ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 1, с. 97-103
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 574.24
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ СТОЧНЫХ ВОД КРУПНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ
© 2007 г. С. А. Кондратьев
Институт водных проблем Российской академии наук 119991 Москва ГСП-1, ул. Губкина, 3 Поступила в редакцию 28.07.2005 г.
Дана оценка токсичности сточных вод двух промышленных предприятий Кольского п-ова методом биотестирования. На основании результатов модельных опытов установлено, что основную опасность для гидробионтов в сточных водах Ковдорского горно-обогатительного комбината представляют ионы Мп, а в сточных водах комбината "Североникель" - ионы Си и №. Результаты экспериментальных работ доказали необходимость более эффективной очистки сточных вод предприятий.
Антропогенная нагрузка на водоемы Кольского п-ова достаточно велика. Они используются как источники технического и питьевого водоснабжения, приемники и утилизаторы сточных вод, а так же для выработки электроэнергии, охлаждения агрегатов АЭС и в интересах рыбного хозяйства и рекреации [4].
Получение информации о наличии и характере загрязнения, поступающего со стоками различных производств, является важным звеном в совокупности мероприятий по охране водных ресурсов. Для принятия адекватных каждому отдельному случаю мер по очистке воды необходимо располагать сведениями о степени токсичности сточных вод.
Биологические методы, характеризующие качество воды как среды обитания гидробионтов, позволяют дать интегральную оценку влияния комплекса ингредиентов и факторов на водное население [3, 6].
Цель работы - проведение сравнительной оценки физико-химического состава, выявление приоритетных загрязнителей, определение токсичности методом биотестирования сточных вод комбинатов "Ковдорский" и "Североникель". Биотестирование - процесс оценки токсичности среды с использованием тест-объектов, в данном случае рачков вида Daphnia magna, который отличаются высокой чувствительностью к ядам различной природы, и хорошей повторяемостью результатов в опытах. Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкое признание во всем мире и все чаще используется наряду с методами аналитической химии [5].
Ковдорский горно-обогатительный комбинат (ГОК) относится к предприятиям черной металлургии. На территории комбината осуществляется сброс шахтных, коллекторно-дренажных и других производственных сточных вод в бассейн р. Ковдоры. В 2001 г. было сброшено 50.4 млн. м3 сточных вод, в том числе загрязненных недостаточно очищенных 43.2; загрязненных, сбрасываемых без очистки - 2.7; нормативночистых, не требующих очистки 2.9; нормативноочищенных 4.6 млн. м3.
Комбинат "Североникель" - предприятие цветной металлургии. Сброс загрязненных, недостаточно очищенных сточных вод в оз. Нюдъявр составил 15.47 и загрязненных, сбрасываемых без очистки в руч. Пентландитовый, 0.8 млн. м3 [1].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Поставленные задачи решались путем проведения сравнительных исследований качественного состава сточных вод и постановки модельных опытов с важнейшими загрязняющими веществами. Метод основан на определении смертности особей дафний под воздействием токсичных веществ, входящих в состав сточных вод. Критерием токсичности является гибель >50% дафний за 96 ч, или заметное снижение их плодовитости по сравнению с контролем.
При проведении модельных опытов придерживались принципа единственного различия: варианты различались только по концентрации токсичных веществ, в то время как все остальные факторы оставались неизменными.
Таблица 1. Изменение числа дафний в пробах воды (контрольной и сточной) в разные временные интервалы t, ч. 1, 2, 3 - повторность опытов, п - среднее значение
Временны е Контроль Ковдорский ГОК "Североникель"
интервалы 1 2 3 n 1 2 3 n 1 2 3 n
1 10 10 10 10 10 9 9 9.33 8 7 7 7.33
6 10 10 10 10 9 8 8 8.33 7 6 6 6.33
24 10 9 10 9.67 7 8 7 7.33 5 5 4 4.67
48 10 9 10 9.67 7 6 6 6.33 4 4 3 3.67
72 10 9 10 9.67 6 5 5 5.33 2 2 2 2
96 10 9 10 9.67 5 4 5 4.67 1 0 1 0.67
В ходе исследования было проведено три опыта: опыт со сточными водами комбинатов и модельные опыты с различными концентрациями ионов Mn в одном случае и ионов Cu и Ni в другом.
Полученные данные сравнивались с контрольным опытом - аквариумной водой. Все опыты повторялись троекратно для увеличения степени достоверности результатов.
Дафнии содержались в химических стаканах емкостью один литр, с соблюдением всех необходимых условий их содержания: постоянной температуры 18-22°С, которая поддерживалась при помощи нагревательных приборов; освещении лампами дневного света химических стаканов с культурой дафнии в течение 12-14 ч. Первоначальная плотность культуры составляла 10 особей на литр воды, затем их число увеличилось до 25-30. В течение 7 сут происходила адаптация дафний к лабораторным условиям существования, каждые сутки в стаканы добавлялась вода. В качестве корма использовались зеленые водоросли Chlorella и хлебопекарные дрожжи.
В химические стаканы емкостью 250 мл, содержащие 200 мл исследуемой воды, поместили по 10 дафний (односуточных, третьего поколения). Наблюдения проводили в течение 4 сут для определения острой токсичности. Подсчет количества дафний проводили в следующих временных интервалах: 1, 6, 24, 48, 72, 96 ч (табл. 1). На основании полученных данных была вычислена смертность дафний по отношению к контролю. Вычисления велись по формуле:
A = 100-
100Ж
C '
(1)
где А - смертность по отношению к контролю, выраженная в процентах; N - среднее число дафний в химическом стакане, содержащем пробы
сточных вод комбинатов; С - среднее число дафний, находящихся в химическом стакане с контрольной водой.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Перед началом эксперимента была проведена оценка содержания химических элементов в сточных водах комбинатов по данным [2]. На их основе были вычислены среднегодовые значения концентрации химических веществ в сточных водах комбинатов за последний год (табл. 2). Анализ приведенных данных показывает, что сточные воды комбината "Североникель" по сравнению со сточными водами Ковдорского ГОК обладают большей прозрачностью и характеризуются более высоким содержанием N во всех соединениях; ионов С1 (значение не превышает предельно до-спустимой концентрации (ПДК)), сульфат-ионов, ионов №, Си и Fe (превышают ПДК). В сточных водах Ковдорского ГОК концентрации ионов Мп и № выше ПДК. Содержание ионов Са в сточных водах обоих комбинатов приблизительно одинаково. Сточные воды "Североникеля" характеризуются несколько большим значением рН. Таким образом, основным загрязняющим элементом сточных вод Ковдорского ГОК являются ионы Мп, а сточных вод комбината "Североникель" - ионы Си и №.
В ходе первого опыта определялась степень влияния основных загрязняющих веществ сточных вод двух комбинатов методом биотестирования. Результаты вычислений по формуле (1), приведены в табл. 3. Были получены линии аппроксимации кривых, а также уравнения этих линий (рис. 1), отражающих смертность дафний в образцах сточной воды комбината "Североникель"
у = 0.68х + 29.7 (2)
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ сточных вод
99
г, ч
Рис. 1. Смертность дафний. 1 - в сточных водах Ковдорского ГОК , 2 - "Североникель".
и Ковдорского ГОК
у = 0.4645х + 10.066, (3)
где у - количество дафний, % первоначального, х -время, ч.
Коэффициент детерминации для регрессий средних значений количества тест-организмов в опытах со сточной водой Ковдорского ГОК и "Североникеля" R2 = 0.990217.
Уравнения (2) и (3) позволяют вычислить количество дафний в процентном отношении к первоначальному, которое погибнет в сточных водах того или другого комбината через определенный промежуток времени. По этим уравнениям рассчитывается показатель LK50, который является критерием наличия или отсутствия острой токсичности. На основании расчетов можно заключить, что воды обоих производств токсичны. При этом, воды комбината "Североникель" представляют большую экологическую опасность, гибель 50% дафний (по сравнению с контролем), наступает здесь при экспозиции >30 ч, в то время как гибель такого же числа дафний в сточных водах Ковдорского ГОК достигается за ~96 ч.
В состав исследуемых сточных вод входит большое количество химических соединений, так или иначе влияющих на гидробионтов. Из них можно выделить несколько особо опасных, таких как Мп, Си, №.
Проведенные опыты позволяют определить степень влияния этих веществ на гидробионтов. В ходе второго опыта определялась степень влияния воды, содержащей повышенную концентрацию ионов Мп методом биотестирования по следующей схеме: концентрация ионов Мп увеличивалась в контрольной воде поэтапно на 0.5; 1; 2; 5 ПДК.
В табл. 4 отражено соотношение смертности дафний в ходе эксперимента с водой, содержа-
щей различные концентрации ионов Мп по отношению к контролю. На основе полученных данных были построены графики зависимости смертности дафний от времени (рис. 2), внесе-
Таблица 2. Среднегодовое содержание химических элементов в сточных водах комбинатов, мг/л, (ХПК - химическое потребление кислорода, БПК5 (20) - биохимическое потребление кислорода за 5 (20) сут, прочерк - показатель не определялся или отсутствовал)
Показатели ПДК Ковдор-ский ГОК "Североникель"
Прозрачность* - 20 30
N
аммонийный 0.5 0.085 0.32
нитратный 9.1 0.038 0.27
нитритный 0.02 0.0015 0.0095
ХПК - 18.275 33.1375
БПК5 - 2.8 2.275
БПК20 - 5.77 2.4
Хлорид-ион 300 5.7 232.25
Сульфат-ион - 149 1202
Fe общее 0.1 0.045 0.23
Жесткость общая** - 3.15 2.24
Са-ион 180 24.85 22.74
М^-ион 40 24.33 13.45
Фосфаты 2.0 1.75 0.0125
Нефтепродукты - 0.018 0.019
Мп2+ 0.01 0.43 0.17
Си2+ 0.001 0.001 0.04
N1 0.01 0.005 0.48
Zn 0.01 0.0007 -
* - см. ** - мг-экв/л.
%
t, ч
Рис. 2. Смертность дафний в воде с различной концентрацией ионов Мп. 1-4 - 5, 10, 20, 50 мкг/л соответственно.
ны линии аппроксимации и получены их урав- вает концентрация Мп (линии 2 и 3), при нения (табл. 5). На рис. 2 показано, что наибо- концентрации Мп 0.5 ПДК (линия 1) токсиче-лее выраженный токсиче
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.