VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Введение	3
Глава I. ИСТОРИЯ И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ВОДЫ	4
Краткая история мониторинга качества воды	4
Виды и структура мониторинга качества воды	6
Показатели качества воды	8
Глава II. БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ: ЗАЧЕМ И ПОЧЕМУ?	9
2.1. Невский рак	13
2.1.1. Зачем нужны раки?	13
2.1.2. Как работают раки?	13
2.1.3. Особые требования	14
2.1.4. Как раку устроиться на работу?	14
2.2. Австралийский рак	15
2.3. Дополнительный контроль	16
2.3.1. Моллюски и рыбки, в очередь!	16
2.3.2.Улитки - «сотрудники» Водоканала	17
2.3.3.Как устроено «рабочее место» улитки?	18
Глава III. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОТЕСТА: БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ КАЧЕСТВА ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАКОВ	18
Заключение	20
Литература	21
Приложение	1

ВВЕДЕНИЕ

Контроль качества воды всегда является актуальной задачей. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) ежегодно в мире из-за низкого качества воды умирает около 5 млн. человек. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год. Это даёт основание назвать проблему водоснабжения доброкачественной водой в достаточном количестве одной из главных проблем человечества.

Более того, в мировой практике доступность и качество питьевой воды являются одной из главных составляющих в оценке экологического благополучия любого региона.

Качество воды в нашей стране постоянно контролируется различными службами. Биологический мониторинг наряду с химическим играет в этом процессе немаловажную роль.

Резкие изменения качества воды могут отслеживаться путем наблюдения за поведением водных обитателей в специальных условиях - установках биосигнализации, которые дают моментальную информацию о малейших изменениях в составе воды и дает возможность оперативно реагировать в случае необходимости.

Воздействие длительного загрязнения отслеживается с помощью растений и животных в их естественной среде обитания. Для долгосрочного мониторинга используют искусственные вещества, погруженные в воду.

Использование биомониторинга совместно с химическим анализом является наиболее эффективным и объективно отражает ситуацию с качеством воды на водном объекте.

Объект исследования – качество водопроводной воды, пригодной к употреблению человеком.

Предмет исследования –биологический мониторинг качества воды.

Цель исследования- научно обосновать и экспериментально проверить качество водопроводной воды, пригодной к употреблению человеком посредством биологического мониторинга качества воды.

В соответствии с объектом, предметом и целью исследования выдвинута следующая гипотеза: мониторинг качества воды будет более точным, если будет доказана эффективность и целесообразность использования живых организмов (биологический мониторинг) как составной его части.

Исходя из поставленной цели, определения объекта и предмета, а также выдвинутой гипотезы определены задачи исследования:

• Изучить необходимые для достижения цели исследования подходы, понятийный аппарат, принципы и методы, определяющие теоретическую и прикладную базу исследования.

• Установить связь биологического мониторинга качества воды с повышением его эффективности.

• Смоделировать биотест для доказательства эффективности биологического мониторинга качества воды.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

• теоретические методы: изучение и анализ научной литературы по теме исследования; обобщение, сравнение, моделирование;

• эмпирические методы: наблюдение, качественный анализ результатов исследования.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем составляет 24 страниц.

Ключевые термины: биологический мониторинг, биотест, мониторинг, химические вещества, контроль качества воды

Глава I. ИСТОРИЯ И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ВОДЫ

Первая глава рассматривает историю и общие вопросы, связанные с мониторингом качества воды, раскрывает его структуру и виды, а также вводит понятие «биологического мониторинга» качества воды.

• Краткая история мониторинга качества воды

Жизнь человека во все времена была тесно связана с водой. Водные объекты, в особенности реки, способствовали возникновению древнейших очагов культуры в Месопотамии, Египте, Индии, Китае, на Армянском нагорье, в Центральной и Южной Америке. Возраст некоторых гидротехнических сооружений – оросительных и судоходных каналов, дамб и водохранилищ – около 8000 лет!

В то время, когда на территории современной Финляндии и Карелии еще кое-где таяли остатки льдов последнего периода оледенения, а река Нева на тот момент не успела образоваться, в Египте уже велись простейшие гидрологические наблюдения – на скалах в 400 км выше Асуана отмечали уровни воды во время разлива Нила.

Древние выполняли грандиозные, даже по современным масштабам, гидротехнические работы. Они сводились в основном к осушению болотистых заливных земель по берегам рек (Нил, междуречье Тигра и Евфрата, Инд, Хуанхэ), возведению дамб, созданию систем орошения.

Все эти виды работ требовали от древних строителей данных наблюдений за уровнем водных объектов и их режимом, состоянием и уровнем подземных вод; наблюдений за состоянием атмосферы [рис.1-2].

Рис.1 Карта водных ресурсов Древнего Египта

Рис.2. Карта водных ресурсов Ассирии

Уникальные гидротехнические сооружения были построены во время расцвета Римской империи. При правлении императора Нервы в Риме насчитывалось около 2мл жителей. Ежедневно по трубопроводам подавалось до 1 млрд. литров воды. В сутки на одного жителя приходилось 500 л. Эта величина характерна для современных городов с миллионным населением.

Отдельные части канализационной системы города, построенной в то же время, использовались вплоть до конца XIX в.

Важным рубежом можно считать конец XVII в., когда на основании экспериментальных измерений и расчетов осадков, стока и испарения впервые были установлены количественные соотношения фаз круговорота воды.

Как видно из истории, уже на ранних этапах развития цивилизации и культуры люди научились измерять важнейшие характеристики окружающей среды. Примером первых измерительных устройств могут служить «Нило- меры», применявшиеся для регистрации уровней воды на реке Нил; дождемеры, известные древнегреческим ученым, и даже древнейшие обсерватории (приливы) на территории Евразии и Северной Африки.

Важным рубежом в истории изучения окружающей среды можно считать эпоху Ренессанса, когда появились первые достаточно точные измерительные приборы (термометр Галилея, ртутный барометр Торричелли). Эпоха Ренессанса - время первых экспериментальных измерений и расчетов осадков, стока и испарения и начало регулярных наблюдений за погодой и климатом, в том числе и в России.

В XIX и особенно в XX в. благодаря ряду важных разработок в области ITстала возможной обработка данных в почти реальном масштабе времени и появилась возможность всестороннего исследования окружающей среды и прогнозирования природных явлений.

Идея глобального мониторинга появилась в 1971 г. на Стокгольмской конференциипо окружающей среде (1972г.)[5]. Первые предложения по разработке такой системы были выдвинуты Научным комитетом по проблемам окружающей среды. Первая концепция мониторинга была предложена профессором Р. Мэнном[1].В российской науке теоретические аспекты проблемы представлены концепциямиИ. П. Герасимова и концепцией Ю. А. Израэля[3].

Практическим применением наблюдений может служить использование с глубокой древности растений и животных как индикаторов для отыскания

пресных вод – метод наблюдения, именуемый теперь биологическим мониторингом.

• Виды и структура мониторинга качества воды

Мониторинг – это система контроля, оценки и прогноза качества окружающей природной среды, включающая наблюдения за воздействием на человека.

Мониторинг качества воды–комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений качества пресных водоемов, позволяющая выделить изменения их состояния и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной (человеческой) деятельности[4].

Рис.3. Блок-схема системы мониторинга

В современной науке выделяют глобальный, национальный, региональный, локальный и импактный мониторинги.

Глобальный(биосферный или базовый) мониторинг осуществляется на основе международного сотрудничества и позволяет оценить современное состояние всей природной системы Земли в целом. В настоящее время создана глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) с центром в Канаде[9].

Задачами программы ГСМОС (Вода) является следующее: мониторинг распространения и трансформации загрязняющих веществ в водной среде; оповещение о серьезном нарушении состояния водных объектов; напоминание правительствам о необходимости принятия мероприятий по охране, восстановлению и улучшению окружающей среды.

Программа ГСМОС (Вода) включает 7 основных пунктов: создание всемирной сети станций мониторинга; разработка единой методики отбора и анализа проб воды; осуществление контроля за точностью данных; использование современных систем хранения и распространения информации; организация повышения квалификации для специалистов; подготовка методических справочников; обеспечение необходимым оборудованием.

Национальный мониторинг осуществляется в пределах государства. В нашей стране его осуществляет Общегосударственная служба наблюдений и контроля состояния окружающей среды (ОГСНК), состоящая из нескольких уровней: станций наблюдения, осуществляющих наблюдения, обработку и обобщение данных; территориальных и региональных центров, осуществляющих обобщения, анализ материалов, составление местных прогнозов и оценку состояния окружающей среды по своей территории; Гидрометцентра и других центров.

Помимо ОГСНК мониторинг осуществляет ряд служб и ведомств, которые разрабатывают собой систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны, данные регистрации водопользователей и учета использования вод. Основная задача – обеспечение народного хозяйства необходимыми данными о водных ресурсах, водных объектах, режиме, качестве и использовании природных вод, а также водопользователях.

Региональный мониторинг осуществляется за счет станций в регионах, куда поступает информация в пределах крупных районов, подверженных интенсивному хозяйственному освоению человеком.

Для проведения мониторинга вод суши организуется постоянная сеть пунктов наблюдений за естественным составом и загрязнением поверхностных вод, специализированная сеть пунктов для решения научно-исследовательских задач или временная экспедиционная сеть пунктов.

Локальный мониторинг представляет собой наблюдения за водной и воздушной средой различных зон города, промышленных и сельскохозяйственных районов и отдельных предприятий.

Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ.

• Показатели качества воды

Современный мониторинг качества воды имеет две типичные задачи:

• ежедневный мониторинг и контроль качества воды;

• контроль после чрезвычайных ситуаций (усиленный контроль).

Ежедневный контроль качества подразумевает мониторинг по основным параметрам качества воды в обычном режиме. Усиленный контроль включает в себя проведение анализов по более широкому спектру параметров и быстрого принятия мер реагирования.

Обычно исследования проводятся так: берутся пробы воды, далее, проводятся соответствующие анализы на содержание в воде различных веществ и бактерий. Данные обрабатываются, и на основе полученных результатов делается вывод о качестве воды. Обработка может проводиться как вручную, так и в автоматическом режиме.

Можно выделить три группы показателей качества воды: физические ;химические; бактериологические.

К физическим параметрам относятся такие показатели как температура, мутность, цвет, запах, привкус воды.

Одним из важных химических показателей качества воды является содержание в ней фтора. Так, при его концентрации 2-8 мг/л возможны разные заболевания кожи. При концентрации 1,4 - 1,6 мг/л развивается кариес зубов.

Другим показателем качества является концентрация железа. Избыток придает воде красно-коричневую окраску, ухудшает ее вкус, вызывает отложение осадка в трубопроводах и их засорение. Избыток увеличивает риск инфарктов и заболеваний печени.

Кроме описанных выше параметров, также исследуются наличие в воде марганца, свинца, сероводородов и загрязненность воды нефтепродуктами.

Степень бактериологической загрязненности воды определяется числом бактерий, содержащихся в 1³см воды и должен быть до 100. Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные сточными и дождевыми водами, животными и т.д. Для оценки загрязненности воды бактериями определяют содержание в ней кишечной палочки.

Необходимо отметить, что качество воды можно контролировать более чем по 180 показателям.

Рассмотрим следующую структуру данных, отображающих качество питьевой воды

Рис. 4. Нормативы показателей качества воды

На рисунке 4 показана таблица, в которой перечислены рассматриваемые в данном примере показатели качества воды вместе с их нормативами. На рисунке 5 показана таблица содержащая данные за 100 дней.

Рис. 5. Таблица данных о качестве воды

Кроме исследуемых параметров качества данная таблица содержит 2 переменные: дата измерения и район, в котором брались пробы воды. Таблица отсортирована сначала по району, затем по дате. Все данные в таблице смоделированы.

ГЛАВА II. БИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ: ЗАЧЕМ И ПОЧЕМУ?

Вторая глава раскрывает сущность биологического мониторинга, доказывает его необходимость и чрезвычайную значимость в процессе контроля качества воды.

Мониторинг качества воды – это анализ влияния природных и человеческих факторов на состояние водных источников и окружающей среды в целом. Результаты мониторинга позволяют выявить причины изменения состояния окружающей природной среды и, на основе этой информации, осуществить контроль над ситуацией.

Мониторинг качества сточных вод требуется для соблюдения местных норм по сбросу сточных вод в окружающую среду промышленными или иными предприятиями, а также для улучшения работы канализационных сетей, станций очистки и снижения текущих материальных затрат.

Как уже отмечалось в I главе, оценка качества воды химическими методами осуществляется путем постоянного отбора проб воды для анализа на контрольной точке. Технически возможно использование системы постоянного контроля за некоторыми компонентами (содержание кислорода, кислотность, общее содержание солей, а также наиболее распространенные тяжелые металлы и органические соединения). Но такая система контроля не всегда дает истинное представление о состоянии водного объекта.

Использование системы биологического мониторинга дает представление о качестве воды в целом. Критерии выбора биологических организмов (тест-организмов) для мониторинга качества воды:

• быстрый ответ;• надежность (ошибка

Код для цитирования: Скопировать