Пробирский М.Д., Рублевская О.Н., Алексеева И.В., Лысова Т.И
ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»
Современные методы биомониторинга позволяют в круглосуточном режиме получать информацию не только о качестве воды водоисточника, но и о качестве очищенных сточных вод и очищенных дымовых газах.
В соответствии с законодательством Водоканал осуществляет регулярный химико-аналитический производственный экологический контроль (ПЭК) состава сбросов и выбросов загрязняющих веществ. Существует перечень и периодичность, согласно которым исследуются показатели в рамках ПЭК. В течение года выполняется около 30 тысяч измерений качества сточных вод и 9 тысяч измерений качества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Также ежедневно на всех городских канализационных очистных сооружениях (КОС) лабораториями определяются технологические параметры работы очистных сооружений, а на крупных КОС для этой цели применяются приборы онлайн-контроля.
Объем исследований в рамках ПЭК за качеством атмосферного воздуха охватывает порядка 2000 источников выбросов на канализационных и водопроводных производственных площадках. Перечень анализируемых химических веществ в выбросах в атмосферный воздух различен и зависит от технологической характеристики источников выбросов.
Несмотря на столь широкие перечни исследуемых показателей в рамках ПЭК, Водоканалом была поставлена задача внедрить системы биоэлектронного контроля, которые бы позволили отслеживать потенциальные риски случайных залповых выбросов и сбросов токсикантов (в случае возникновения аварийной ситуации), а также совокупное воздействие содержания всех (даже ничтожных) загрязнений, при которых воздействия от отдельных факторов могут взаимно усиливаться.
Такими интегральными показателями загрязненности являются реакции тест-организмов в системах биомониторинга, основной задачей которых является контроль и раннее оповещение об опасном уровне загрязнения окружающей среды, так как:
— каждый год появляются сотни и тысячи новых соединений, в том числе – потенциально опасных;
— проведение лабораторных исследований требует времени, а информация об опасности нужна мгновенно;
— методики выполнения измерений не учитывают синергетический эффект (не суммируют воздействие различных загрязнений в малых дозах).
На сегодняшний момент в Водоканале созданы и действует три уникальных системы биомониторинга.
Первая система – на водозаборах, с использованием речных раков (с декабря 2005 года). Представители аборигенных узкопалых раков, обитающих в Неве и Невской губе, живут в аквариумах на каждом водозаборе петербургского Водоканала. И вода из Невы, прежде чем попасть на очистные сооружения и стать водопроводной, контролируется, помимо лабораторий, и этими биоиндикаторами. Эта система в качестве индикатора возможного токсического загрязнения речной воды использует анализ кардиоритма речных раков: в случае, если в воде появятся токсичные вещества, раки мгновенно отреагируют – у них резко возрастет частота сердцебиения. К панцирю рака, приклеен волоконно-оптический датчик, позволяющий незаметно для животного в течение длительного времени регистрировать его сердцебиение.
На экран компьютера диспетчера смены непрерывно выводятся уже обработанные результаты показателей сердечного ритма и стресс-индекса раков в виде системы «светофор»: красный, желтый или зеленый световые сигналы. Нормальный сердечный ритм ничем не обеспокоенного рака (соответствующий зеленому сигналу) колеблется, в зависимости от температуры воды, от 30 до 60 ударов в минуту, а стресс-индекс обычно близок к нулю. В случае опасности частота сердечных сокращений резко повышается не менее чем на 50%, а стресс-индекс возрастает до нескольких тысяч. При попадании в воду токсичных веществ раки реагируют в течение 1,5-2 минут (время с учетом обработки данных). За все время работы раков в Водоканале нештатных ситуаций не возникало, а столь «высокие стрессовые показатели» специалисты Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской академии наук, разработавшие этот метод биомониторинга качества воды, получают только при еженедельных профилактических тест-обследованиях раков.
Вторая система биомониторинга предназначена для проверки качества очистки сточных вод (работает с 2010 года на Юго-Западных очистных сооружениях).
Принцип работы такой же, как и при контроле невской воды. Но есть одна особенность – на ЮЗОС раки работают сезонно по шесть особей: в теплое время года – австралийские красноклешневые, в холодное – аборигенные узкопалые. «Сезонность» работы этих раков связана с тем, что летом температура сточной воды значительно повышается, и становится некомфортной для невских раков; а теплолюбивые австралийские раки, напротив, не приспособлены для того, чтобы работать в зимний период.
В летний период температура сточной воды повышается на 15-20○ С. Для узкопалых раков, «трудящихся» зимой, температура воды не должна превышать 22-23 С. Австралийские же раки чувствуют себя комфортно при температуре воды до 35 С. Наблюдение за раками, находящимися в привычных условиях, позволяет исключить ложное срабатывание системы, вызванное тем, что животное испытывает дискомфорт из-за температуры воды.
Исследованиями, предшествовавшими внедрению этой системы, было показано, что для использования в качестве биоиндикаторов должны отбираться только здоровые животные, характеризующиеся определенным эмоционально устойчивым состоянием. Отобранные таким образом животные, при правильном режиме кормления и обслуживания аквариумов, в течение года сохраняют нормальный уровень функционального состояния, пригодный для использования их в качестве биосенсоров. Поэтому при отборе раков для использования в качестве биосенсоров отбираются здоровые половозрелые самцы определенного размера и без видимых повреждений панциря и конечностей. Перед тестированием животные проходят период адаптации к условиям нахождения в данном аквариуме до восстановления нормальной частоты сердечных сокращений (ЧСС) (50-70 уд/мин при комнатной температуре воды), характерной для устойчивого спокойного состояния. Обычно для этого требуется от 0,5ч до 1ч. Состояние воды контролируют шесть раков. Именно такое количество необходимо для получения объективных данных. За истекший период эксплуатации этой системы критичного учащения ЧСС у раков не выявлялось.
У раков есть помощники — для получения более точной реакции на изменения качества воды наряду с раками работают рыбки. Видеокамера постоянно фиксирует их движение. Если рыбкам станет плохо, они перестанут двигаться и всплывут вверх брюшком или опустятся на дно. А если в это время забеспокоятся и раки, то специалисты начнут действовать. Такое дублирование позволяет более точно отслеживать качество очистки сточных вод.
Третья система биомониторинга предназначена для контроля очистки дымовых газов на заводах по сжиганию осадка сточных вод (с 2011 года, на заводе по сжиганию осадка сточных вод (ЗСО) Юго-Западных очистных сооружений).
Применяемый в Водоканале метод биомониторинга состава очищенных дымовых газов ЗСО основывается на чувствительности живых организмов (улиток) к изменениям качественного состава выбросов.
В основе внедренной на ЗСО станции биологического мониторинга заложена длительная регистрация в реальном времени функционального состояния биоиндикаторов: легочных моллюсков — улиток. Такой выбор учеными моллюсков обусловлен: наличием у них легочного дыхания, чувствительности к запахам и возможностью крепления на их раковинах волоконно-оптических датчиков временных характеристик кардиоактивности, прежде всего частоты сердечных сокращений (ЧСС), и наличия двигательной активности, проявляющейся в вертикальном перемещении моллюска.
На заводе по сжиганию осадка сточных вод на Юго-Западных очистных сооружений Петербурга работают африканские улитки. Этот метод также разработан в 2010 году Санкт-Петербургским научно-исследовательским центром экологической безопасности Российской Академии наук по заказу ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Улитки живут в террариуме, оборудованном специальными модулями. В модулях обеспечивается контроль потоков анализируемого газа от ЗСО и чистого воздуха. В станции размещается 2 группы улиток: «контрольная группа», которая дышит чистым воздухом без примеси дымовых газов и «индикаторная группа» (на «дежурстве»), которая дышит дымовым газом ЗСО с заданным параметром разбавления.
Модули также оснащены управляемым режимом содержания улиток, который включает: капельное увлажнение тела моллюсков, подогрев используемой воды до регулируемой температуры 25-35○С; контроль постоянства рН подаваемой воды, вентиляцию, а также регулирование освещения с автоматический режимом чередования «ночь-день».
Улитки размещаются на резиновых шариках, которые свободно вращаются на поверхности воды без смещения. Для питания улиток перед шариком установлена кормушка. К раковине улиток прикреплены оптические волокна для отведения сигнала сердечной и двигательной активности. Улитка двигается по шарику, как по тренажеру — беговой дорожке, а датчики при этом измеряют ЧСС и двигательную активность.
Непрерывный биомониторинг обеспечивается волоконно-оптической системой отведения сигнала кардиоактивности моллюсков, и системой контроля вертикального положения моллюска относительно шарика.
Цель работы станции биомониторинга — получение объективной информации о безопасности газовых выбросов на границе санитарно-защитной зоны ЮЗОС с ЗСО (210м). Санитарно-защитная зона (в которой не разрешается, в частности, размещение жилых домов) устанавливается таким образом, чтобы на ее границе соблюдались нормативы предельно-допустимых концентраций (ПДК). В конкретном случае с ЗСО ЮЗОС расчетное разбавление содержания токсикантов до уровня ПДК на границе санитарно защитной зоны составляет около 10 000 раз. Дым, поступающий к «индикаторной группе» улиток разбавляется всего в 100 раз, что по уровню загрязнения воздуха повышает нагрузку на тест-организмы, по сравнению с границей санитарно-защитной зоны ЗСО, в 100 раз.
Оценка дежурным диспетчером текущего уровня токсикологической опасности дымовых газов проводится на основании результатов автоматической обработки и анализа в реальном времени динамики изменения ЧСС и подвижности моллюсков в «контрольной» и «индикаторных» группах моллюсков.
Для наглядности представления у удаленного диспетчера системы на персональном компьютере также формируются варианты индикации загрязненности газов по системе «светофор»: красный – признак аварийности, желтый – наличие признаков угрозы, синий – признак ограничений в работе технических систем, и зеленый – признак отсутствия указанных выше проявлений.
С июня 2011 года не наблюдается отличий в поведении и контроле ЧСС контрольной и индикаторных групп улиток. Это указывает на то, что при разбавлении всего в 100 раз дымовых газов цеха сжигания ЮЗОС (против 10000 раз, установленных при расчете санитарно-защитной зоны), концентрации содержащихся в воздушной смеси вредных веществ уже не создают нарушений в жизнедеятельности моллюсков «индикаторной группы».
Создать комментарий