Экологические и санитарно-гигиенические последствия эвтрофирования вод

  ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ                                                        ПОСЛЕДСТВИЯ ЭВТРОФИРОВАНИЯ ВОД. 

Проблема биогенного насыщения вод приобретает глобальный характер из-за негативных последствий  его появления. Для всестороннего изучения этого процесса, выявления особенностей его развития в континентальных (поверхностных и подземных), морских и океанических водах по программам Международной комиссии по эвтрофироданию ведутся систематические наблюдения, проводятся регулярные обследования рек, озер, водохранилищ, морских акваторий. Например, в США, Канаде и странах Западной Европы проведена инвентаризация водных объектов по уровню трофности. Установлено, что в контексте повышения биологический продуктивности водоемов эвтрофирование можно рассматривать до определенных пределов как положительный процесс. Важно объективно оценить пределы безопасного присутствия биогенных элементов в водоеме.

  По трофности  различают 5 типов водоемов, которые  можно расположить по возрастанию  этого показателя в следующем порядке:

1)дистрофные (dys — нарушение) — с плохо развитой  растительностью и высоким содержанием  гумусовых кислот;

2)олиготрофные (oligos — мало) — с низкой продуктивностью  (глубокие озера) {рис. 10.11);

3)мезотрофные  (mesos — средний) — с оптимальным состоянием в теплый период гола;

4)эвтрофные (ev —хорошо, усиленно) — с высоким  поступлением биогенов (рис. 10.12);

5)пшертрофные  (gyper — чрезмерное превышение  нормы) — с катастрофически  высоким поступлением биогенов.

Наиболее распространенным проявлением эвтрофирования водоемов является цветение воды. Оно свойственно всем гипертрофным водоемам и обусловлено массовым развитием синезеленых -водорослей. Этот процесс как явное последствие эвтрофирования вод интенсивно изучается гидробиологами, гидрохимиками, токсикологами, альгологами.

  Как последствие  звтрофирования вод вероятна полная утрата водоемом хозяйственного и биогеоценотического значения.

Процессы эвтрофирования стимулируют возникновение ряда специфических заболеваний. Например, у рыбаков после повышенной физической нагрузки и переохлаждения отмечают болезнь, которая характеризуется следующими симптомами: появляется острая мышечная боль; затрудняется дыхание; моча становится бурого цвета из-за распада мышечной ткани и выведения почками гемоглобина; поражаются нервная и кровеносная системы, внутренние органы; в итоге развивается паралич диафрагмы и межреберных мышц, что приводит к летальному исходу.

Изучение причин возникновения и развития этого  заболевания показало, что оно  связано с массовым развитием в водоемах сине-зеленых водорослей. Дело в том, что эти водоросли, особенно М. aeruginosa, обладают активной ти-амнназоп, которую они выделяют в среду обитания. При нахождении в воде большого количества волорослей (0,6..5мг/л) активность тнамнназы в организме рыб повышается. Разложение тиамина приводит к гиповитаминозу, а затем и авитаминозу В.. Использование в пишу такой рыбы вызывает от-раатение и ведет к хроническому гиповитаминозу. При высокой мышечной нагрузке и переохлаждении возрастает потребность в тиамине и кислороде, что обусловливает развитие острого авитаминоза В,. Сильный авитаминоз приводит к летальному исходу, слабый — к нарушению функций желудочно-кишечного тракта и к аллергии. Токсины спнезеленых водорослей отнесены к высокотоксичным природным соединениям, которые действуют на центральную нервную систему, а также нарушают углеводный и белковый обмен.

  Токсичное  действие вод эвтрофированного  водоема может быть также обусловлено  накоплением нитратов и нитритов. В период активной жизнедеятельности и после отмирания водоросли пополняют водоем значительным количеством азотсодержащих веществ, в том числе и биологически активных аминов,которые. взаимодействуя с нитратами и нитритами, могут . образовывать высококанцерогенные нитрозоамины. В летние месяцы биопродуктивность фитопланктона в прибрежных зонах некоторых водохранилищ может достигать 5 кг/м3. На участках сгона водорослевой массы создаются анаэробные условия, при которых в волу экстрагируется значительное количество различных аминов. Этот процесс усугубляется нарушением самоочищения из-за возникновения резкого дефицита кислорода, связанного с оседанием отмирающих колоний водорослей. При усилении анаэробного обмена в глубинной зоне водоема образуются метан, аммиак, сероводород.

  Ведущую роль в процессе образования нитрозоаминов (играют бактерии и их ферменты, и чем выше ферментативная активность микрофлоры, тем с большей   скоростью осуществляется этот процесс.

  В целом  нитрозоамины считаются устойчивыми  соединениями, поэтому при водопользовании и водопотреблении контролируют их концентрацию в соответствии с утвержденными ПДК.Величины допустимой антропогенной нагрузки  водоемов биогенными веществами в существенной степени зависят от естественных условий, в которых находится данный водный объект.Так, результаты исследования фотохимического разложения нитрозоаминов при искусственном и солнечном освежении показали,  что на этот процесс могут влиять присутствие кислорода и рН воды. При оптимальных условиях полупериод разложения этих соединений в некоторых водоемах может сократиться до одного дня, в то время как полупериод их гидролитического разложения составляет 3... 11 лет, а биологического — от 15 мес до 7 лет.

Вследствие высокой  динамичности процессов э атрофирован  л я усложняется процесс установления эвтрофного статуса водного объекта. Одним из простых способов оценки этого показателя является соответствие фактической концентрации биогенных веществ предельно допустимым.

  Согласно  единым критериям качества воды, в странах Восточной Европы для поверхностных вод первого класса, используемых для водоснабжения пищевой промышленности, коммунального хозяйства, разведения ценных пород рыб, предельно допустимое содержание аммонийного азота составляет 0.1 мг/л. нитратного— 1. общих фосфатов — 0,005 мг/л. Регламентирование биогенного насыщения вод в зависимости от развития процессов эвтрофнро-вания является сложно» задачей, поскольку существенную роль играет воздействие дополнительных факторов, таких, как проточность воды, условия ее аэрирования и т. д. Экологические нормативы по неорганическому азоту, используемые исследователями США, составляют от 0,03 до 0,1 мг/л; в Германии ПДК для нитратов в питьевой воде — 50 мг/л. а в воде для грудных детей — не более 10 мг/л. Во избежание усиленного роста водорослей концентрация азота и фосфора в водоемах Англии ограничена значениями от 0,3 до 0,01 мг/л. В проточных водах допускаются несколько более высокие ПДК.

Роль процессов  биологического самоочищения учитывают  при обосновании экологических  критериев. Так, по результатам многолетних исследований водохранилищ Днепровского каскада для сохранения экосистем предложены следующие предельные концентрации: азота —0,4...1,8 мг/л, фосфора — 0,03... 0,1 мг/л.

Следующим фактором риска при использовании эвтрофированных водоемов является изменение природных условий обитания возбудителей и переносчиков некоторых заболеваний (шис-тосоматоз, описторхоз, трипаносомоз), а также создание благоприятных условий для развития промежуточных форм возбудителей и переносчиков паразитарных болезнен. Общеизвестно, что вода может являться фактором передачи возбудителей многих бактериальных и вирусных болезней. При эвтрофирова-шш пресноводных и морских водоемов значение данного фактора возрастает, поскольку при этом меняются микробные ценозы и генетические свойства возбудителей инфекционных болезней лгодеИ Среди различных заболевании, передающихся водным путем, особое значение имеет группа кишечных инфекций бактериальной и вирусной этиологии. Для этой группы инфекций отмечено опасное увеличение фактора риска заболеваемости при эвтрофиро-ваннн поверхностных вод.

Вода эвтрофированных  водоемов становится опасной не только для человека и животных при прямом использовании @ необработанном виде (купание, водопой животных, рыбоводство и  др.), но и для водопроводных сетей. Во время нормальной работы водопроводных станций масса водорослей в очищенной воде составляет не более 0,08 мг/л. В период интенсивного развития водорослей в водоеме их масса в водопроводной воде может превышать 2 мг/л. Синезе-леные водоросли обладают низкой способностью к коагуляции, в результате образуются мельчайшие, плохо оседающие хлопья. Для удаления большей части водорослей используют микрофильт-ры, что позволяет удержать до SO % клеток синезеленых водорослей, но при гораздо меньшей скорости фильтрования, т.е. снижается производительность во-лоподготовки. Однако применяемые методы не позволяют избавиться от биологически активных вешесгв, обладающих токсичностью- Для снижения содержания в питьевой воде токсичных продуктов обмена фитопланктона применяют очистку активированным углем, озонирование, коагуляцию повышенными дозами коагулянтов.

  Установлено,  что фитопланктон эвтрофированных  водоемов опасен не только  в период развития и активной  жизнедеятельности, но также при  старении и после гибели. По литературным данным, максимальная токсичность воды достигается после разрушения клеток водорослей. Этот факт имеет большое практическое значение с гигиенической и экологической точек зрения. Если токсичность воды обусловлена попаданием в нее токсинов из разрушенных клеток и не связана с водорослевым детритом и клетками, то это обстоятельство следует учитывать при разработке мероприятий, препятствовавших потреблению токсикантов человеком, а также при проведении во-лоподготопптельных мероприятии. Наиболее важно установить период максимального поступления токсинов а волу. Однако если процесс цветения можно наблюдать визуально и оценивать, используя несложную пнетр^меп-гальную базу, то определение токсичности этого процесса требует применения достаточно сложных методов анализа. При этом следует учитывать, что проявление максимальной токсичности зависит от конкретных условий, сложившихся в водоеме.

   Токсины,  образующиеся в результате жизнедеятельности  и постлетального разложения  биомассы синезеленых водорослей, относятся к полнпептидам, обладающим высокой биологической активностью по отношению как к теплокровным организмам, так и к отдельным гилробионтам. включая микроорганизмы. Наличие в питьевой воде даже небольшого количества токсинов этих волорослей приводит к возникновению патологических изменений в организме человека и животных. Ачьготоксины оказывают влияние на многие органы и системы; степень его проявления зависит от индивидуальной чувствительности: обычно наиболее выражены изменения, происходящие в нервной системе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ  ИСТОЧНИКИ БИОГЕННОЙ  НАГРУЗКИ. 

Основные гидрологические  изменения в различных природных  комплексах произошли в исторически  обозримом прошлом под влиянием расширения земледельческих площадей, что явилось мошны м фактором формирования современного агроланлшафта.

6 целом все  водные бассейны, особенно бассейны  крупных рек, — это территории  высокой антропогенной нагрузки. На 20'о площади суши нашей планеты  проживает 90% населения и развиваются все наиболее водоемкие отрасли хозяйственной деятельности. Плошали водосбора малых водных объектов являются основной территориальной базой развития агропромышленного комплекса. Это место проживания ОД °1 сельского населения Российской Федерации: здесь сформировались прпролио-^грариыс системы, что сопровождалось превращением части лесов и степей в поля, пастбища, сенокосы, сады, ягодники и плантации, которые функционируют, испытывая воздействие всех факторов интенсификации сельскохозяйственного производства.

В контексте  воздействия на водные ресурсы современный  аграрный сектор — это не только богарное и орошаемое земледелие, осушительные и обводнительные мелиорации, но и стойловое (промышленное) и пастбищное животноводство, агротехнические и  агрохимические приемы земледелия, сфера технического и энергетического обеспечения сельскохозяйственного производства, агролесомелиоративные мероприятия и т. д. Многие исследователи признают, что интенсивно развивающееся сельское хозяйство — это наиболее активный источник поступления биогенных элементов.

  Вывод Международной  комиссии по эвтрофированию водоемов о том, что рассредоточенные источники играют более важную роль в загрязнении водных объектов биогенными элементами, чем городские сточные волы, подтверждают результаты, полученные в разных странах. Так, в Швейцарии более 70 % азота и 50 % фосфора поступает п водоемы с сельскохозяйственных полей: в США обнаружены высокие концентрации азота (10 мг/л) в реках, протекающих через аграрные районы; в Германии 54 % азота поступает в водоемы с сельскохозяйственных полей, 24 — с промышленным сбросом и только 22% —с хозяйственно-бытовыми стоками.

  За последние  20 дет поступление биогенных веществ  с поверхностным стоком в водохранилища  Волги и Днепра увеличилось  в 2 раза. При этом аоля сельхозугодий  в поступление обшего азота  составляет 70 %, минерального фосфора — 36 %. Картина преимущественного седьскоктякственного поступления биогенов в водоемы характерна для многих крупных водных объектов, поскольку эО % их водных масс формируется в агроландшафтах стоком малых рек, находящихся в непосредственной зависимости от состояния агросистем.

  Влияние  сельского хозяйства как источника  поступления биогенных веществ  в водные ресурсы возрастает  в связи с увеличением распаханности  территорий, трансформации угодий  мошной техникой и гипромелиорацией, развитием процессов химизации на основе кэк минеральных, так и органических удобрений. Эти факторы вызывают изменение величины и направленности потоков биогенных элементов в агро-ландшафте. Все процессы трансформации угодий, как целенаправленные, являющиеся основными производственными действиями (пахота, боронование, окультуривание сенокосов и пастбиш, планировка земель для обработки), так и сопутствующие (последствия движения по сельхозугодьям при посеве, выращивании и уборке урожая, химической обработки полей) способствуют механическому перераспределению вещества в агроландшафте. В этом заключается принципиальное различие промышленно-урбанизированной и сельскохозяйственной ветвей биогенной нагрузки на водные ресурсы. Первая—новая, сугубо антропогенная цг-почка поступления биогенов и соответственно требует кардинальных мер по предупреждению сброса сточных вод Промышленности, энергетики, транспортных предприятий и комчуналъно-бытового хозяйства городов а водные объекты. Ео второй (седъекохозяп-ственной) ветви сектор промышленного животноводства имеет аналогичные особенности в связи с нарастанием концентрации поголовья и применением интенсивных технологий, а земледельческая часть является отдельно рассматриваемой системой, поскольку в ней в основном сохраняется механизм rcpir-родной миграции биогенов, Однако Трансформация, охватывая значительные по площади территории и разрушая естественную структуру почвенного покрова, способствует водной и ветровок эрозии, смыву и вымыванию, т.е. миграции биогенных веществ. Она становится усилителем нежелательных, экологически опасных естественных процессов, зависящих от природных факторов и особенностей: промывного режима почв, расчлененности рельефа, эрозионное™, густоты гидрографической сети, скорости ветра, интенсивности снеготаяния, с мы вне мости почв, промерзания почвенного слоя и интенсивности его оттаивания и др. Кроме того, как было показано ранее, в условиях интенсивного развития сельского хозяйства изменяется естественный цикл круговорота питательных веществ, нарушается сложившийся механизм их потоков, что особенно характерно дли главных элементов, участвующих в эвт-рофнровании, — азота и фосфора.