Гидробиологический контроль сточных вод

     Аннотация  

     Предложенная  курсовая работа содержит описание методов  очистки, гидробиологического контроля сточных вод и результаты их применения на практике.

     Всего в работе содержится 35 страниц текста, включая 2 таблицы и 18 литературных источников. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание  

     Введение  

     Вода - ценнейший природный ресурс. Она  играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных [17].

     Для многих живых существ она служит средой обитания.

     Рост  городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

     Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км³. При этом  70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве [18].

     Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно - бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод [11].

     Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы. На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

     Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения [15].

     Основными источниками загрязнения и засорения  водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых,  воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов, сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы  первичной обработки льна, пестициды и т.д.

     Загрязняющие  вещества, попадая в природные  водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.

     Производственные  сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

     К первой группе относятся сточные  воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

     Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и  др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются  органолептические показатели воды [6].

     Рост  населения, расширение старых и возникновение  новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек  и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое  применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества [3].

     В зависимости от происхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества и возбудители различных инфекционных заболеваний. Водохозяйственные системы городов и промышленных предприятий оснащены современными комплексами самотечных и напорных трубопроводов и других специальных сооружений, реализующих отведение,  очистку, обезвреживание и использование воды и образующихся осадков. Такие комплексы называются водоотводящей системой [1].

     Цель  работы:

     Изучить методы гидробиологического контроля сточных вод.

     Поставленная  цель требует решения следующих  задач:

1. Изучить методы контроля фитопланктона;
2. Изучить методы контроля зоопланктона в сточных водах;
3. Изучить способы мониторинга бактериопланктона;
4. Изучить индексы видового разнообразия.

     Объект  исследования -  цех переработки органических и неорганических соединений производства капролактама, ОАО «КуйбышевАзот».

     Для исследования использовались методики проведения анализов и технологический регламент цеха. Для подготовки теоретического материала были использованы литературные источники, содержащие рекомендации по проведению гидробиологического контроля на очистных сооружениях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глава 1. Методы биоиндикации 

     Оценка  качества воды водоемов и водотоков может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это характеристика состояния водной экосистемы по растительному и животному населению водоема [7].

     Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Рекогносцировочная оценка степени загрязнения водоема по составу гидробионтов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения [4].

     Планктон - совокупность гидробионтов, не способных  активно передвигаться или медленно передвигающихся, но не противостоящих токам воды.

     Фитопланктон - важнейший компонент водных систем, активно участвует в формировании качества воды и является чутким показателем состояния водных экосистем и водоема в целом.

     Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов  исследования, необходимо отметить, что  биоиндикация предусматривает выявление  уже состоявшегося или происходящего  загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае в случае далеко идущих изменений. Таким образом, видовой, видовой состав гидробионтов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

     В холодное время года системы биологической индикации в гидробиологии вообще не могут быть применены.

     Биоиндикация - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ.

     Биотестирование - использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест - объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов [14].

     Наиболее  полно методы биотестирования разработаны  для гидробионтов и позволяет использовать их для оценки токсичности загрязнений природных вод, контроля токсичности сточных вод, экспресс - анализа в санитарно-гигиенических целях, для проведения химических анализов в лабораторных целях и решения целого ряда других задач.

     В зависимости от целей и задач  токсикологического биотестирования  в качестве тест - объектов применяются  различные организмы: высшие и низшие растения, бактерии, водоросли, водные и наземные беспозвоночные и другие.

     При сбросе в водоем токсических веществ, содержащихся в промышленных сточных водах, происходит угнетение и обеднение фитопланктона. При обогащении водоемов биогенными веществами, содержащимися, например, в бытовых стоках, значительно повышается продуктивность фитопланктона. При перегрузке водоемов биогенами возникает бурное развитие планктонных водорослей, окрашивающих воду в зеленый, сине-зеленый, золотистый, бурый или красный цвета ("цветение "воды). "Цветение" воды наступает при наличии благоприятных внешних условий для развития одного, редко двух-трех видов. При разложении избыточной биомассы, выделяется сероводород или другие токсичные вещества. Это может приводить к гибели зооценозов водоема и делает воду непригодной для питья. Многие планктонные водоросли в процессе жизнедеятельности нередко выделяют токсичные вещества. Увеличение в водоемах содержания биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождаемые чрезмерным развитием фитопланктона, называют антропогенным эвтрофированием водоемов [9]. 

1. Биоиндикаторы

     Хорошим биоиндикатором является водоросль  Ностак сливовидный. Наличие этого  вида говорит о чистой воде. Первый признак тревоги - измельчение и  нарушение правильной округлой формы  изумрудных "шаров" этой водоросли.

     Бурное  развитие других сине-зеленых водорослей, например, осциллятории - хороший индикатор опасного загрязнения воды органическими соединениями.

     Лучший  индикатор опасных загрязнений - прибрежное обрастание, располагающиеся  на поверхностных предметах у  кромки воды. В чистых водоемах эти  обрастания ярко-зеленого цвета или имеют буроватый оттенок. Для загрязненных водоемов характерны белые хлопьевидные образования. При избытке в воде органических веществ и повышения общей минерализации обрастания приобретают сине-зеленый цвет, так как состоят в основном из сине-зеленых водорослей. При плохой с избытками сернистых соединений могут сопровождаться хлопьевидными налетами нитчатых серобактерий - теотриксов.

     Хорошие результаты дает анализ бентосных (придонных) беспозвоночных. Оценка чистоты водоемов делается по преобладанию, либо отсутствию тех или иных таксонов [13].

2. Фитопланктон

     Животные  и растения, обитающие в водоемах, в результате обмена веществ оказывают  сильное влияние на состояние  водоема и свойств воды.

     Фитопланктон  наиболее распространенная и хорошо изученная из всех экологических групп водорослей. Состав фитопланктона имеет большую видовую насыщенность. Анализ видового состава, обилия и количественного развития видов фитопланктона входят во все программы экологического мониторинга водоемов.

     Изучение фитопланктона водоемов производится путем сбора проб на установленных станциях.

     Для определения видового состава фитопланктона  из пробы на предметное стекло наносится  капля материала, закрывается покровным  стеклом и анализируется под  микроскопом. Идентификация видов осуществляется с помощью определителя.

     Сине-зеленые  водоросли - прокариотические организмы, встречаются повсеместно и могут  обитать в таких экстремальных  биотопах, как горячие источники  и каменистые пустыни. Некоторые  виды сине-зеленых водорослей могут вызвать токсичное "цветение" в эвтрофированных метообитаниях, представляющие опасность для человека и домашнего скота.

     Диатомовые  водоросли - микроскопические организмы, встречаются во всех видах вод. Образуют основную массу состава продуцентов в водоеме, они являются началом пищевой цепи. Их поедают беспозвоночные животные, некоторые рыбы и молодь. Массовое развитие некоторых диатомовых водорослей может иметь и отрицательные последствия (влияют на качество воды, вызывают гибель личинок рыб, забивая им жабры). Многие диатомеи можно использовать как индикаторы качества воды водоема.

     Зеленые водоросли - один из самых обширных отделов водорослей, в котором  имеются все известные у водорослей структуры, кроме амебоидной и тканевой.

     Эвгленовые  водоросли - Распространены исключительно в пресных водоемах, богаты органическими веществами, в клетках содержит многочисленные кроваво-красные гранулы. Пи массовом развитии эти виды образуют на поверхности воды налет: красный - на солнечном свету, зеленый в тени или после захода солнца, некоторые виды вызывают "цветение" воды, окрашивая ее в коричневый цвет.

     Золотистые  водоросли - преимущественно пресноводные водоросли, чаще всего встречаются  в чистых водоемах. Обычно они развиваются  в холодное время года.

     Криптофитовые водоросли - наиболее обширные порядок  криптомонодальные включает водоросли, распространенные в пресных водах  и морях. Среди бесцветных криптомонадовых  наиболее известен часто встречающийся  в загнивающей воде род Хиломонас.

     Динофитовые водоросли - существуют в пресных водах и в морях. Среди них существуют паразиты которые уничтожают личинок устриц, есть виды вырабатывающие яд, смертельный для рыб. Кроме, того разлагаясь после своего массового развития, так называемых "красных приливов" , они могут отравлять воду на многие километры вредными продуктами распада, взывая замор рыбы и других водных животных.

     Желто-зеленые  водоросли - большинство видов пресноводные, широко распространены в различных  местообитаниях [14]. 
 

3. Зоопланктон

     Совокупность  животных, населяющих толщу морских и континентальных водоемов и не способных противостоять переносу течениями. Зоопланктонное сообщество, как и другое сообщество водной экосистемы, характеризуется относительным постоянством видового состава, динамической устойчивостью, определенной присущей ему организацией. Изменение условий существования организмов отражается на видовом составе, количественных показателях, соотношении отдельных токсономических групп. Таким образом, заапланктон может служить хорошим показателем условий среды и качества воды водоемов.

     Все разнообразие методов сбора зоопланктона сводится к двум вариантам:

• методы, представляющие комбинацию водозачерпывания и одновременного отделения планктона от воды в самом водоеме, что осуществляется с помощью планктонных сетей и планктоночерпателей;
• методы, представляющие комбинацию раздельного водозачерпывания и последующего отделения планктона от воды, что осуществляется или с помощью фильтрации, доставленной на поверхность воды через сетку, или посредством отстаивания [13].

     Глава 2. Гидробиологический анализ сточных вод 

     Гидробиологический  анализ сточных вод осуществляется в несколько этапов.

     Сначала проводят визуальное исследование ила  в стеклянном цилиндре.

     Необходимо  оценить общие свойства активного  ила - скорость оседания хлопка ила (оседает он быстро или медленно, общей массой или с разделением хлопка), нет ли вспухания. Нормальный цвет ила - буро-коричневый. Зеленый цвет ила указывает на развитие сине-зеленых водорослей при поступлении токсичных сточных вод. Голодающий ил приобретает белесовый цвет. Нормальный запах ила - болотный. В зависимости от состава сточных вод запах ила может быть нефтяным, фенольным и др. [8]. 

     2.1 Отбор проб и контроль фитопланктона 

     Посуду  для отбора проб тщательно моют синтетическим моющим средством, промывают водопроводной водой, обрабатывают хромовой смесью, далее промывают водопроводной водой, а затем 3-4 раза дистиллированной водой.

     Счетные камеры, предметные и покровные стекла перед употреблением необходимо обезжирить, для этого можно использовать следующий способ:

     Стекла  погружают в хромовую смесь на 2-3 суток, затем тщательно промывают  водопроводной водой, ополаскивают дистиллированной водой, сушат. Храят  в сухом виде или в этиловом спирте.

     Стекла  после иммерсионного масла на 3-5 суток погружают в концентрированный раствор кальцинированной соды, затем тщательно промывают водопроводной водой, ополаскивают дистиллированной водой и 96 % этиловым спиртом.

     Новые покровные стекла, перед использованием, обрабатывают смесью Никифорова - равные части этилового спирта и эфира, такой же смесью следует регулярно обрабатывать открытые оптические части микроскопа. Перед употреблением покровные и предметные стекла вытирают мягким полотенцем [12].

     Гидробиолог очистных сооружений производит микроскопирование ила не реже 1 раза в декаду. Во время поступления на очистку токсичных сточных вод, или при нарушениях технологического режима, требуется более регулярное и тщательное гидробиологическое наблюдение. В этом случае анализ проводится 2- 3 раза в декаду или ежедневно [10].

     Пробы для гидробиологического анализа  отбираются отдельно из каждого узла сооружении биологической очистки. Чтобы знать, как протекает процесс  очистки в целом, необходимо провести отбор проб в нужном месте. Из аэротенков-вытеснителей отбирать пробу надо в конце аэротенка на расстоянии 0,5-1,5 м, или в сборных каналах аэротенков перед поступлением на отстаивание во вторичные отстойники. Из аэротенков-смесителей пробы также отбираются в сборных каналах. Следует отбирать пробы в местах интенсивного перемешивания иловой смеси. При необходимости более подробного обследования анализируется каждый узел биологической части очистных сооружений. Возвратный ил для анализа отбирают в местах, где ил поступает в регенераторы (камеры, каналы) для смешивания. В регенераторе ил отбирается на расстоянии 0,5-1,5 м от конца регенератора [12].

     Отбор проб для гидробиологического  анализа активного  ила

     Иловую  смесь набирают в стеклянную бутыль объемом 3 литра. При отборе проб измеряют температуру анализируемой смеси. Отобранная проба снабжается этикеткой, на которой указывается дата, место отбора. Бутыль не закупоривают и немедленно доставляют в лабораторию. Анализы следует проводить после того, как температура ила сравняется с температурой помещения. Если невозможно провести анализ в указанный срок, пробы активного ила охлаждают до 4°С и хранят не более 24 часов после отбора при температуре 4°С. Консервация проб не допускается. Все гидрохимические и гидробиологические показатели определяются в одной пробе, содержимое бутыли тщательно перемешивается и разливается следующим образом:

     1 л - в литровый мерный цилиндр,  для определения дозы ила по  объему;

     1,5 л - в стеклянную посуду для  отстаивания и определения прозрачности надиловой воды;

     100 мл - в цилиндр объемом 100 мл для определения дозы ила по массе;

     100 мл - в стакан для гидробиологического  анализа [16].

     Техника микроскопирования

     При микроскопировании активного ила  определяют функциональное состояние  организмов, особенно индикаторных, подсчитывают организмы тем или иным методом количественного учета, классифицируют их по индикаторным группам, затем определяют тип биоценоза, его характерные особенности. Для исследования микроорганизмов активного ила с помощью микроскопирования, используется метод "живой" капли под покровным стеклом. При рассматривании внутреннего строения организмов можно их обездвижить с помощью этанола (1-2 капли у покровного стекла) или водного раствора формалина 4-10%. Для наркоза коловраток используют 1% водный раствор сульфата никеля, можно добавить каплю глицерина. При исследовании простейших можно использовать медицинский препарат тизерцин - 10% водный, он хорошо наркотизирует и не разрушает организмы [12]. 

     Первый  метод

     Определение относительной численности организмов по пятибалльной шкале. 

     Таблица 1. Условные баллы встречаемости  организмов

     Определение относительной численности организмов по девятибалльной шкале. 

     Таблица 2. Условные баллы встречаемости организмов