Работа

БИОТЕСТИРОВАНИЕ ВОДЫ ОТКРЫТЫХ ШЛАМОВЫХ АМБАРОВ

Автор: Хадиев Андрей Маратович, 6 класс,
курс «Водная экология», станция «Юный натуралист»

Научный руководитель: Маюрова Марина Валентиновна,

г.Сургут

1.Введение.

Буровые отходы (шламы), возникающие при бурении нефтяных скважин и собираемые в открытых земляных амбарах, являются активными источниками загрязнения окружающей среды. В состав буровых шламов входят отработанные буровые растворы, химические реагенты и добавки, нефть и выбуренные породы. Дождевыми и паводковыми водами загрязнители могут переноситься на значительные расстояния от источника загрязнения. При попадании шламов в водоемы повышается мутность воды, токсичные вещества, адсорбированные на частицах шлама, растворяясь и накапливаясь в водной среде, ухудшают качество воды, придавая ей токсичность.

Токсичность буровых отходов связана с токсичностью составляющих их компонентов и, в первую очередь, с используемым буровым раствором и его реагентами. Химические реагенты, применяемые в бурении, как правило, представлены высокомолекулярными соединениями, слабо разлагаемыми в природных условиях, потому буровые растворы и шламы являются токсичными веществами длительного действия.

Цель: изучение токсичности воды в открытых земляных амбарах (после бурения нефтескважин).

Задачи:

1. Определение токсичности воды заполняемых амбаров.

2. Сравнение токсичности воды шламовых амбаров 1-9 летнего срока давности.

Материалы и методы исследования.

В качестве «подопытного» организма в наших экспериментах будет использоваться зелёная одноклеточная водоросль Chlorella vulgaris. Выбор этого объекта обусловлен тем, что данная водоросль быстро размножается и легко культивируется на искусственных питательных средах. Кроме того, она широко распространена в природе и хорошо изучена учёными. Среди многих из возможных питательных сред взята минеральная среда Тамия следующего состава: KNO3 – 5.0; MgSO4 X 7H2O – 2.5; KH2PO4 – 1.25;FeSO4 – 0.003 г/л. В готовую среду вносится раствор микроэлементов Арнона (2 мл/л среды).

Питательная среда и раствор всех солей готовятся на дистиллированной воде и не подвергается стерилизации. Для избежания образования осадка, навеску каждого вещества сначала растворяют в небольшом количестве воды, а затем растворы сливают вместе в указанной выше последовательности и доливают воду до соответствующего объёма. Перед внесением водорослей приготовленная среда разбавляется в два раза дистиллированной водой. При отсутствии дистиллированной воды можно использовать прокипячённую или отстоянную в течение нескольких часов водопроводную воду.

Наращивание культуры водоросли производится в специально разработанном для этих целей культиватор КВ – 04. В приборе предусмотрено выращивание в двух отдельных стаканах ёмкостью 150мл. одновременно двух культур водорослей. Для обеспечения их углекислым газом, за счёт растворения СО2 воздуха, обе суспензии перемешиваются магнитными мешалками, смонтированными в обоих отсеках. Мешалки, состоя из четырёх электромагнитов, питаемых переменным электрическим током и постоянного магнита, отпускаемого в стакан, запускаются кнопкой каждый раз после установки культуры в прибор. Облегчить запуск мешалок можно путём поворота стакана вокруг своей оси.

Засев водоросли производятся с начальной плотностью 0.1 – 0.15 единиц оптической плотности (Р), которая измеряется на входящей в состав лаборатории прибои ИПТ – 0.2. Для этого в приготовленный объём питательной среды (200-300 мл) малыми порциями вносится засеваемая суспензия водорослей, профильтрованная через три – четыре слоя марли, после чего каждый раз производится замер (Р). Культура выращивается в полустационарном режиме, который достигается её пересевом в свежую среду с периодичностью 1- 2 раза в неделю. Такой режим культивирования позволяет без соблюдения условий стерильности поддерживать альгологически чистую культуру водоросли. При испарении суспензии водорослей доливается дистиллированная вода до отметки 150 мл. При потреблении культуры в неё доливается (50%) питательная среда.

Выращенную культуру водоросли можно сохранять в течении одного и более месяцев в холодильнике при температуре близкой к 0 С. При это недопустимо полное или частичное промерзаемой сохраняемой суспензии.

Методика тестирования:

Исходная культура водоросли фильтруется через четыре слоя марли и разбавляется 50% средой Тамия до оптической плотности 0.07 + 0.01;

Полученная суспензия водорослей разливается малым шприцом – дозатором (1 мл) в реакторы культиватора;

Тестируемые воды вносятся большим шприцом дозатора (6мл) в те же реакторы.

В качестве контроля используется дистиллированная или водопроводная вода. Последняя для удаления токсичного остаточного хлора должна быть отстояна и проаэрирована путём продувки воздуха аквариумным компрессором в течение одно – двух суток.

Поскольку тестируемые и контрольные воды добавляются 6 мл., то на момент биотестирования оптическая плотность суспензии водорослей в реакторах культиватора составляет 0.01. В каждом из вариантов опытов используется по три флакона, которые последовательно, начиная с контрольной пробы, устанавливаются в кассету культиватора со стартовой отметкой.

При оптимальном режиме (Т=34-36С, интенсивность света – 80вт\м и скорости вращения кассеты ч реакторами – 30 об\мин.) прирост численности клеток за время проведения хронического токсикологического эксперимента (24 час) в контроле составляет 10 ±1 раз. Прибор позволяет в одном опыте протестировать на фитотоксичность пять образцов природной или сточной воды вместе с одной контрольной пробой.

Характер воздействия тестируемых вод оценивается путем сравнения суточного прироста численности клеток водорослей в контрольном и опытном вариантах. Контроль за численностью клеток проводится посредством измерения оптической плотности суспензии.

Расчет показателя токсичности (КТ) проводится по формуле:

КТ=(DK-DT)\DK

где DK и DT – величины оптической плотности контрольного и тестируемого образца, соответственно, после 24 часов культивирования.

Превышение КТ величины 0.2 свидетельствует о токсичности пробы воды. При этом суточный прирост в контроле должен быть не менее 10± 1 раз.

Сроки отбора проб.

Пробы отбирались в сентябре 2000 года в шламовых амбарах различных возрастов. Возраст определялся приблизительно. Проба №1 бралась из действующего амбара. Пробы №2-5 отбирались из недействующих амбаров, расположенных в черте куста №237, на разном удалении от нефтяных качалок.

Проба №1.

Дата:15 октября

Название водоема: действующий шламовый амбар, куст№237 (фото №1)

Местоположение: 20 км. от г.Сургута; 1.5 км от п.Барсово. Ближайшее промышленное предприятие в п.Белый Яр в 7 км от места отбора проб вверх по течению.

Прибрежные растения: сосна обыкновенная, ива козья, береза бородавчатая, несколько видов осок, борщевик большой.

Летающие насекомые отсутствуют.

Погодные условия: моросил мелкий дождь, без ветра.

Температура воздуха: +18 С

Температура воды: +12 С

Визуальные параметры водоема.

Ширина в среднем 2.5 м, длина 15-17 метров. Течение отсутствует, цвет воды ржаво-коричневый, на поверхности воды заметна нефтяная пленка, по берегу массовые залежи мазута.

Проба №2.

Дата 15 октября.

Название водоема: старый шламовый амбар, куст №237 (фото №2).

Местоположение: 20 км. от г.Сургута; 1.5 км от п.Барсово. Ближайшее промышленное предприятие в п.Белый Яр в 7 км от места отбора проб вверх по течению, 100м от нефтяных качалок и от действующего амбара.

Летающие насекомые отсутствуют.

Погодные условия: моросил мелкий дождь, без ветра.

Температура воздуха: +18 С

Температура воды: +12 С

Проба №3.

Дата 15 октября.

Название водоема: старый шламовый амбар, куст №237 (фото №2).

Местоположение: 20 км. от г.Сургута; 1.5 км от п.Барсово. Ближайшее промышленное предприятие в п.Белый Яр в 7 км от места отбора проб вверх по течению, 150м от нефтяных качалок и от действующего амбара.

Летающие насекомые отсутствуют.

Погодные условия: моросил мелкий дождь, без ветра.

Температура воздуха: +18 С

Температура воды: +12 С

Проба №4.

Дата 15 октября.

Название водоема: старый шламовый амбар, куст №237 (фото №2).

Прибрежные растения: ива козья, береза бородавчатая, несколько видов осок.

Летающие насекомые отсутствуют.

Погодные условия: моросил мелкий дождь, без ветра.

Температура воздуха: +18 С

Температура воды: +12 С

Проба №5.

Дата 15 октября.

Название водоема: старый шламовый амбар, куст №237 (фото №2).

Прибрежные растения:, ива козья, береза бородавчатая, несколько видов осок, борщевик большой.

Летающие насекомые отсутствуют.

Погодные условия: моросил мелкий дождь, без ветра.

Температура воздуха: +18 С

Температура воды: +12 С

РЕЗУЛЬТАТЫ.

Все отобранные пробы сначала были отфильтрованы через бумажный фильтр. Затем, следуя методике фитотестирования, были внесены в культиваторы для определения токсичности. Результаты значений оптической плотности (Д) занесены в рабочие таблицы №1,2.

Таблица №1

Значение начальной оптической плотности проб воды (Д нач ).

Номер пробы	Повторность опыта
Номер пробы	1	2	3
Контроль	000	004	003
Проба №1 действующий амбар	032	030	033
Проба №2 возраст амбара 3 – 4 года	026	024	027
Проба №3 возраст амбара 4 – 5 лет	032	020	026
Проба №4 возраст амбара 5-7 лет	024	022	020
Проба №5 возраст амбара 7 – 9 лет	016	014	015

При снятии показаний оптической плотности учитывалось значение начальной плотности каждой повторности пробы. Это делалось из-за того, что все природные воды на территории Ханты-Мансийского Автономного округа имеют характерный желтовато-коричневый цвет. И при сравнивании с контрольными пробами, где водоросли выращивались на дистиллированной воде, без учета начальной оптической плотности изучаемых проб воды была бы возможна большая ошибка.

Таблица №2.

Значение оптической плотности проб через 24 часа.

№ пробы	Оптическая плотность проб воды
№ пробы	Д*1	Д*1 – Д1	Д*2	Д*2 – Д2	Д*3	Д*3 – Д3
Контроль	160	160	171	167	161	158
№1	064	032	65	035	072	038
№2	100	74	97	73	103	076
№3	186	164	188	168	170	144
№4	193	169	178	156	169	149
№5	189	173	150	136	176	161

Значение оптической плотности использовались для вычисления коэффициента токсичности проб воды. Была составлена таблица, показывающая среднее значение оптической плотности для каждой пробы воды и коэффициент токсичности (табл №3)

Таблица №3.

Коэффициент токсичности (КТ) проб воды изучаемых амбаров.

№ пробы	Д*ср	КТ
№1	35	0.77
№2	74	0.51
№3	159	- 0.05
№4	158	- 0.04
№5	157	- 0.03
контроль	152

По полученным результатам рассчитывался показатель суточного прироста водоросли хлорелла в % к контролю, результаты занесены в таблицу №4.

Таблица №4.

Сравнительная оценка токсичности воды шламовых амбаров различных возрастов.

№ пробы	Прирост к контролю %	Коэффициент токсичности	Оценка токсичности
№1 (действ.амбар)	23	0.77	токсично
№2 3-4-летн. амбар	49	0.51	токсично
№3 4-5-летн. Амбар	105	- 0.05	нетоксично
№4 5-7 летн. Амбар	104	- 0.04	нетоксично
№5 7-9 летний амб.	103	- 0.03	нетоксично

Пробы воды отбирались в один день. Суточный прирост водоросли хлорелла, выращенной в пробе №1 из действующего амбара, составил 23% к контролю при коэффициенте токсичности (КТ) 0.77, что значительно превышает пороговый уровень 0.2. Таким образом, вода, отобранная из действующего амбара, подавляет рост хлореллы и оказывает токсическое воздействие на ее развитие. Так же, подавляющее воздействие на развитие водоросли оказывает вода из недействующего амбара 3-4-летнего возраста. Прирост водоросли составил 49% к контролю и КТ равен 0.51, т. е. вода данной пробы является токсичной.

Воды, отобранные для исследования из старых заброшенных амбаров 4 – 9 летнего возраста были не токсичны КТ определен в пределах от минус 0.05 до минус 0.03. Прирост водоросли в данных пробах был большим по отношению к контролю (103 – 105%). По полученным данным была составлена диаграмма.

Таким образом, острая токсичность воды в шламовых амбарах снижается со временем. Возможно, это связано с тем, что в амбарах при хранении отходов происходят процессы окисления, распада, нейтрализации токсических веществ. Причем снижение в нашем эксперименте наблюдается при сроках хранения свыше пяти лет.

Выводы.

Токсичность воды шламовых амбаров изменяется со временем.

Наибольший коэффициент токсичности в период исследований установлен для воды действующего амбара КТ = 0.77. Вода 3 – 4-летнего амбара сохранила свою токсичность КТ = 0.51. Острая токсичность снижается при сроках хранения свыше 5 лет. КТ старых амбаров меняется в пределах - 0.03 до – 0.05, что значительно меньше порогового уровня токсичности (0.2).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. География Ханты-Мансийского округа. Учебное пособие для 8-9-х классов.-М.:Экопрос,1996-с.49-50.

2. Константинов А.С. «Общая гидробиология».-М.: Высшая школа,1979-480с.

3. Экология родного края. Сборник методических рекомендаций. Киров «КГУ»,1986 –с.178-185.

4. Экология. Лабораторный практикум. Красноярск,1998-28с.

5. Экология Ханты-Мансийского автономного округа./ Под ред.Плотникова. Тюмень,1997. –С.146-158.