изучены, месте с тем стационарная концентрация активных форм кислорода в начительной степени зависит от'совокупности факторов антропоген-ого воздействия на водные экосистемы.

Кроме того, цикл кислорода тесно связан с другими биогеохими-ескими циклами, поэтому выявление основных механизмов образова-:ия и участия активных форм кислорода во внутриводоемных процесах открывает возможности оценки степени воздействия на окисли-ельно-восстановительные процессы с участием и других элементов азота, серы, металлов переменной валентности и т. д.).

Настоящая работа посвящена исследованию механизмов превращения ещества (Pi) в природной водной среде как в реакционной окисли-ельно-восстановительной системе, а также разработке методов, по-азателей и критериев оценки состояния водных экосистем на основе инетического подхода. Работа имеет теоретическое и практическое начение для создания и развития системы экологического мониторинга, регламентирования хозяйственного использования водных ре-урсов с учетом экологических требований, разработки способов оздействия на состав водной среды для улучшения ее потребитель-ких свойств и т.д."

- г -

На защиту выносится новое научное направление: теоретическое і практическое обоснование роли-активных промежуточных частиц биогеохимического цикла кислорода в формировании состава и свойсті природной водной среды.

Цель работы : разработка методологии изучения механизмов процессов трансформации вещества в природных водах и в модельны: системах, методов параметризации их для включения в прогностические модели; обоснование новых подходов к оценке состояния водньс экосистем, анализу и прогнозу критических экотоксикологическиз ситуаций на основе кинетических показателей.

В соответствии с этим решались следующие задачи:

изучить типовые механизмы трансформации вещества (Р^) в модельных системах, в том числе с участием кислорода и продуктоЕ его активации;

разработать методы определения значимых параметров среды, которые ответственны за превращения вещества в природных водах;

разработать методы оценки экотоксикологической опасное^ антропогенных нарушений биогеохимического цикла кислорода с применением методов биотестирования;

провести апробацию .разработанных методов и показателей состава и свойств водной среды на разных природных водных объектах к при возникновении в них критических экотоксикологических ситуация

установить пространственные, сезонные, зональные и иные особенности изменения содержания высокореакционных компонентов природных вод и оценить возможности использования найденных закономерностей для целей и задач экологического мониторинга;

разработать способы, воздействия на состав воды для улучшения ее потребительских свойств при различных видах водопользования, включая рыбоводство, поливное земледелие, питьевое водоснабжение.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана методология и методика изучения поведения загряз
няющих веществ в природных водах на основе кинетического подхода;

разработаны новые методы определения содержания в природной воде высокореакционных окислительно-восстановительных (редокс-) компонентов, в том числе продуктов активации кислорода;

получзны натурные данные о содержании в. природных водлых объектах реакционноспособных редокс-компонентов среды;

выявлены и обоснованы неизвестные ранее механизмы влияния

їеталлов переменной валентности и элементов биогеохимического щкла кислорода на изменение экологического состояния водных экосистем;

- разработана система кинетических показателей и критериев для щенки текущего состояния водных объектов и прогноза возникнове-шя в них критических экотоксикологических ситуаций в результате крушения сбалансированности биогеохимического цикла кислорода.

Практическая значимость работы. Разработаны нормативные документы, определяющие порядок выполнения измерений, проведения наблюдений и контроля качества воды и классификацию экологического состояния природных водных объектов по содержанию и внутригодовой динамике реакционноспособных редокс-компонентов природных вод, в гом числе гидроксильных радикалов и" пероксида водорода. Руководя-цие документы используются в гидрохимических лабораториях, а так-ке в исследовательской и учебной практике. Для оперативного контроля качества водной среды с применением предлагаемых показателей зозданы действующие макеты новых технических средств.

Разработаны новые способы' воздействия на состав водной среда для улучшения ее потребительских качеств. Внедрение одного из них при промышленном рыбоводстве на Волгоградском осетровом рыбоводном заводе в периоды сезонной редокс-токсичности воды в 1982-1985 гг. позволило дополнительно получить около 16 млн. жизнеспособных личинок севрюги. Способ регулирования состава воды при выращивании сельскохозяйственных культур в открытых и закрытых грунтах прошел промышленные испытания в Каунасском тепличном комбинате (1988-1989 гг.) и показал повышение устойчивости овощных культур к заболеваниям на ранних стадиях развития и увеличение их . урожайности на 10-20%.

Основные положения и результаты, вынесенные на зашиту:

Методология и методика изучения трансформации загрязняющих веществ (ЗВ) в природных водах, основанная на представлении об аддитивном вкладе типовых механизмов в превращении вещества (Pi). Разработана методика выявления значимых параметров среды, определяющих скорость его химической трансформации. Кинетические параметры апробированы в прогностических моделях, описывающих поведе-, ниє ЗВ в природных водах.

Выявление роли ионов переходных металлов в окислительной

деструкции загрязняющих веществ, обладающих лигандными и электро-нодонорными свойствами. Показана определяющая роль гомогенны) форм меди и коллоидных оксидов железа и марганца в качестве катализаторов. При этом в случае меди превращение Pi осуществляете* за счет свободно-радикальных процессов, а в случае оксидов - е результате ион-молекулярных взаимодействий.

Установление важной роли свободно-радикальных процессов е трансформации органических загрязняющих веществ; выявление новых механизмов каталитического и фотохимического инициирования продуктов активации кислорода.

Механизмы активации окислительно-восстановительных процессов превращения ЗВ за счет соединений серы в промежуточных валентных состояниях в анаэробных и аэробных условиях.

Новые аналитические, каталитические и кинетические методы определения высокореакционноспособных компонентов природных вод, в том числе каталитически активных гомогенных форм меди, стационарной концентрации продуктов активации кислорода (пероксида водорода, синглетного кислорода и гидроксильных радикалов), суммы метастабильных соединений, обладающих. выраженными окислительно-восстановительными (редокс-) свойствами; новые методы биотестирования воды с использованием молекулярно-клеточных и клеточных тест-систем; апробация перечисленных методов на природных водных объектах разного типа с различной антропогенной нагрузкой.

Пространственные, сезонные и зональные особенности распространения содержания в водной среде гидроксильных радикалов и метастабильных редокс-компонентов в разданных водных объектах, в том числе и при возникновении в них критических экотоксикологи-ческих ситуаций.

Новый механизм формирования состава и свойств природной водной среды под влиянием техногенных воздействий, в тем числе при их сочетании с неблагоприятными природными факторами среды, заключающийся в возрастании роли одноэлектронных процессов в биохимических окислительно-восстановительных циклах важнейших элементов (кислорода, серы, металлов переменной валентности), протекающих в норме через синхронный двухэлектронный перенос.

Новая система критериев и классификация экологического состояния природных водных экосистем на основе кинетических показа-

елей. При сравнительном анализе с принятыми гидрохимическими по-азателями установлена высокая информативность предлагаемых кри-ериев для оценки экологического состояния водных экосистем, а 'акже при выявлении причин и прогнозе критических экотоксикологи-ієских ситуаций в водных объектах.

- Способы воздействия на состав водной среды с целью улучшения ;е потребительских свойств при различном хозяйственном использо-іании, результаты их промышленных испытаний и внедрения; принци-шальные основы создания технических средств для осуществления шеративного мониторинга загрязнения водной среды с помощью раз-заботанных показателей.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и об-зуждены на II Советско-американском симпозиуме "Прогнозирование доведения пестицидов в окружающей среде" (Ереван, 1981). II Международном симпозиуме по гидрохимии природных вод (Ростов-на-Дону. 1982). III.Всесоюзном симпозиуме по антропогенному евтрофиро-ванию водоемов (Черноголовка, 1983). IV Международном симпозиуме по гомогенному катализу (Ленинград. 1984). VII Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам прогнозирования, контроля качества воды водоемов и озонирования {Таллин. 1985), III Международном симпозиуме "Комплексный глобальный мониторинг состояния биосферы" (Ташкент, 1985), I Всесоюзной школе по экологической химии водной среды, (Кишинев, 1985). симпозиуме специалистов стран СЭВ "Комплексные методы контроля качества природной воды" (Москва, 1986). IV Всесоюзном совещании "Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах" (Обнинск, 1985). XXIX Всесоюзном гидрохимическом совещании (Ростов-на-Дону. 1987), III Советско-американском симпозиуме "Ловедение пестицидов и химикатов в окруяающей. среде" (США. г. Айова-Сити, 1987). III Международной школе по экологической химии водной среды (Алма-Ата, 1990). Мездународном симпозиуме "Экологические модификации и критерии экологического нормирования" (Нальчик. 1990), Научном семинаре "Экология АЭС" (Одесса. 1991), XV Менделеевском съезде (Минск. 1993).Международном симпозиуме "Гидрохимия, 1993" (Ростов-на-Дону, 1993). Международном конгрессе "Вода: экология и технология"(Москва. 1994). Публикация результатов. Результаты диссертации изложены в 90 опубликованных работах, включая 15 авторских свидетельств. Основные результаты исследований обобщены в статьях "Методологические

няющих веществ в природных водах" (Труды ИЭМ. 1982), "Процессь токсикации и механизмы самоочищения природной воды в условия) антропогенных воздействий" (Известия АН Молд. ССР. 1983). "Ре-докс-состояние и сезонная токсичность природных вод" (ДАН СССР, 1984). "Новые обобщенные показатели качества воды" (Водные ресурсы, 1987), "Комплексные показатели для экологического нормирования антропогенного воздействия на природные водные объекты (Метеорология и гидрология, 1990). "Механизмы окислительно-восстановительной трансформации загрязняющих веществ в природных водах" (Водные ресурсы, 1995), "Образование и превращения свободных радикалов ОН и 0г'~ в природных водах" (Журнал физической химии. 1995). "Антропогенные воздействия на содержание и режим гидрок-сильных радикалов в крупных реках "(Метеорология и гидрология, 1995), "Кинетические характеристики образования, гидроксильных радикалов в средних и малых водотоках равнинного типа"(Метеорология и гидрология. 1995), в сборнике Трудов Института экспериментальной метеорологии" (Санкт-Петербург. 1993. вып.22(158), в Трудах IV Международного симпозиума по гомогенному катализу (Ленинград. 1984). II и III Советско-американских симпозиумов "Поведение пестицидов и химикатов в окружающей среде" (Ереван, 1981; Айова-Сити. 1987), Международного симпозиума "Экологические модификации и критерии экологического нормирования (Нальчик. 1990).