Качество воды на водопроводных станциях «оценивают» невские раки. Однако, оптимальная температура воды для них не должна превышать 22-23оС. Но так как летом температура сточной воды может достигать 26-30оС, то для использования биоиндикаторов качества очищенных сточных вод на ЮЗОС необходимо было подобрать более теплолюбивый вид раков. С учетом ряда особенностей и был выбран краснопалыйавстралийский рак.
Этот вид устойчив к температурному диапазону от 18 до 31оС. Родом он из рек северозапада и севера Австралии. Его отличительная черта - сине-зеленоватая окраска с желтыми крапинками. Примечательным признаком самцов является находящееся на нижней поверхности красное пятно. Средняя длина особи - 18 см. Живут они 4-5 лет, достигая в длину 40 см и веса 650 г. Для кормления раков 2 раза в неделю используют мотыля и корма для креветок.
Стоит заметить, что работа у австралийских раков - сезонная. Когда температура сточной воды понижается, их сменяют аборигенные для средней полосы России узкопалые невские раки - те, для которых прохладная вода - наиболее привычная среда обитания.
* Дополнительный контроль
Раки - не единственные животные-биоиндикаторы, работающие в петербургском Водоканале.
2.5 Моллюски и рыбки, в очередь!
По соседству с ними трудятся рыбки семейства карасевых для получения более точной реакции на изменения качества воды. За этими экспертами круглые сутки следит видеокамера и постоянно фиксирует их движение. Если рыбка начнет себя странно вести - заляжет на дно, для специалистов это будет сигналом, что происходит неладное. 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 только на пользу человеку. Ученые говорят, что неплохо бы доукомплектовать существующие станции биомониторинга системой «маслс-монитор» (от английского mussel - двустворчатый морской моллюск мидия). Возможно, со временем на станциях биомониторинга появятся эти новые сотрудники - двустворчатые моллюски анодонты. Ученые считают, что эти жители Невы тоже хорошо справятся с работой биоиндикаторов. При малейшем загрязнении моллюски захлопывают створки.
2.6 Улитки - «сотрудники» Водоканала
Гигантские африканские улитки ахатины - эксперты по качеству не воды, а воздуха. Они весьма чувствительны к загрязнению атмосферы.
Именно поэтому с начала 2011 года улиток взяли на работу на завод по сжиганию илового осадка на Юго-Западных очистных сооружениях. Работают они так же, как и раки: к их раковинам прикреплены датчики, которые регистрируют сердечный ритм. На Юго-Западных очистных сооружениях с начала 2011 года приступили к работе гигантские африканские улитки (брюхоногие моллюски Ahatina).
Задача улиток - «следить» за состоянием воздуха в районе завода по сжиганию осадка сточных вод на Юго-Западных очистных сооружениях. Улитки дышат воздухом с примесью дыма, выходящего из трубы завода. К их раковинам прикреплены оптоволоконные датчики сердцебиения и поведения (двигательной активности), благодаря которым с помощью специального программного обеспечения система в автоматическом режиме оценивает функциональное состояние животных, то есть их «самочувствие».
В воздухе в мизерных дозах могут находиться соединения - продукты сжигания. На каждый из них делать специальные датчики нерентабельно, к тому же концентрация соединений настолько низкая, что не всякий прибор способен их уловить. Для контроля хронической токсичности воздуха ученые Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН предложили использовать улиток. Улитки имеют легкие и, как и люди, дышат воздухом. К тому же у них есть раковина, к которой можно прикреплять датчики, не влияя на процесс их жизнедеятельности. Большой плюс заключается и в том, что эти животные в меру подвижны.
Раки реагируют на резкое изменение условий в среде обитания, а созданная на основе улиток система контроля степени загрязненности воздуха может реагировать на изменения, происходящие в воздухе. Также изучается влияние на здоровье улиток, связанное с вредным воздействием загрязняющих веществ.
2.7 Как устроено «рабочее место» улитки?
Улитка сидит на мячике, который плавает на поверхности воды. К раковине животного прикреплены датчики, фиксирующие сердцебиение и двигательную активность. Перед мячиком установлена кормушка, в которой пища появляется примерно раз в неделю. Кормят улиток листьями салата, огурцами, иногда дают лакомство - арбуз. Все улитки находятся в открытой емкости (коробке), куда подается смесь воздуха и очищенного дыма ЗСО. Важно заметить, что улитки не живут непосредственно в трубе, где дышат ее «выхлопами» - для них дым разбавляется от 1000 до 10 000 раз чистым воздухом. Так достигается примерно та концентрация, которая имеет место на границе санитарно-защитной зоны завода.
Биоэлектронная система в автоматическом режиме следит за состоянием улиток, главным образом - за режимом сердцебиения и подвижностью в рамках суточного цикла. Наблюдение за сердцебиением ведется оптическим способом, наблюдается динамика рассеяния света, которая меняется в такт с биением сердца. Система фиксирует изменение частоты сердечных сокращений (ЧСС). Если улитки станут хуже себя чувствовать - а это будет понятно по измерениям (иные показатели ЧСС и двигательной активности) - система в автоматическом режиме обнаружит это, после чего специалисты станут выяснять причины.
Сотрудникам пришлось постараться, чтобы создать улиткам максимально благоприятные условия. Во-первых, было важно так закрепить датчик на раковине, чтобы улитки не ощущали никакого давления и дискомфорта.
Созданный механизм крепления напоминает механизм дверной петли - отклонение влево-вправо жестко фиксируется, а вертикальных усилий, которые удерживают раковину, нет никаких. Во-вторых, благодаря мячику нет сопротивления качению, и улитка может ползти. Еще одно из важных условий существования улитки в природе, которое пришлось обеспечить ученым здесь, - это интенсивное увлажнение. Пока увлажняют животных по системе капельницы - вода капает на них сверху.
ГЛАВА III. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОТЕСТА: БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ КАЧЕСТВА ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАКОВ
В третьей главе смоделирован биотест «биологический мониторинг качества водопроводной воды с использованием раков». Доказана эффективность данного метода мониторинга качества воды.
Все большее число химических веществ, находящихся в использовании в широком спектре областей, а также угрожающих водным системам, разлив химических веществ является заботой человечества.
Исследование водопроводной воды на наличие вредных химических веществ, или биотест, - это тест на принудительное усвоение вредных веществ живыми организмами, фиксируемое в эксперименте.
В данной работе для проведения моделирования биотеста «биологический мониторинг качества водопроводной воды» были взяты раки в качестве тест-организмов.
При проведении эксперимента мы сосредоточились на использовании поведения раков для обнаружения загрязнения воды вредными веществами. Раки, как было обосновано во II главе, являются идеальными тест-организмами для выявления вредных химических веществ в водопроводной воде.
Изменение поведения раков является ценной конечной точкой для немедленной оценки наличия токсических веществ в воде.
В основу эксперимента положено утверждение, что когда раки подвергаются воздействию вредных веществ, содержащихся в ней, они показывают изменение поведения. В процессе биотеста был рассмотрен вопрос об изменении поведения раков как способ контроля качества воды.
Таким образом, анализ такого аномального поведения раков является ценным для мониторинга качества пресной воды в краткосрочный период.
Ход эксперимента (биотеста):
В ходе исследования рака помещают в сосуд с водопроводной водой. К сосуду подключены датчики.
Предполагается, что в первой части эксперимента в сосуде содержание вредных веществ в водопроводной воде не превышает нормативные показатели. Рак ведет себя спокойно, датчики горят зеленым светом. Подтверждается тот факт, что качество водопроводной воды в сосуде соответствует нормативным показателям. Такая вода не является вредной для использования человеком.
На втором этапе в воду добавляется краска, меняется цвет воды, что моделирует ситуацию загрязнения воды в сосуде. Содержание вредных веществ в такой водопроводной воде выше нормы, что было смоделировано с помощью подкрашивания воды. Поведение рака изменяется. Он начинает дергать лапками (в реальном эксперименте с помощью датчиков у него бы фиксировалось повышение давления). Датчики загораются красным цветом. Данное поведение говорит о том, что рак подвергается влиянию вредных веществ, содержащихся в воде.
Следовательно, необходима дальнейшая ее очистка.
Таким образом, результат моделирования биотеста «биологический мониторинг качества водопроводной воды с использованием раков» достаточно убедительно демонстрирует, что данный метод не является высокозатратным. Он позволяет организовать мониторинг качества воды в любых масштабах: будь то целый материк, город или небольшое предприятие. При этом можно наблюдать как за конкретными показателями качества воды, так и за их совокупностью.
К сожалению, биологический мониторинг качества воды не используется в ОАО «Нижегородский Водоканал» г. Нижнего Новгорода. Возможно, данные технологии найдут свое применение в нашем городе в ближайшем будущем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Биологический мониторинг качества воды является составной частью экологического мониторинга - слежение за состоянием окружающей среды по физическим и биологическим показателям.
В задачи биологического мониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов. Лучше других отработана система биологического мониторинга водной среды.
Для большинства методов требуются квалифицированные специалисты в определении видов живых организмов.
Изучение состояния интересующей наспроблемы показало, что в настоящее время метод биологического мониторинга качества воды эффективно используется в разных странах, в том числе и в России в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга».
Однако, биологический мониторинга качества воды не имеет общепризнанной системы биологического анализа и нет единых требований, которым он должен. Данный метод используется в качестве дополнительно для получения более надежного результата.