Чрезвычайные ситуации → Эколого-экономическая деятельность предприятий → Исследования техногенной водной экосистемы при чрезвычайных ситуацияхВ результате исследований техногенной водной экосистемы очистных сооружений Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ), было выделено альгобактериальное сообщество, активизирующее процесс самоочищения. Основой его являются цианобактерии p.Oscillatoria. Анализ экспериментальных данных показал, что и основной эдификатор сообщества, Oscillatoria sp., и его ассоцианты могут существовать в экстремальных условиях за счет приобретения на эволюционном уровне морфологических и биохимических приспособлений для противостояния жестким факторам.
При этом происходит образование устойчивых цианобактериальных ассоциаций. Исследования микроорганизмов, участвующих в трансформации присутствующих в сточных водах АГПЗ сероводорода и его производных, нефти и нефтепродуктов, показали наличие сульфатредуцирующих и нефтеокисляющих бактерий, в числе последних актиномицеты и родственные им представители pp.Rhodococcus, Xanthobacter.
Особую роль в поддержании чистоты воды играют животные, питающиеся живыми и мертвыми бактериями, водорослями, простейшими, которых они захватывают, процеживая воду через специальные «сети», весьма различные у разных групп. К таким животным-фильтраторам относятся многие планктонные (обитающие в толще воды) и бентосные (обитающие на дне) простейшие, коловратки, многощетииковые черви, большинство видов двустворчатых моллюсков, многие сидячие и планктонные ракообразные, все губки. Особенно распространен этот древнейший способ питания среди морских организмов. Высокое качество воды наиболее чистых пресноводных озер и рек сильно зависит от видового состава и численности животных-фильтраторов в водоемах.
Органические вещества - продукты частичного распада мертвых растений и животных, выделения водных животных и растений, гуминовые кислоты и другие органические вещества, вымываемые из почвы, почти всегда присутствуют в природных водах. Особенно много их содержится в воде торфяных болот, а вода рек, вытекающих из таких болот, обычно окрашена в желто-коричневый цвет именно органическими веществами. Окисляясь, органические примеси поглощают растворенный кислород и могут значительно уменьшать его концентрацию в воде. Чтобы эволюция могла идти в постоянных условиях, возникает конкуренция за пищу между фильтраторами.
Эволюционные преимущества получают виды, наиболее эффективно фильтрующие воду. Отбор у таких видов идет в направлении совершенствования фильтрующего аппарата, которое часто сопровождается замедлением роста и преимущественным развитием наиболее экономных биохимических механизмов, что позволяет обходиться небольшим количеством пищи. В результате такие совершенные фильтраторы способны доводить воду своих водоемов до очень высоких показателей чистоты.
Велик вклад в самоочищение вод животных - обитателей водоемов. Перерабатывая в пищевых связях органическое вещество, созданное растениями, животные-консументы часть этого вещества разлагают до исходных простых соединений - воды и углекислого газа, остальное в виде экскрементов переходит в форму, наиболее эффективно используемую микроорганизмами-редуцентами. Часть органического вещества откладывается в донных илах.
Наиболее распространенные пресноводные животные-фильтраторы - всем известные перловицы и беззубки - двустворчатые моллюски, в изобилии обитающие во многих наших реках. Каждая беззубка пропускает через свои жабры-фильтры несколько литров воды в сутки. Таким образом, в системах самоочистки любого водоема активно взаимодействуют физико-химические и биологические процессы.
Еще один пример обитателей водной экосистемы, поддерживающих высокую степень чистоты воды как условие своего существования, - это пара: моллюск и рыба в реках Северной Европы. Рыба -благородный лосось или семга. Обязательное условие успешного развития икры из молоди семги - чистота воды и высокое содержание в ней кислорода. Это возможно только при низком содержании в воде органических соединений и остатков организмов, способных при микробиологическом разложении активно поглощать кислород.
Необходимое качество воды обеспечивается высокой численностью очень эффективно действующего фильтратора - двустворчатого моллюска пресноводной жемчужницы. Но и жемчужница зависит от семги, поскольку ее личинки (глохидии) развиваются, паразитируя на жабрах и коже семги и некоторых других рыб. Из всех возможных временных хозяев глохидиев жемчужницы только семга обеспечивает их высокую выживаемость: сопряженная эволюция этих видов создала хорошую приспособленность их друг к другу.
Многомиллионные популяции этих моллюсков очищают в реках воду не только от микробов и органических частиц, но и от взвешенных минеральных частиц и мельчайших капелек нефти. Несъедобные частицы захватываются вместе со съедобными, проходят пищеварительный тракт и, склеиваясь в нерастворимую массу, с экскрементами моллюсков оказываются в донных илах. При значительном повышении загрязненности, особенно при увеличении концентрации вредных веществ, наступает массовая гибель моллюсков-фильтраторов, их численность и, соответственно, суммарная фильтрующая деятельность катастрофически падают. Это ведет к нарастанию загрязненности, подавлению множества других видов, требовательных к чистоте воды. Экосистема упрощается и переходит на другой, относительно стационарный уровень с менее благоприятным балансом поступления и удаления вредных примесей.
Восстановление такой экосистемы требует уже не только значительного снижения вредных сбросов, но и очень больших затрат на ее реконструкцию или многих десятков, а то и сотен лет на самовосстановление в процессе вторичной сукцессии - последовательного восстановления групп видов, приспособленных к более чистой воде и способных более эффективно ее очищать.
Антропогенные загрязнения вод различны по объемам и степени вредности для человека и экосистем. Значительную часть их составляют стоки промышленных предприятий. В них содержатся и минеральные частицы, и растворимые неорганические соединения, и органические вещества. Многие из них, синтезируемые в химических производствах, никогда не встречались в природе и не входят в циклы естественного обмена элементов.
Большая часть загрязнения пресных и морских вод нефтью и нефтепродуктами связана с транспортом. Особую опасность представляют ядохимикаты, в изобилии применяемые в сельском хозяйстве для защиты растений. Распыленные на больших площадях, эти вещества попадают на почву, смываются дождевыми водами и проникают в подземные водоносные горизонты, в реки и озера, нанося большой вред состоянию экосистем и здоровью людей.
Процессы искусственного очищения вод должны быть спланированы на основе знаний о свойствах загрязнителей и реакций на них гидробионтов, т.е. необходимо отслеживание по ряду пунктов:
1. Слежение за динамикой загрязнения вод.
2. Разработка предложений по предотвращению загрязнений.
3. Прогноз и рекомендации очистительных мероприятий. Мониторинг состояния гидросферы должен включать:
а) мониторинг самоочистительной способности водной сферы (пруд, озеро, река и т.д.);
б) мониторинг окружающей преобразованной среды (гидротехнические сооружения, стоки промышленных предприятий);
в) мониторинг антропосферы (население побережий), его демографическая и санитарно-гигиеническая оценка.
Мониторинг может быть локальным, региональным, глобальным.
Для надежной оценки антропогенного фактора, влияющего на качество воды, параллельно с загрязненными водами изучаются незагрязненные. Поэтому для фоновых наблюдений создаются пункты на участках водоемов и водотоков с наименьшей (для сходных гидрологических условий) антропогенной нагрузкой. Измерения на незагрязненных участках позволяют не только определять общие фоновые характеристики качества вод, но и учитывать те изменения, которые обусловлены антропогенным фактором.
В последние годы разработаны автоматизированные системы управления водоохранными комплексами (АСУ ВК). Автоматические станции или мониторы производят отбор проб воды и измерения с помощью блока датчиков, обработку и передачу информации.
Контроль за состоянием водных объектов осуществляется по физическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям и производится рядом организаций, относящихся к различным министерствам. Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ОС) следит за количественными и качественными показателями поверхностных вод и их изменением под влиянием деятельности человека.
Центр санитарно-эпидемиологического надзора контролирует водоемы и воду, используемые для питьевого водоснабжения, лечебно-оздоровительных целей. Рыбохозяйственная инспекция осуществляет надзор за водоемами, имеющими рыбохозяйственное значение. На управление по геологии и использованию недр возложены функции контроля за использованием подземных вод и охраны их от истощения и загрязнения. Комитет по водному хозяйству следит за водоиспользованием и водопотреблением.
Размещение створов наблюдений на водном объекте осуществляется с учетом гидрологического режима объектов, гидродинамических условий, определяющих процесс разбавления сточных вод.
Однако главными и основными в оценке загрязнений остаются все же биологические методы: биоиндикация и биотестирование. Они и должны составлять основу мониторинговых схем.