Введение к работе
Актуальность тены. Антропогенное загрязнение поверхностных водоемов, многие из которых являются источниками хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, ухудшает условия санитарного водопользования, создает угрозу для здоровья населения. Это определяет необходимость изучения и прогнозирования качества водных объектов с целью научной разработки мероприятий по оптимизации условий водопользования и снижении отрицательного воздействия водного фактора на здоровье населения.
При изучении загрязнения водных объектов установлено, что им свойственны определенные закономерности, основными из которых являются: I) неравномерность загрязнения водоемов на территории страны; 2) периодически возникающие аварийные ситуации, сопровождающиеся массовыми выбросами; 3) формирование устойчивых областей загрязнения, обусловленных постоянным поступлением в водные объекты промышленных, сельско-хозяйственных и бытовых сточных вод (Г.Н.Красовс-кий,Н.А.Егорова, 1991). В связи с этим возникает задача по определению предельных антропогенных нагрузок на водные экосистемы с учетом их региональных особенностей. Для ее решения необходимы сведения о способности водных объектов к самоочищению и о механизмах, управляющих этими процессами. Такая оценка может быть дана как с помощью экспериментального определения влияния загрязняющих веществ на водные экосистемы в натурных и лабораторных условиях, так и путем использования расчетных методов определения аколого-токсикологических характеристик этих веществ.
Одним из важнейших экологических, нормируемых в гигиенической практике показателей качества воды является .полное биохимическое потребление кислорода (БПКд). Для индивидуальных веществ, а также для их смесей величина БПК_ устанавливаеся экспериментально. Однако
-3-фактичесие воаыожноотн вкопгршгштааышго определения ВПК- значительно ниже потенциальной ивобіодшюотя, поскольку около 53500 хикачес-кшс соединений признаны потанапально огксеыкя для человека, флоры я фауны (Ильин и др.,1990).Поэтому разработка научных основ прогнозирования величин ЕПКд, а также поиска простых в иядйжнит критериев количественной опенки биохимического самоочищення водных объектов, является актуальной.
Цель в вадачи исследования. Целью данной работы является исследование закономерностей биохимического потребления кислорода при воздействии вредных веществ для определения мощности биохимического самоочищения водных объектов и последущеа экологической опенки санитарно-гигиенического качества воды источников хозяйственно-питьевого назначения. В соответствии с этап были поставлены и регены сладувщке задачи:
-
Выявить факторы (антропогенные, природные), оказывайте наибольшее влияние на процесс биохимического потребления кислорода.
-
Установить количественные соотнохжния между структурой химических веществ и биохимический потреблением кислорода в лабораторных и натурных условиях.
-
Обосновать способ прогнозирования величин полного бнохимачеокого потребления кислорода при воздействии вредных веществ.
-
Разработать экспресс—способ количественной оценки мощности биохимического саиоочЕцвнва: водных объектов в присутствии легкоокнсля-ешх органических соединений для вколого-гягиеначеской оценки токсической нагрузки на водные объекты, в том числе на источники питьевого водоснабжения.
Научная новззна. На основе проведенных исследований с модальными и натурными пробный воды были получены сведущие новые научные результаты:
обоснована классзфгаацяя водних объектов по мощности биохимического самоочищения для вколого-гигиенической оценка токсической нагрузки на водные объекты;
выявлены количественные соотношения ывзэду биохимический потреблением кислорода и реакцией среды (рН), количеством микроорганизмов, химической природой вредных нзорг2нческях и органических веществ;
установлено наличие "перелома" (экстремальной точка) в гомологической ряду н-еппртов при расходовании кислорода на их окисление ыпкро-органисиаігз;
показано наличие аддитивности биохимического потребления кислорода при совместной воздействии на микроорганизмы нескольких вредных веществ, состоящих из втоиов углерода, водорода кислорода;
выявлен информативный дескриптор (стандартная теплота сгорания) для построения математических моделей биохимическое потребление кислорода - структура вредных веществ. Показана высокая прогностическая модность соотБетствупцпх линейных однопараметрических уравнении для модельных и природных вод при взашюдзйствип органических соединений, содержащих атомы углерода, кислорода и водорода. Установлен вероятностный характер биохимического потребления кислорода в зависимости от числа микроорганизмов и продолжительности инкубации проб воды.
Практическое значение. Полученные результаты послужили основой для разработки экспресс-способа количественной оценки мощности биохимического сшяючив-еная водных объектов, который может быть использован для санитврпо-гягиошрпзской оценки антропогенных изменений природных ресурсоз водных зкосиотеы, а такие дли целей гигиенического мониторинга. Этот способ нвэел практическое применение при оценке мощности биохимического СЕІЮОЧВ23ЄПИЯ различных водных объектов (Ладожское озарои его осковше притока) при разработке текы "Исследование закономерностей функционирования и тенденций икяшэвня экосистемы
-5-Ладожского озера" в Институте озероведения РАН.
Положения, выносшше на защиту. I. Полное биохимическое потребление кислорода в водных экосистемах при воздействии С,Н,0-содерзащих вредных веществ зависит от их стандартных теплот сгорания, что позволяет проводить надежное прогнозирование величин ВПК, обеспечивающее санитарно-гигиеническую оценку качества воды источников хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
2.Принцип аддитивности биохимического потребления кислорода при воздействии смеси легко окисляемых вредных веществ. 3.Экспресс-способ количественной оценки мощности биохимического самоочищения водных объектов для эколого-гигиенической оценки токсической нагрузки по биохимическому потреблению кислорода.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
Всесоюзной конференции молодых ученых по проблемам современной лимнологии (Ленинград,1989); Международной конференции "Освоение Севера и проблема рекультивации"(Сыктывкар,!991); Международном симпозиуме "Теория и практика комплексных экологических экспертиз" (С.Петербург, 1993); Ежегодной конференции Института токсикологии МЗ России "Проблемы аналитического контроля органических экотоксикантов"(С.Петербург, 1993); Симпозиума "Экологическое состояние рыбохозяйственных водоемов бассейна Балтийского моря"(С.Петербург,1993)Международном совещании "Биотест: настоящее и будущее"(Москва,1993);1 Международном симпозиуме "Экологические проблемы Ладожского озера" (С.Петербург,1993); Семинаре в Институте биологии внутренних вод им.И.Д.Па-панина РАН (п.Борок,1993); Заседании токсикологического общества (С.Петербург,1993); Семинарах лабораторий водной экотоксикологии и гидрогеохимии Института озероведения РАН ^.Петербург I99I-I993);
ЕІездунарадноЗ кон^зрепцяз "Analytical Chemestry and Applied Spectro--scopy", РГХТСаН 94 (Чнкаго, 1994).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоят из введения, семи глав, заплзчевпя, выводов, списка литература ( 202 наиыеповапия, из них 33 зврубеавых) н прзгогзшхЗ. Объен диссертация 216 страниц, включая 72 таблицы и 3 рисунка.