Сборник XVII симпозиума Том II_2013 - Научно

СЕКЦИЯ 18. ГЕОЭКОЛОГИЯ, ОХРАНА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ГЕОЭКОЛОГИИ.
631
ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСШИХ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ (ВВР)
ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД
Г.Г. Хайруллина
Научный руководитель доцент Э.М. Зайнутдинова
Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа, Россия
Катастрофически увеличивается количество различных водоемов, основных и малых рек, где качество
воды оценивается как неудовлетворительное практически для всех видов пользования. Наибольший вред
приносят рекам и природным водоемам различного рода стоки, т.к. в них попадают как отходы производств, так
и недоочищенные, хлорированные и т.п. стоки, из-за чего происходит эвтрофирование этих рек и водоемов.
Такие бассейны практически становятся мертвыми [9]. Проблема обработки стоков актуальна во многих местах,
где на относительно малых площадях сконцентрировано большое количество требуемых очистки вод различного
происхождения.
Из наиболее распространенных способов доочистки поверхностных стоков является выдерживание их в
биологических прудах-отстойниках, в которых концентрация загрязнителей в течение того или иного периода
времени снижается до требуемых норм за счет естественного процесса самоочищения, который осуществляется
микроорганизмами, водорослями, беспозвоночными организмами и высшими водными растениями (ВВР).
Способность высших водных растений удалять из воды загрязняющие вещества - биогенные элементы
(азот, фосфор, калий, кальций, магний, марганец, серу), тяжелые металлы (кадмий, медь, свинец, цинк), фенолы,
сульфаты - и уменьшать ее загрязненность нефтепродуктами, синтетическими поверхностно-активными
веществами, что контролируется такими показателями органического загрязнения среды, как биологическое
потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК), позволила использовать их в
практике очистки производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод и поверхностного стока [10].
Водные растения в водоемах выполняют следующие основные функции [6]:
1) фильтрационную (способствуют оседанию взвешенных веществ);
2) поглотительную (поглощение биогенных элементов и некоторых органических веществ);
3) накопительную (способность накапливать некоторые металлы и органические вещества, которые
трудно разлагаются);
4) окислительную (в процессе фотосинтеза вода обогащается кислородом);
5) детоксикационную (растения способны накапливать токсичные вещества и преобразовывать их в
нетоксичные).
Растения способны извлекать из воды многие жизненно важные для них элементы и органические
соединения и этим снижать степень эвтрофирования водоемов [1]. Кроме растворенных в воде веществ водные
растения способны включать в свой метаболизм некоторое количество осевших на. Их поверхности
органических и минеральных взвесей. Часть их трансформируется в растительных тканях и аккумулируется в
надводных и подземных органах водных растений. По данным 1 га густых зарослей тростника может
аккумулировать в своей биомассе до 6 т различных минеральных веществ, в том числе калия - 860 кг, азота - 170
кг, фосфора - 120 кг, натрия - 450 кг, серы - 280 кг, кремния - 3700 кг. По другим данным [4], тот же тростник при
урожае 44 т/га (сухого вещества) аккумулирует в своей массе до 670 кг азота, 280 кг фосфора, 420 кг калия, 200
кг кальция, 400 кг хлора и многие другие вещества. Погруженные растения на 1 кг сухой массы аккумулируют в
среднем 50 г азота, 3 г фосфора и 45 г калия [7].
Концентрация химических элементов в тканях растений находится в зависимости от их содержания в
грунтах и воде [6]. Водные растения извлекают из воды не только необходимые им биогенные элементы, но и
соединения тяжелых металлов, синтетические поверхностно-активные вещества и многое другое.
Поглощение растениями минеральных веществ характеризуется видовой специфичностью и может
достигать довольно существенных величин. Наибольшая аккумулирующая способность тяжелых металлов
отмечена у погруженных растений, среди которых по интенсивности накопления выделяются харовые
водоросли, элодея, роголистник, рдесты, уруть. По данным, погруженные растения накапливают тяжелые
металлы в 10 раз интенсивнее водно-воздушных. Некоторые растения аккумулируют эти соединения
избирательно. Так, ряска накапливает достаточно много бора, харовые водоросли - медь, тростник - ртуть.
Интенсивность поглощения токсичных соединений зависит от времени года и развития растений; наибольшее
содержание элементов наблюдается в период их интенсивного роста, а наименьшее - осенью [8].
Тяжелые металлы представляют особую опасность в связи с их возможным движением по пищевым
цепям в водоеме. В наибольшей концентрации тяжелые металлы обнаруживаются в скелете (костях) рыб, в
несколько меньшей - во внутренних органах, и наименьшее их количество приходится на единицу массы
мышечных тканей рыб. Высокое содержание ряда тяжелых металлов в мышечной массе рыб авторы связывают с
близостью расположения к акватории индустриальных, сельскохозяйственных и других источников загрязнения.
Сооружения для биологической (биохимической) очистки сточных вод могут быть разделены на два
основных типа:
1) сооружения, в которых биологическая очистка осуществляется в условиях, близких к естественным
(поля фильтрации и биологические пруды). Сточная жидкость очищается на них довольно медленно за счет
запаса кислорода в почве и в воде биологических прудов, а также вследствие жизнедеятельности
микроорганизмов-минерализаторов, окисляющих попадающие в почву и воду органические загрязнения;
632
ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР
2) сооружения, в которых очистка сточных вод осуществляется в искусственно созданных условиях
(биологические фильтры и аэротенки). В этих сооружениях искусственно создаются условия, при которых
процессы очистки сточных вод идут значительно интенсивнее.
Очищенную сточную воду для обезвреживания и уничтожения оставшихся болезнетворных
микроорганизмов перед спуском в водоем следует дезинфицировать. Так как требования к степени очистки
сточных вод повышаются, их подвергают доочистке. Для этой цели применяют двух- и многослойные песчаные
фильтры, контактные осветлители, микрофильтры. Для доочистки используют также биологические пруды,
заполненные ВВР[3].
Анализ материалов по способности растений к накоплению тяжелых металлов показывает, что часть
водных растений не способна длительно существовать при наличии тяжелых металлов в водной среде.
Поскольку такие тяжелые металлы как железо, цинк, марганец и медь являются биоэлементами, то многие
водные растения способны накапливать их большие количества, многократно превышающие их концентрации в
воде. В процессе эволюции растения- аккумуляторы сформировали специальные механизмы устойчивости к
тяжелым металлам, такие как способность аккумулировать токсичные элементы в метаболически инертных
органах и органеллах, способность включать их в хелаты - вещества, образующие с металлом комплексные соли,
в которых металл закреплен по всем валентностям и находится внутри молекулы, вследствие чего, возможность
его вступления в реакцию резко снижается. Хелатирование металлов является одним из важных механизмов
детоксикации тяжелых металлов и осуществляется с помощью аминокислот, органических кислот и двух классов
пептидов: фитохелатинов и металлотионеинов. Эти механизмы позволяют осуществлять перевод токсичной
формы тяжелого металла в физиологически безопасную [2].
Проведенные исследования [2] позволили составить ряд молярной токсичности металлов для водных
растений, которая зависит от химических особенностей каждого металла и от деталей его биохимического
цикла:Ртуть>Медь>Кадмий>Железо>Хром>Цинк>Кобальт>Марганец. Порядок расположения металлов в ряду
слева направо отражает увеличение молярного, количества металла, необходимого для проявления эффекта
токсичности, т.е. смертности водных организмов. Минимальная молярная величина относится к металлу с
наибольшей токсичностью. Таким образом, к наиболее опасным элементам относятся ртуть, медь, серебро и
кадмий, к наименее опасным -марганец.
В силу своей простоты метод очистки сточных вод при помощи высших водных растений с высокой
степенью эффективности применим на различного рода объектах промышленных и хозяйственно-бытового
происхождения, на водоемах, озерах, прудах, зонах отдыха и т.п. Таким образом использование высших водных
растений для очистки сточных вод является одним из актуальных в настоящее время методов.
Литература
Бреховских В.Ф. и другие. Особенности накопления тяжелых металлов в донных отложениях и высшей водной
растительности заливов Иваньковского водохранилища. // Водные ресурсы, 2001. – Т. 28. – №4. – С. 441-447
2. Воробьев В.И., Шкодин Н.В. Биогеохимическая ситуация и применение микроудобрений в нерестов выростных
хозяйствах дельты Волги. // Роль микроэлементов в жизни водоемов. – М.: Наука, 1980. – С.75-106.
3. Гигевич Г.С., Власов Б.П., Вынаев Г.В. Высшие водные растения Белоруссии. – Минск: БГУ, 2001. – 290 с.
4. Гигевич Г.С., Жуховичцкая А.Л. Экспериментальное изучение поглощения биогенов высшими водными
растениями / Г.С. Гигевич, А.Л. Жуховичцкая, М.П. Оношко, В.А. Генералова // Прикладная лимнология:
Сборник научных статей. – Минск: БГУ, 2000. – 108с.
5. Гриценко А.И., Акопова Г.С. Экология. Нефть и газ. – М.: Наука, 1997. – 598 с.
6. Калайда, М.Л. Аккумулирование загрязняющих веществ водными растениями и возможности утилизации
растительной массы / М.Л. Калайда, С.Д. Борисова // Бутлеровские сообщения, 2010. – Т.21. – №9. – С.33-39.
7. Панин М.С., Свидерский А.К. Аккумуляция меди, цинка, кадмия, хрома макрофитами реки Иртыш // Водные
биологические ресурсы, 2001. – №3. – С.67.
8. Перевозников М.А. Методические указания по очистке искусственными сорбентами рыбного сырья,
загрязненного тяжелыми металлами. – Спб.: ГосНИОРХ, 1997. – 25с
9. Тимофеева С.С. Биотехнология обезвреживания сточных вод // Хим. и технол. воды, 1995. – 17. – № 5. – С.
525-532.
10. Фомина Е. С., Трошина Е. А.. Влияние высшей водной растительности на доочистку сточных вод. // Сборник
статей III межвузовской конференции "Современные проблемы экологии. – Житомир, 2006.
1.
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ И ВЫНОСА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С БОЛОТ
ЮЖНО-ТАЕЖНОЙ ПОДЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Ю.А. Харанжевская
Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа Россельхозакадемии, г. Томск, Россия
Хозяйственное освоение болот и заболоченных территорий Западной Сибири становится всё
масштабнее и сопровождается строительством городов и вахтовых посёлков, дорог, магистральных и сборных
трубопроводов, вырубкой лесов, что зачастую приводит к деградации земель и загрязнению водных ресурсов.
Главной проблемой таких территорий является отсутствие грамотных подходов к оценке состояния и
определении интенсивности антропогенной нагрузки. Проблема встает особенно остро на участках нефте- газо- и
торфодобычи при разработке проектов рекультивации. Поэтому в условиях высокой заболоченности
исследуемой территории особую важность приобретают региональные исследования химического состава
болотных вод, которые призваны обеспечить достаточный объём информации для оценки экологического