Возможность использования ряски малой в качестве фиторемедиатора водоемов загрязнённых тяжелыми металлами и другими токсичными веществами

Содержание.

Сокращения и термины……………………………………………………………....4

Ведение……………………………………………………………………...…….......5

1. Литературный обзор………………………………………………………….……7

1.1 Проблемы загрязнения водоемов на примере Москвы…………....……….....7

1.2 Способы очистки вод г. Москва……………..……………………….………....8

1.2.1. Очистка талых вод и дождевой канализации……………............................8

1.2.2. Очистка хозяйственно-бытовых, коммунальных и промышленных сточных вод............................................................................................................................12

1.3 Использование высших водных растений в очистке вод (биоплато).............18

Глава2. Методы исследования……………………………………………………...23

2.1 Место проведения работы………………………………………………………23

2.2 Взятие проб субстратов…………………………………………………….…...23

2.3 Объект исследования………………….………………………………………...24

2.4 Варианты опытов…………………………………………………………..…….25

2.5 Методика проведения работы………………………………………………......27

2.5.1 Выращивание ряски малой в лабораторных условиях…………………......27

2.5.2 Методы биометрического исследования……………………………….……27

2.5.3 Определение содержания хлорофилла .……………………………………..28

2.5.4 Методы изучения ряски малой как эдификатора среды……………………28

3. Результаты исследования………………..……………………………………….29

3.1. Результаты биометрического исследования……………………………….....29

3.1.2 Биометрические показатели растений выращенных на сточных водах разной степени очистки……………………………………….……………………………..29

3.1.3 Биометрические показатели растений выращенных на осадках сточных вод………………………………………………………………………………..……31

3.1.4 Биометрические показатели растений выращенных на растворах свинца……………………………………………………………………………........34

3.1.5 Биометрические показатели растений выращенных на субстратах из водоемов города…….…………………………………………………………………………….36

3.2 Влияние субстратов на количество хлорофилла…………………………….…38

3.2.1 Влияние сточных вод на количество хлорофилла…………………...….......38

3.2.2 Влияние осадков сточных вод на количество хлорофилла…………….......39

3.2.3 Влияние растворов свинца на количество хлорофилла………………………39

3.2.4 Исследования количества хлорофилла в растениях выращенных на субстрате из городских водоемов……..……………………………………………………..….37

3.3 Изучение воздействия Ряски малой на среду……………………………….......41

3.3.1 Наблюдение воздействия ряски на сточные воды……………………..……..41

3.3.2 Наблюдение воздействия ряски на субстраты из осадков сточных вод…………………………………………………………………………………......42

3.3.3 Наблюдение воздействия ряски на субстраты из растворов свинца.……….43

3.3.4 Наблюдение воздействия ряски на воду из водоемов………………..………44

4. Обсуждение…………………………………………………………………….......46

5. Выводы……………………………………………………………..……………….48

6. Список литературы…………………………………………………………….......49

Приложение А

Приложение Б

Сокращения и термины.

(КОС) - Курьяновские очистные сооружения

(СКТ) - сооружения камерного типа

Щитовое заграждение - полупогружная перегородка между оголовком дождевого коллектора и основным руслом реки.

Поливомоечные воды - сточные воды, образующиеся за счет мойки дорожных покрытий.

ПДК – предельно допустимая концентрация

(СГТ) - Сооружения габионного типа.

Габион — объёмные изделия различной формы из проволочной кручёной с шестиугольными ячейками сетки и камней, предназначенные для формирования габионных конструкций.

Биоплато - небольшой пруд или ручей, полностью засаженный водными растениями через который циркулирует вода из другого пруда.

(ЛОС) - Люберецкие очистные сооружения

СВ - сточные воды

ОСВ - осадки сточных вод

ФЛОКУЛЯНТЫ - вещества, вызывающие в жидких дисперсных системах образование рыхлых хлопьевидных агрегатов (флокул) из мелких частиц дисперсной фазы.

Коагулянты — вещества, применяющиеся для сгущения жидкостей, содержащих мелкие взвешенные частицы.

БПК - биохимического потребления кислорода.

Шлам - извлеченный из сточных вод и очистных сооружений илистый остаток, содержащий 95-98% воды.

Аэротенк – открытое сооружение, глубиной 4-6 м, через которое пропускается сточная вода, содержащая органические загрязнения , подается воздух и возвратный активный ил.

Введение.

В настоящее время уровень загрязнения окружающей среды продуктами жизнедеятельности человека в густонаселенных местах достигает критической отметки. За счет выбросов с предприятий, автомобильных выхлопов и продуктов жизнедеятельности человека в воду попадает огромное количество токсичных веществ. Это приводит к отравлению водных пространств в больших городах и населенных пунктах. Очистка сточных вод и водоемов стоит на первом месте особенно в таких мегаполисах, каким является город Москва.

Такой крупный город как Москва по очистке воды обслуживают две крупных организации: ОАО «Мосводоканал» и ГУП «Мосводосток».

ОАО «Мосводоканал» принадлежат Курьяновские очистные сооружения (КОС) проектной мощностью 3,125 млн.м³/сут воды, являющиеся крупнейшими в Европе. Они обеспечивают прием и очистку бытовых и промышленных сточных вод северо-западного, западного, южного, юго-восточного районов Москвы (60% территории города) и, кроме того, ряда городов и населенных пунктов Подмосковья… (http://www.mosvodokanal.ru/)

ГУП «Мосводосток» обслуживает предприятия города: принимает сточные воды, очищает их и утилизирует отходы. Около шести тысяч (6 000) городских предприятий пользуются сетями «Мосводостока». Одним из направлений деятельности ГУП "Мосводосток" является содержание и эксплуатация малых рек и ручьев, которых на территории Москвы насчитывается свыше 190. На балансе предприятия находится также 199 прудов общей площадью 677,5 га. Важнейшая природоохранная задача предприятия – реабилитация водных объектов и рекреация прилегающих территорий. (http://www.mosvodostok.com/)

Для защиты окружающей среды и предотвращения экологических катастроф, оценки качества воды и ее очистки в лабораториях этих организаций используются методы биотестирования и биологической очистки вод тест – объектами такими как: дафнии, инфузории, беззубки, гуппи, данио, речные раки. Так же не малую роль в очистке сточных вод занимают высшие водные растения такие как: рогоз, камыш, тростник, ряска малая, эйхорния и т.д. Последнее, растение известно как хороший фиторемедиатор.

Контроль качества окружающей среды с использованием биологических объектов в последние годы стал востребованным и имеет актуальное научно-прикладное направление.

В нашей работе мы выбираем в качестве фиторемедиатора Ряску малую. Важным обстоятельством является тот факт, что Ряска малая произрастает в большинстве стоячих водоемах по всей стране с разным уровнем загрязнения.

Цель нашей работы следующая:

Возможность использования ряски малой в качестве фиторемедиатора водоемов загрязнённых тяжелыми металлами и другими токсичными веществами.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Возможность использование ряски малой для определения токсичности сточных вод и их осадков с КОС и ГУП «Мосводосток», а так же отдельных водоемов в черте города Москва.

2. Изучение поглотительной способности Ряски малой, выращенной в модельных опытах на растворах нитрата свинца.

3. Исследовать некоторые физиологические и биохимические показатели ряски малой, выращенной на разных субстратах.

1. Литературный обзор

1.1. Проблемы загрязнения водоемов на примере Москвы.

Проблема загрязнения окружающей среды волновала человека с давних лет. В древнем Риме воды Тибра были непригодны к употреблению, поэтому строили акведуки для снабжения населения свежей водой, а нечистоты удаляли в море по сточным каналам. Во многих городах Европы эта проблема стала актуальной в Средние века. В 1388 г. в Англии был принят первый закон по охране качества воды. Был запрещен дальнейший сброс отходов в р. Темзу в черте города (до этого все производственные и бытовые отходы сбрасывали в реку).

В Москве к концу XVIII в. Были загрязнены реки Неглинная и Яуза, так как строительство промышленных предприятий велись, как правило, вдоль Москва - реки, Яузы, откуда брали воду и куда сбрасывали стоки.

Загрязнители попадают в пресную воду различными путями: в результате несчастных случаев, намеренных сбросов отходов, проливов и утечек.

Всё большую угрозу для пресноводных водоёмов представляют стоки, сбрасываемые рыбоводческими хозяйствами, ввиду широкого применения ими фармацевтических средств борьбы с болезнями рыб.

Быстрое загрязнение подземных вод вокруг городов. Источник — возрастающее число загрязнённых скважин вследствие неправильной эксплуатации.
Лесные хозяйства и открытый дренаж — источники большого количества веществ, попадающих в пресную воду, в первую очередь железа, алюминия и кадмия. С ростом деревьев кислотность лесной почвы увеличивается, и проливные дожди образуют очень кислые стоки, губительные для живой природы.

Попав в реку, навозная жижа может стать причиной серьёзной экологической катастрофы, так как её концентрация в 100 раз больше, чем у сточных вод, обработанных на очистных сооружениях.

Атмосферное загрязнение пресной воды особенно пагубно. Есть два вида таких загрязнителей: грубодисперсные (зола, сажа, пыль и капельки жидкости) и газы (сернистый газ и двуокись азота). Все они — продукты промышленной или сельскохозяйственной деятельности. Когда в дождевой капле эти газы соединяются с водой, образуются концентрированные кислоты — серная и азотная.

Систематические поиски способов обработки отходов, очистки сточных вод и строительство канализационных сетей в городах начались лишь с середины XIX в. В России в 1884 г. было создано учреждение, осуществлявшее санитарный контроль за промышленными, торговыми и коммунальными объектами. В 1891 г. в Москве была открыта первая в России санитарно-эпидемиологическая станция (СЭС).

Рост числа отходов, особенно твердых, на одного городского жителя, достигший в наиболее развитых странах нескольких сотен килограммов в год, привел к развитию методов переработки твердых отходов.

Рост объемов потребляемого органического топлива, появление железных дорог, автомобильного транспорта (и развитие соответственных отраслей промышленности) привели к выделению в атмосферу большого количества вредных газов и твердых частиц. Так же происходит постоянное увеличение объемов сточных вод и проблема их очистки. Это приводит необходимости развития методов очистки сточных вод и загрязненных водоемов.

1.2. Способы очистки вод г. Москва.

1.2.1. Очистка талых вод и дождевой канализации.

Первые очистные сооружения для селитебных водосборных площадей были разработаны в Москве в трех видах: пруды-отстойники, сооружения камерного типа (СКТ) и щитовые заграждения в акватории р.Москвы.

Учитывая, что в городе исторически сложилась раздельная система канализования, единственно возможным было разместить очистные сооружения на концевых участках коллекторов дождевой канализации при выпуске в водоемы.

Задачей первых очистных сооружений являлось задержание в полном объеме мусора, частично взвешенных веществ и нефтепродуктов. При этом предусматривалось снижение концентрации загрязнений в среднем по взвешенным веществам до 30 - 50,0 мг/л, а по нефтепродуктам - до 5 - 8 мг/л.

На очистное сооружение направлялись:

- загрязненная часть поверхностного стока,

- часть паводковых вод;

- поливомоечные воды в полном объеме;

- собственный меженный расход коллектора.

Для пропуска пиковых расходов дождевых и талых паводковых вод предусматривалось устройство обгонного коллектора, направляющего эти воды в обгон очистного сооружения без очистки. Считалось, что пиковые расходы несут значительно меньше загрязнений, чем загрязненная часть стока, поступающая с первыми порциями дождей.

В середине 80-х годов начали приниматься в эксплуатацию очистные сооружения, оснащенные блоками тонкослойного отстаивания и фильтрами доочистки. Такие сооружения давали больший эффект, нежели пруды-отстойники, СКТ или щитовые заграждения. Их габариты были в 2-2,5 раза меньше. Однако и они не могли снизить концентрации нефтепродуктов до требуемых рыбохозяйственных нормативов.

С середины 90-х годов в связи со строительством МКАД и 3-го транспортного кольца на балансе ГУП «Мосводосток» появились «сооружения глубокой очистки» накопительного типа с последующей доочисткой на нескольких ступенях напорной фильтрации. Сооружения, разработанные ООО «Росэкострой» и институтом «Союзводоканалпроект», почти выходят по своим выходным показателям ПДК рыбохозяйственных водоемов, однако при обслуживании водосборной площади более 20 - 30 га стоимость их эксплуатации весьма высока.

Сооружения габионного типа (СГТ) разрабатываются НПО "Эколандшафт" и построены на МКАД, 3-м транспортном кольце. Площадь водосборного бассейна для таких сооружений незначительна - от 1,5 до 5,0 га. В основном они применяются для очистки стоков с дорожных покрытий и близрасположенных откосов. Основной отличительной особенностью этих сооружений является максимальная приближенность к существующему ландшафту. Они располагаются в оврагах местного рельефа и повторяют их форму. Ограждающими конструкциями СГТ являются габионы и матрасы "Рено" 3-я ступень СГТ - мелководное биоплато (биологический пруд), засаженное высшей водной растительностью. Как правило, дно таких сооружений песчаное, а берегоукрепление выполнено из габионных конструкций.

В настоящее время силами ГУП «Мосводосток» проводится работа по реконструкции и модернизации технологически устаревших очистных сооружений (прудов-отстойников, СКТ и щитовых заграждений). Работа идет в двух направлениях:

- применение тонкослойного отстаивания в сочетании с новыми материалами фильтров доочистки и использованием новых решений по биотехнологиям - проектный отдел ГУП «Мосводосток»;

- использование методов кавитации и высоконапорной фильтрации - Институт «Союзводоканалпроект» и ВНИИ Водгео.

Около семи лет назад у предприятия появилось ещё одно направление деятельности: прием и плавление городского снега. Хотя формально эта работа носит сезонный характер, мероприятия по обслуживанию снегосплавных пунктов осуществляются круглый год.

Конечно, идея сброса снега в сети дождевой канализации не нова.

В 50-х годах прошлого века в центральной части города строились и эксплуатировались снегосплавные камеры на больших водосточных коллекторах. Прием снега осуществлялся в коллекторах рек Неглинной, Ходынки, Пресни, Студенца-Ваганьковского и др. Однако, от сброса снега на центральных площадях города отказались в связи с резким увеличением в городе транспортных потоков.

В целях уменьшения затрат бензина при вывозе снега в область и по экологическим соображениям в 70-80-х годах руководство города вновь вернулось к этой идее. В связи с этим была проведена значительная работа по выявлению возможных мест размещения снегосплавных пунктов в различных частях значительно увеличившегося в размерах города. Основными условиями при этом считались:

- наличие сооружений по очистке поверхностного стока на концевых участках коллекторов дождевой канализации;

- наличие удобных подъездных путей;

- наличие в коллекторах значительного постоянного (меженного) расхода;

- наличие площадки под размещение снегосплавного пункта.

Исходя из этих принципов, в те годы было построено порядка 10 камер на подземных водотоках для сброса и плавления снега, из них в наши дни работает лишь одна - на коллекторе реки Пресни в районе Дружинниковской улицы. Причина – усиление экологического контроля за сбросами загрязнений в сети дождевой канализации и отсутствие эффективных очистных сооружений при выпуске коллекторов в городские водоемы.

Третья волна строительства и эксплуатации снегосплавных пунктов началась в 2002г., когда были построены 5 первых таких сооружений. Их отличительной особенностью являлись два фактора:

- использование теплой воды московских ТЭЦ;

- наличие в составе снегосплавного пункта локального очистного сооружения.

Однако городу их (в сочетании с канализационными пунктами) явно не хватало. Было принято решение о поиске новых мест и отработке нетрадиционных способов снеготаяния. В результате совместных с институтом «Мосводоканал НИИ проект» поисков в настоящее время нашли применение следующие технологические схемы снегосплава:

- на собственном зимнем расходе коллекторов дождевой канализации;

- с использованием теплой воды московских ТЭЦ;

- с использованием дизельного топлива.

Учитывая, что в сети городской канализации таких мест найти больше не представляется возможным, акцент был сделан на увеличение количества снегосплавных пунктов именно на сетях ГУП «Мосводосток». Так как новые снегосплавные пункты предусматривалось размещать на территории существующих очистных сооружений ГУП «Мосводосток», одновременно ставилась задача реконструкции или модернизации старых прудов-отстойников.

Работа на снегосплавных пунктах компьютеризирована, таким образом до минимума сокращено время стояния автомобилей со снегом под разгрузкой. В процессе наладочных работ специалисты нашего предприятия внесли много предложений в проектные решения, что позволило увеличить производительность и отработать рациональный режим работы снегосплавных пунктов (http://www.mosvodostok.com/).

1.2.2. Очистка хозяйственно-бытовых, коммунальных и промышленных сточных вод.

Для очистки бытовых и промышленных сточных вод в Москве работают несколько очистных сооружений: Курьяновская очистительная станция (КОС),

производительностью 3,125 млн. м /сутки, которая обслуживает около 60 % Москвы; Люберецкие очистные сооружения (ЛОС), производительностью 3 млн. м³/сутки; очистные сооружения г. Зеленограда (производительность - 140 тыс. м /сутки) и очистные сооружения Южного Бутово, производительность которых 80 тыс. м³/сутки. Суммарная проектная производительность московских очистных сооружений в сутки составляет 6,345 млн. м³. Однако, в результате очистки СВ неизбежно возникает проблема ликвидации загрязнителей воды, выделяемых из нее в виде осадков сточных вод. На Курьяновской очистительной станции количество ОСВ в сутки составляет примерно 27 тыс. м³.

Средняя влажность осадков муниципальных СВ - 96%. В РФ их образуется 100 млн.м³ в год, что на сухое вещество составляет 4 млн.т. (Евилович, 1989)

В типичной схеме очистки можно выделить три стадии: первичная, вторичная и третичная очистка (рис. 1).

В ходе первичной очистки из воды извлекают крупный мусор, крупнодисперсные примеси и взвешенные вещества на решетках, в песколовках, отстойниках (схема строения представлена на рисунке 2). Поверхностные загрязнения удаляют отстойниками, нефтеловушками, жироловками и т.п. Эту стадию очистки еще называют механической очисткой.

Рисунок 1. Схема очистки сточных вод на очистительных станциях. 1 - песколовка, 2 - первичный отстойник, 3 - аэротеюс, 4 - вторичный отстойник, 5 - метантенк, АИ - активный ил (Пивень, Шураливин, 2000).

Рисунок 2. Схема строения отстойника. 1 - иловый колодец, 2 - подводящий канал, 3 - иловая труба, 4 - отводящий канал (Кузнецов и др., 2012).

На стадии вторичной очистки осуществляется разложение содержащихся в СВ органических веществ, наиболее часто биологической деструкцией под действием микроорганизмов, поэтому эту стадию называют биологической очисткой. При первичной и вторичной очистке СВ не полностью освобождаются от органических и взвешенных веществ, содержат избыточные количества фосфора и азота, поэтому проводят третичную очистки (доочистку). На этой стадии СВ очищают физической, химической и биологической обработкой, удаляя при этом неорганические загрязняющие вещества, биогенные элементы (азот, фосфор) и биологически неразлагаемые органические соединения. Наиболее широко используемые физические и химические способы доочистки для удаления взвешенных веществ - осветление в отстойниках, микрофильтрация (на мелкозернистом материале - песок, кварц), пенная флотация (разделение мелких твердых частиц, основанный на различии их в смачиваемости водой); растворимых соединений - адсорбция органических веществ на активированных углях, реагентная обработка флокулянтами и коагулянтами, озонирование в сочетании с фильтрацией; для обезвреживания патогенной микрофлоры и гельминтов - обеззараживание (дезинфекция) воды. Система доочистки позволяет довести СЭ до уровня, соответствующего требуемым стандартам очистки. Так, нормой вторичной очистки является снижение БПК (биохимического потребления кислорода) до 15 мг/л и концентрации взвешенных веществ в воде до 70 мг/л, а при использовании способов третичной очистки происходит снижение БПК до 3-5 мг/л, концентрации взвешенных веществ - до 1-2 мг/л (Кузнецов и др., 2012). После полной очистки СВ их спускают в водоемы.

На некоторых стадиях очистки СВ происходит отделение различных типов осадка. По ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 ОСВ представляют собой твердую фракцию сточных вод, состоящую из органических и минеральных веществ, выделенных в процессе очистки сточных вод методом отстаивания (сырой осадок), и комплекса микроорганизмов, участвовавших в процессе биологической очистки сточных вод и выведенных из технологического процесса (избыточный активный ил).

ОСВ имеют сложный компонентный и структурный состав (содержат компоненты естественного и искусственного происхождения).

Обработка осадков включает стадии:

• Уплотнение,

• Стабилизация,

• Кондиционирование,

• Обезвоживание,

• Деструкции,

• Обеззараживание,

• Утилизация.

В процессе очистки муниципальных СВ образуются следующие виды отходов:

• Крупные отбросы (ветошь, волокнистые и полимерные материалы и др.), задерживаемые на решетках и ситах, в так называемые шламы;

• Минеральные загрязнения, выпадающие в осадок на песколовках (осадок из песколовок);

• Загрязнения, задерживаемые в первичных отстойниках - «сырой осадок»;

• Уплотненный активный ил, после илоуплотнителей;

• Анаэробно сброженный осадок после метантенков;

• Обезвоженный или подсушенный на иловых площадках.

В процессе очистки производственных СВ разновидности отходов тоже многообразны и зависят от природы перерабатываемого сырья (Евилович, 1989).

Как уже было сказано, СВ после прохождения механической очистки на решетках и песколовках поступают в первичный отстойник, которые обычно используются для удаления взвешенных веществ и осветления стоков перед стадией собственно биологической очистки. Здесь образуется сырой осадок. При отстаивании бытовых сточных вод удаляется около 40-60 % взвешенных частиц размером 10-50 мкм и около 30 % органического вещества стоков.

Сооружения биологической очистки сточных вод предназначены для снижения загрязнения промышленных и коммунальных сточных вод и переработки образующихся при этом вторичных отходов - осадков и активного ила. В зависимости от протекающих процессов различают системы аэробной и анаэробной биологической очистки.

Основными сооружениями аэробной биологической очистки с активным илом являются аэротенки (схема строения представлена на рис.З). Аэротенк работает в паре со вторичным отстойником, где происходит разделение очищенной сточной воды на выходе из аэротенка и суспензии активного ила. При этом часть ила удаляется из системы, а часть (возвратный, рециркулируемый ил) возвращается в аэротенк для повышения его производительности и сокращения количества избыточного ила. Для очистки в аэротенке часто необходимо дополнительно подавать биогенные элементы, прежде всего азот и фосфор. При недостатке их эффективность очистки снижается.

Активный ил, поступающий в аэротенк, представляет собой хлопья размером от 0,1-0,5 до 2-3 мм и более, с плотностью в среднем 1,1-1,4 г/см³, состоящие из частично активных, частично отмирающих организмов (70%) и твердых частиц неорганической природы (30%). В состав активного ила входят полисахариды, в том числе клетчатка, полиуроновые кислоты, внеклеточные белки, образованные преимущественно бактериями. Полисахариды окружают бактериальные клетки и скрепляют частицы в хлопья, поэтому лишь небольшая часть клеток остается вне хлопьев. Активный ил имеет высокую адсорбционную способность. На его поверхности концентрируются поступающие со сточной водой мелкие частицы, клетки микроорганизмов и молекулы растворенных веществ.

Сточная вода

Активный ил

Воздух

Иловая смесь

Рисунок 3. Схема строения аэротенка (Кузнецов и др., 2012).

Избыток активного ила с сооружений биологической очистки или неочищенные сточные воды можно отводить на иловые площадки, поля орошения или поля фильтрации. Иловые площадки предназначены для складирования и переработки активного ила с очистных сооружений. Поля орошения - специально подготовленные и спланированные земельные участки, предназначенные для очистки сточных вод с одновременным использованием этих участков для агротехнических целей (выращивания технических культур). Поля фильтрации предназначены только для очистки сточных вод.

Системы анаэробной очистки (метантенки) применяют для переработки избыточного активного ила, других осадков и твердых отходов. Многие твердые отходы содержат целлюлозу, легче поддающуюся анаэробному разложению с образованием биогаза, чем аэробному окислению (Кузнецов и др., 2012).

В ходе метаногенерации (метаногенеза) - анаэробного процесса с образованием метана - органические загрязнения преобразуются в биогаз, содержащий в основном метан и углекислый газ. Его можно использовать в качестве топлива. В ходе этого процесса происходит разложение органических субстратов и загрязнений, обеззараживание и детоксикация стоков.

Анаэробное сбраживание загрязнений сточных вод и отходов проводят при трех температурных режимах: криофильном (психрофильном) - при температуре менее 20°С, мезофильном - 20-40°С и термофильном - 50-60°С. В метантенках Курьяновской станции происходит термофильное сбраживание ОСВ при температуре 50-53°С (Храменков, 2008).

Метановое разложение включает три стадии анаэробного брожения: гидролиз, кислотную (ацидогенную), ацетогенную и четвертую, метаногенную, стадию (стадию газообразования). Все эти стадии осуществляются благодаря бактериям анаэробного ила.

Сброженные осадки после метантенков промываются и поступают на илоуплотнители, а затем происходит их обезвоживание. Доля осадков на городских очистных сооружениях (по отношению к объему переработанной воды): ил - до 1%, осадок из первичных отстойников - 0,1-0,5%, песок и отбросы с решеток - по 0,005-0,01%. Общее количество осадков составляет до 1,5% объема сточной воды. В процессе очистки СВ на очистительных станциях Москвы ежесуточно образуется около 30 тыс. м осадков (около 0,5% объема СВ).

1.3. Использование высших водных растений в очистке вод (биоплато).

Как любая среда биосферы, водоем, имеет свои защитные силы и обладает способностью к самоочищению. Самоочищение происходит за счет разбавления, оседания частиц на дно и формирования отложений, окисления органических веществ и множества других процессов, направленных на восстановление биологического баланса. Он обеспечивается совокупной деятельностью населяющих водоем организмов: бактерий, водорослей и высших водных растений, различных беспозвоночных и позвоночных животных. Поэтому одна из важнейших природоохранительных задач состоит в том, чтобы поддерживать эту способность.

Водные растения в водоемах выполняют следующие основные функции (Тимофеева, 1995):

· фильтрационную (способствуют оседанию взвешенных веществ);

· поглотительную (поглощение биогенных элементов и некоторых органических веществ);

· накопительную (способность накапливать некоторые металлы и органические вещества, которые трудно разлагаются);

· окислительную (в процессе фотосинтеза вода обогащается кислородом);

· детоксикационную (растения способны накапливать токсичные вещества и преобразовывать их в нетоксичные).

Известна способность высших водных растений удалять из воды загрязняющие вещества – биогенные элементы (азот, фосфор, калий, кальций, магний, марганец, серу), тяжелые металлы (кадмий, медь, свинец, цинк), фенолы, сульфаты – и уменьшать ее загрязненность нефтепродуктами, синтетическими поверхностно-активными веществами, что контролируется такими показателями органического загрязнения среды, как биологическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК), что позволяет рассматривать возможность использования их в практике очистки производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод и поверхностного стока.

В г. Бентон (США) с населением 4700 человек с 1985 г. осуществляется очистка бытовых сточных вод в прудах с зарослями камыша и других водных растений. Подсчитано, что стоимость такой системы очистки в 10 раз меньше, чем стоимость традиционных систем при удовлетворительном качестве очистки воды от соединений азота, фосфора, взвешенных и органических веществ (Dawson, Loveridge, 1989). В Ирландии (г. Вильямстоун) успешно эксплуатируется система совместной очистки хозяйственно-бытовых вод (72 %) и поверхностного стока (28 %), сконструированная в виде трех мелководных лагун, две из которых засажены камышом и рогозом, а третья представляет собой биопруд с плавающими водными растениями — лилией и ряской.

В России в Институте цитологии и генетики разработана технология доочистки сточных вод с использованием водного гиацинта. Экспериментальная работа была проведена для сточных вод комплекса по разведению свиней. Очистка проводилась в биопрудах.

В Норвегии в 40 км на юг от Осло для очистки сельскохозяйственного поверхностного стока построено экспериментальное биоплато (рис. 5-6), которое представляет собой сконструированный из 8 параллельных полос (каждая размером 3х40 м) фильтр глубиной 0,5 м, площадью 1200 м² (Blankenberg A.-G.B., Braskerud B.C., 2003). Площадь водосбора составляет 0,8 км². Предварительные исследования показали значительную эффективность удаления взвешенных веществ – 45…75 %, фосфора – 21…44 %, азота – 15 %. Исследования продолжаются.

Многие высшие водные растения, такие как ряска, камыш, тростник обладают способностью извлекать из воды загрязняющие вещества. Особенно следует отметить водный гиацинт, или эйхорнию, которая очищает озера, малые реки и водоемы, всевозможные грязные стоки хозяйственно-бытового и животноводческого происхождения.

При очистке сточных вод чаще всего используют такие виды высших водных растений (ВВР), как камыш, тростник озерный, рогоз узколистый и широколистый, рдест гребенчатый и курчавый, спироделла многокоренная, элодея, водный гиацинт (эйхорния), касатик желтый, сусак, стрелолист обычный, гречиха земноводная, резуха морская, уруть, хара, ирис и проч.

В проведенных в Украине испытаниях изучали свойства очистки воды с помощью камыша озерного и рогоза, а наиболее эффективной является трехступенчатая очистка по схеме размещения: камыш-рогоз-тростник. Наиболее оптимальный цикл очистки – шестисуточный, при котором снятие органических загрязнений составляет 88 % от исходной величины стока. Результаты проведенных лабораторных исследований свидетельствуют о возможности практического использования высших водных растений в технологическом процессе очистки сточных вод предприятий.

В Украине использование ВВР на разных типах биоплато – инженерно-биологических сооружениях, которые обеспечивают очистку и доочистку хозяйственно-бытовых, производственных сточных вод и загрязненного поверхностного стока, не требуя (или почти не требуя) затрат электроэнергии и использования химических реагентов при незначительном периодическом эксплуатационном обслуживании, – началось еще в прошлом веке. В Институте гидробиологии НАНУ, г. Киев, было предложено и исследовано использование биоплато как сооружения доочистки воды в каналах, по которым транспортируется вода из р. Днепра для водообеспечения таких регионов, как Крым, Донбасс, а также в других отраслях (Кравець, Мережко, 1983). Широкое изучение и внедрения биоинженерных сооружений с использованием ВВР выполняется в Институте экологических проблем

В научно-инженерном центре (НИЦ) «Потенциал-4» работы по разработке технологии доочистки и водоотведения возвратных вод с применением ВВР в закрытом биоплато гидропонного типа начаты в 1990 г. НИЦ «Потенциал-4» предложены инженерно-биологические сооружения на основе закрытого биоплато гидропонного типа (ЗБГТ) (рис 6). В основу технологии утепленного ЗБГТ положено использование как естественных процессов самоочищения, присущих водным и околоводным экосистемам, так и управление этими процессами на основе расчетов, базирующихся на учете внешних факторов (температура воды и воздуха, рН среды, период года, гидравлическая нагрузка на сооружения, начальная концентрация растворенного в воде кислорода и загрязняющих веществ воды, которая подается на очистку), а также технологических параметров биоплато (площадь и материал эффективных поверхностей как субстрата прикрепления для разнообразных водных организмов – бактерий, актиномицетов, грибов, простейших и одноклеточных водорослей, ракообразных, червей, насекомых и мшанок; внесение в период запуска биопрепаратов с селективно подобранными гидробионтами-биодеструкторами для конкретных типов загрязнений в водах, которые подлежат очистке) (Коцарь, 1999). Наиболее важными характеристиками искусственно сформированного биоценоза макрофитов и микроорганизмов в биоплато есть общая площадь биоплато, которую занимают растения, их видовой состав и численность на 1 м²; время контакта потока воды с биоценозом, режим эксплуатации биоплато.

Сточные воды от канализационной насосной станции со встроенным блоком очистки (КНС с ВБО) подаются в распределительный колодец, который часто размещается непосредственно в биоплато. От распределительного колодца через систему перфорированных трубопроводов, которые в конструктивном плане могут прокладываться по параллельной или лучевой схеме, вода поступает на биоплато. Фильтрация сточной воды происходит в вертикальном направлении через пласт загрузки (мытый щебень гравий, керамзит).

Площадь ЗБГТ и толщина пласта загрузки определяется расчетом и типом ВВР. Высшие водные растения (камыш и тростник озерный) высаживаются с плотностью 4…6 растений на 1 м². Сточные воды транспортируют через гравийную загрузку фильтрационного бассейна, корневища высших водных растений и бактериальный препарат, который способствует разложению трудно-окисляемых органических веществ. При высокой загрязненности органическими веществами сточные воды перед подачей в ЗБГТ могут быть предварительно насыщены кислородом, который будет оказывать содействие аэробному окислению органических загрязнений микроорганизмами перифитона и дыханию корневищ высших водных растений. Покрытие сооружения инертным термоизоляционным материалом предотвращает его промерзание в зимний период и обеспечивает эффективную очистку сточной воды на протяжении года. Конструктивно создается естественная вентиляция всего объема загрузки ЗБГТ, которая обеспечивает эффективное использование ВВР и гидробиоценоза биопленки для окисления загрязнений.

Кроме своих функций как биоинженерных сооружений, ЗБГТ, как высокопродуктивная экосистема, создает пространственную неоднородность в существующих обедневших антропогенно-природных ландшафтах, предоставляет дополнительные места обитания и пищевые ресурсы для многих видов флоры и фауны, которая, в свою очередь, создает благоприятные условия для поддержки биоразнообразия. Использование принципов ландшафтного дизайна при проектировании и строительстве ЗБГТ позволяет широко использовать декоративные возможности сооружений для улучшения эстетичных характеристик промышленных площадок и других территорий (Кравець, 1983)

2. Методы исследования

2.1. Место проведения работы.

Экспериментальную часть выполняли в 2012 и 2013 годах в лаборатории физиологии растений, кафедры ботаники Московского педагогического государственного университета.

2.2. Взятие проб субстратов.

Пробы воды разной степени очистки и осадков для исследований отбирали в мае 2012 и январе 2013 годов на различных территориях: осадки и сточные воды на территории Курьяновской очистной станции (рис.9), пробы воды из городских водоемов Джамгаровский пруд (рис.7), р.Яуза(рис.8).

Рис 7. Яуза, место взятия проб.

Рис 8. Джамгаровский пруд, место взятия проб

Рис 9. Расположение КОС на юго-востоке Москвы.

2.3. Объект исследования.

Для исследований, предпочтительно было выбрать водное растение, повсеместно распространенное в стоячих водоемах. Таким растением является Ряска малая (Lemna minor L.)

Данное растение было привезено в лабораторию физиологии растений кафедры ботаники с торфяного пруда, который находится на территории АБС Павловская слобода и с «Птичьего рынка». Каждая партия растений проверялась на наличие тяжелых металлов.

В естественном водоеме растение вылавливали сачком с частью донного субстрата, помещали в пищевые контейнеры и вывозили в Москву, где в условиях лаборатории растения вместе с донным субстратом помещались в эксикатор и выставлялось на балкон.

Ряска малая - многолетнее водное растение, вид рода Ряска (Lemna) подсемейства Рясковые семейства Ароидные. Растёт в изобилии в стоячих водоёмах и часто сплошь покрывает их поверхность. Растение произрастает во всех странах с умеренным климатом. Ареал её распространения включает в себя всю Европу, Азию (Западную, Ближний Восток, Кавказ, Среднюю Азию, Китай, север п-ова Индостан), всю Африку и Северную Америку (кроме Мексики). Вегетативное тело представляет собой округлую или обратнояйцевидную пластинку (листец) 2 - 4,5 (очень редко до 10) мм длиной, 2 - 3 (очень редко до 7) мм шириной, с верхней стороны слабовыпуклую или с выдающимся горбовидным шипиком, снизу плоскую, толстоватую, непрозрачную, с тремя (редко четырьмя — пятью) жилками. Пластинки сверху зелёные, блестящие, с некоторыми неясными устьицами вдоль средней линии, иногда с рассеянными красноватыми пятнами (особенно в течение холодного сезона); с нижней стороны плоские, желтовато- или беловато-зелёные, очень редко с красноватыми пятнами, но намного сильнее, чем сверху; наибольшая воздушная полость редко больше 0,3 мм. Щиток разделён на дистальную, рассечённую жилками, и проксимальную зоны узлом, от которой отходит тонкий, полупрозрачный и неразветвлённый корень. На узле расположены два почечных кармашка, в которых формируются дочерние особи или соцветия. Цветёт с мая до осени, но редко. Плодоносит очень редко. Цветок состоит из одного пестичного и двух тычиночных цветков, без околоцветника; завязь с одной семяпочкой; столбик 0,1—0,15 мм длиной. Плоды 0,8—1 мм длиной, 0,8—1,1 мм шириной, с крыловидными краями; крыло 0,05—0,1 мм шириной. Семена 0,7—1 мм длиной, 0,4—0,6 мм толщиной, беловатые, с десятью — шестнадцатью заметными рёбрами, остаются внутри плодов после созревания . Размножается ряска малая в основном отростками, которые отделяются от пластинки и становятся самостоятельными растениями. (Жмылев и д.р., 1995)

2.4. Варианты опытов.

Для определения фиторемедиационных функций ряски малой использовали различные субстраты:

1. Сточные воды разной степени очистки:

1.А. Поступающая

1.Б. Осветленная

1. В. Контактная (сбросной канал в Москва реку)

2. Осадки в соотношении с водой 4:1:

2.А. Активный ил

2.Б. Сброженный осадок

2.В. Сырой осадок

3. Растворы солей свинца в среде Хогланда-Арнона:

3.А. Pb (NO3)2 (10-2 M) + Ca(NO3)2 + KNO3 + KH2PO4 + MgSO4 * 7H2O

3.Б. Pb (NO3)2 ( 10-3M) + Ca(NO3)2 + KNO3 + KH2PO4 + MgSO4 * 7H2O

3.В. Pb (NO3)2 (10-4 M) + Ca(NO3)2 + KNO3 + KH2PO4 + MgSO4 * 7H2O

4. Контактные пробы воды из реки Яуза и Джангаровского пруда с очистными сооружениями ГУП «Мосводосток».

4. А Яуза

4.Б. Джамгаровский пруд.

5. В качестве контроля использовали среду Хогланда-Арнона.

Перед помещением растений в растворы, проводили биометрические измерения растений, а так же были измерены отдельные параметры среды.

Для модельных опытов с тяжелыми металлами была выбрана азотнокислая соль свинца, потому что анион NO₃^- образует хорошо растворимые соли с металлами свинца и кадмия (Нестерова, 1989). Для изучения передвижения Pb по тканям и органам, эксперименты проводили в сосудах. Каждое исследуемое растение погружали в раствор соли различной концентрации на 3-5 дней. Контрольные растения выдерживали в среде Хогланда-Арнона.

Для характеристики проб необходимо было использовать реагент, который давал бы надежную цветную реакцию в разных тканях растений и обладал высокой чувствительностью тяжелым металлам ( Сендел, 1964; Перрин, 1967; Щербов и др., 1973). Наилучшие результаты были получены с использованием дитизона или дифенилтиокарбазона. Дитизон реагирует со следующими соединениями: металлы – Ag, Au, Cu, Bi, Fe, Hg, Mn, Mo; с солями образованными из органических соединений: R-Hg⁺, R₂-Sn₂⁺, R₃-Sn⁺, R₂-Ti⁺ и др.; в кислой среде реагирует только с Bi(III), Hg(II), Pb, Zn. Дитизон представляет собой черно – фиолетовые кристаллы, которые способны растворяться во многих органических растворителях. В органических растворителях, растворы дитизона имеют зеленую окраску (Сендель, 1964). Для приготовления раствора использовали 3 мг дитизона, разбавленные в 6 мл ацетона и 2 мл дистиллированной воды, с последующим добавлением 1-2 капель уксусной кислоты. Дитизон готовили непосредственно перед проведением опытов, так как он не подлежит продолжительному хранению.

Тяжелые металлы образуют комплексы соли-дитизонаты (рис.4) и зеленый цвет раствора переходит в красный (Швайкова, 1975)

Рис 4. Комплекс свинца с дитизоном .

2.5. Методика проведения работы.

2.5.1 Выращивание ряски малой в лабораторных условиях.

Для исследований отбирали здоровые на вид растения, выращенные в естественных и лабораторных условиях.

Данные растения помещали по одному в пробирку со средой объемом 10мл. Количество повторностей для каждого субстрата равно 10. Горлышко каждой пробирки заматывали клейкой лентой или пищевой пленкой (для предотвращения испарений), после чего пробирки помещали в программируемую климатическую камеру Fitron при температуре +23 градуса и освещению 5600 Lux (в соответствии с естественной температурой и освещенностью в день сбора ряски от 23 сентября 2012г, АБС Павловская Слобода, торфяной пруд).

2.5.2. Методы биометрического исследования.

Биометрические измерения проводили 1 раз в неделю на протяжении 2х недель с момента заложения опыта по четырем параметрам: длина, ширина и площадь листеца, длина корня (если имеется). Для измерений была разработана координатная сетка из миллиметровой бумаги где: по вертикали располагались наименования проб, а по горизонтали возле каждого наименования располагались номера пробирок. Площадь одного квадрата координатной сетки составляла 100мм².

Растения помещали в квадрат соответствующей пробе и номеру пробирки и фотографировали на зеркальную камеру Canon 500D с объективом efs 18-55mm kit. Полученные фотографии переносили на компьютер, где в дальнейшем проводили сбор и обработку данных в программе Exel.

2.5.3. Определение содержания хлорофилла.

Для исследования количества хлорофилла брали навеску (0,5г.) свежего растительного материала. Растирали в фарфоровой ступке на холоду с добавлением для, нейтрализации кислой среды, мела и 10-кратный раствор ацетона. После чего раствор центрифугировали при 5000об/5мин. Полученный экстракт из центрифужной пробирки сливали в мерный цилиндр и доводили до объема V=10ml (экстракт доводится до такой степени концентрации, что бы получить величину оптической плотность (Е) в пределах от 0,1 до 0,8 при λ_max).

Расчеты концентрации проводили по формуле Хольма-Ветштейна (в мг)

С_хл.а=9,784*E₆₆₂-0,990*E₆₄₄

С_хл.в=21,426*E₆₄₄-4,650*E₆₆₂

Далее определяли содержание пигмента в исследуемом матерале с учетом вытяжки и навески:

Где А- содержание пигмента, мг/г сырой массы; С- концентрация хлорофилла, мг/л; V-объем вытяжки, мл; P – навеска растительного материала, г сырой массы (Смашевский, 2011)

2.5.4 Методы изучения Ряски малой как эдификатора среды.

В каждом варианте опыта на протяжении всего исследования проводили измерения значения Ph среды Ph метром фирмы Startorius определяли наличие тяжелых металлов до начала опыта и после его окончания с помощью качественной реакции с реактивом «Дитизон».

3. Результаты исследования.

3.1 Результаты биометрического исследования.

Для исследования биометрических показателей мы использовали следующие критерии: длинна, ширина и площадь листеца; количество растений. Длина корня не учитывалась, так как корнеобразование ряски происходило не во всех пробах.

3.1.2 Биометрические показатели растений выращенных на сточных водах разной степени очистки.

В течение всего опыта мы наблюдали увеличение количества растений (табл. 1). На основе полученных данных по морфологии мы можем сделать вывод, что данные субстраты кроме сбросного канала являются нейтральными для произрастания ряски. В большем количестве растения имеют округлую форму листеца (рис. 10-12). Они бледно-зеленого цвета и почти не происходит корнеобразование. Механические повреждения и признаки голодания отсутствуют.

Таблица№1

Влияние сточных вод на размножение ряски.

Вариант	Начало опыта		Спустя 7 дней		спустя 14 дней
	Количество Ед %		Количество Ед %		Количество Ед %
Контроль	42	100	43	102	70	167
Поступающая	41	100	57	139	70	170
Осветленная	38	100	50	131	100	263
Сбросной канал	50	100	52	104	79	158

Ряска малая выращенная на сточных водах разной степени очистки в варианте опыта поступающая вода и осветленная оказывают действие на уровне контроля.

3.1.3 Биометрические показатели растений выращенных на осадках сточных вод.

В течение всего опыта мы наблюдали увеличение количества растений в активном иле (в 7 раз по отношению к началу опыта) и контроле (табл. №2). На основе полученных данных по морфологии можно сделать вывод, что активный ил является благоприятными для произрастания ряски. В активном иле растения имеют обратнояйцевидную форму листеца (рис. 13-15). Они темно зеленого цвета и образуются корни (рис. 16). Механические повреждения и признаки голодания отсутствуют.

В сброженном осадке происходит ингибирование роста растений (таблица№2). В вариантах опыта с сырым и сброженным осадках, растения переходят из зеленого в светло-зеленый и белый цвет, корнеобразование не происходит. Растения начинают гибнуть. Из повреждений проявляются хлорозы и некрозы на листецах растений (рис. 17).

Таблица№2

Влияние осадков сточных вод на размножение ряски.

Вариант	Начало опыта		Спустя 7 дней		спустя 14 дней
	Количество Ед %		Количество Ед %		Количество Ед %
Контроль	42	100	43	102	70	167
Сырой осадок	47	100	75	159	84	178
Активный ил.	33	100	115	348	232	703
Сброженный осадок	35	100	12	34	12	34

3.1.4 Биометрические показатели растений выращенных на растворах свинца.

В течение всего опыта мы наблюдали увеличение количества растений в растворе свинца в концентрациях 10^-4 М, 10^-3 М и в контроле. На основе полученных данных по морфологии (рис. 18-20) можно сделать вывод, что данные растворы не являются токсичными для произрастания ряски, хотя в растворе свинца в 10^-2М происходит ингибирование роста растений. Во всех вариантах опыта растения имеют обратнояйцевидную форму листеца. Они светло зеленого цвета, корнеобразование не происходит. Механические повреждения и признаки голодания отсутствуют.

Таблица№3

Влияние растворов свинца на размножение ряски.

Вариант	Начало опыта		Спустя 7 дней		спустя 14 дней
	Количество Ед %		Количество Ед %		Количество Ед %
Контроль	42	100	43	102	70	167
Pb(NO3)2x10-2	34	100	17	50	6	17
Pb(NO3)2x10-4	37	100	47	127	70	189
Pb(NO3)2x10-3	42	100	46	109	51	121

3.1.4 Биометрические показатели растений выращенных на субстратах из водоемов города.

В течение всего опыта мы наблюдали увеличение количества растений в субстрате взятом из реки Яуза (табл. №3) . На основе полученных данных по морфологии (рис. 21-23.) мы можем сделать вывод, что данный субстрат является неблагоприятными для произрастания ряски. Во всех вариантах опыта листецы растений в основном имеют круглую форму. Они светло зеленого цвета, корнеобразование не происходит. Механические повреждения и признаки голодания отсутствуют.

Таблица№4

Влияние субстратов из естественных водоемов на размножение ряски.

Вариант	Начало опыта		Спустя 7 дней		спустя 14 дней
	Количество Ед %		Количество Ед %		Количество Ед %
Контроль	42	100	43	102	70	167
Pb(NO3)2x10-4	34	100	17	50	6	17
Pb(NO3)2x10-3	37	100	47	127	70	189
Pb(NO3)2x10-2	42	100	46	109	51	121
Джамгаровский пруд	27	100	23	85	0	0
Яуза	33	100	52	157	70	212

3.2 Влияние субстратов на количество хлорофилла.

3.2.1 Влияние сточных вод на количество хлорофилла.

В данном варианте опыта мы наблюдаем, что количество хлорофилла у растений, выращенных в осветленной воде, совпадает с количеством хлорофилла в контрольных растениях (рис.24). Это нам указывает на то, что осветленная вода не влияет на содержание хлорофилла. Поступающая вода и вода сбрасываемая в Москва реку (сбросной канал) несколько снизила содержание хлорофилла (рис.24).

3.2.2 Влияние осадков сточных вод на количество хлорофилла.

Не смотря на то, что в опыте 3.1.3 произошло ингибирование роста растений, в данном варианте опыта наблюдается увеличение количества хлорофилла у растений, выращенных на осадках, намного выше, чем в контрольных растениях(рис.25). Самое большее количество хлорофилла содержится в растениях, выращенных на активном иле. Это указывает на то, что биологически активный ил положительно влияет на количество хлорофилла. Интересно отметить, что биологически активный или в течение всех опытов проявляет себя в качестве положительного субстрата. Это возможно связано с количеством органических и питательных веществ в субстрате.

3.2.3 Влияние растворов свинца на количество хлорофилла.

В данном варианте опыта очевидно, что количество хлорофилла у растений, выращенных в растворах свинца, ниже чем в контрольных растениях.

3.2.4 Исследование количества хлорофилла в растениях, выращенных на субстрате из городских водоемов.

В данном варианте опыта наблюдается, что количество хлорофилла у растений, выращенных на субстрате из реки Яуза, ниже количества хлорофилла в контрольных растениях. Это указывает на то, что вода сбрасываемая в реку положительно влияет на содержание хлорофилла.

3.3 Изучение воздействия Ряски малой на среду.

3.3.1. Наблюдение воздействия ряски на субстраты из осадков сточных вод.

В данном варианте опыта ряска значениям Ph защелачивает субстрат. В варианте опыта 1А и 1Б заметно уменьшение количества тяжелых металлов.

3.3.2. Наблюдение воздействия ряски на субстраты из осадков сточных вод.

В данном варианте опыта ряска по значениям Ph не особо сильно выщелачивает субстрат(рис. 30). В варианте опыта 2А, 2Б 2В очень хорошо заметно уменьшение количества тяжелых металлов с образованием вторичного дитизоната за счет изменения Ph среды (рис.31).

3.3.3. Наблюдение воздействия ряски на субстраты из растворов свинца.

В данном варианте опыта, очевидно, что ряска впитала в себя большое количество тяжелых металлов из раствора свинца в концентрации 10^-4 и частично поглотила в остальных вариантах, так же в этой концентрации раствора снижаются показатели Ph, что доказывает о том, что ряска прекрасный фиторемедиатор. По экстраполярным данным по окраске субстратов нитрата свинца дитизоном концентрация исходного вещества уменьшилась приблизительно в 10 раз.

3.3.4. Наблюдение свойств ряски как эдификатора на субстратах из водоемов.

В данном варианте опыта ряска по значениям Ph не особо сильно защелачивает субстрат. Так же замечено изменение окраски субстратов.

Обсуждение

Целью нашей работы являлось изучение возможности ряски малой в качестве фиторемедиатора в водоемах загрязненными тяжелыми металлами и другими токсическими веществами.

Для достижения данной цели мы провели исследования по изучению влиянию различных субстратов на рост и развитие ряски, также влияние самого растения на субстрат.

При изучении изменения морфологических признаков показано, что длина листеца растений очень сильно варьирует. Растения выращенные на сброженном и сыром осадках имели самую наименьшую длину (1-2мм) по сравнению с растениями, выращенными на водных растворах и контроле. Самые большие показатели по изменению длины листеца были в биологически активном иле (6-7мм).

Ширина листеца наоборот имеет стабильные показатели почти во всех вариантах опыта (не более 2мм). Площадь листеца, так же как и его ширина имеет стабильные показатели и может увеличиваться только при благоприятных условиях. На основе этих данных и данных полученными по длине и ширине вегетативных тел, очевидно токсическое действие на рост растений сброженного и сырого осадков. Растения при выращивании в них становятся слабыми, маленькими с округлыми листецами, и в конце опыта происходит их ингибирование.

При исследованиях по содержания хлорофиллов полученные данные о том, что осадки сточных вод и вода из реки Яуза оказывают положительное влияние на содержание хлорофилла, тогда как в растворах свинца и сточных водах происходит его уменьшение по большей части. Данные по содержанию хлорофилла В мы не можем учитывать, так как растение находилось под светом 24 часа в сутки.

При изучение вляния ряски на среду по полученным результатам Ph и поглощающей способности мы видим, что Ряска малая является прекрасным эдификатором среды. Связано это с тем, что основную роль в абсорбции минеральных веществ играет нижняя поверхность щитка, когда как корень выполняет функцию удержания растения на поверхности воды. При этом ряска в процессе фотосинтеза выделяет большое количество кислорода и является хорошим очистителем водоёмов (Грудзинская И. А).

По всем полученным результатам можно сделать вывод, что

Ряска малая является прекрасным фиторемедиатором. Ее можно использовать при очистке сточных вод, а также для очистки загрязненных водоемов.

Выводы

1. Все испытанные субстраты кроме активного ила оказывают ингибирование развития корня у ряски малой, не оказывают влияние на рост листеца в ширину и незначительно изменяется размер вегетативного тела в длину.

2. Ряска малая (Lemna minor L.) может быть использована в качестве биотеста, только при учете длинны листеца растения и количества растений.

3. Показано, что ряска малая значительно уменьшило количество тяжелых металлов во всех субстратах (сточные воды, осадки сточных вод, водоемы города Москва)

4. Ряску малую можно использовать в качестве фиторемидиатора. Она обладает мощной способностью поглощать и уменьшать количество тяжелых металлов и именно это является важным фактором для очистки водоемов. Так как в модельном опыте, растение показала себя устойчивым к воздействию тяжелых металлов по своим биометрическим и биохимическим показателям, то и можно предполагать то что к токсическим веществам она будет тоже устойчива.

Список литературы.

1. П. А. Волкова, А. Б. Шипунов СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ В УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТАХ. 2008. М: Экопресс, 60с.

2. Евилович А.З. Утилизация осадков сточных вод. 1989. М.: Строиздат. 310с.

3. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений.

Бесплатная библиотека стандартов и нормативов – 2001 –http://www.docload.ru/Basesdoc/9/9201/index.htm

4. Жэньминь Жибао, «Новый тип очистных сооружений», Китайский информационный центр – 2004 - http://russian.people.com.cn/31517/2964418.html.

5. Ивантер Э. В., Коросов А. В. Элементарная биометрия: Учеб. Пособие. 2005. ПетрГУ. –– Петрозаводск, 2005. –– 104 с.

6. Жмылев П. Ю., Кривохарченко И. С., Щербаков А. В. Семейство рясковые // Биологическая флора Московской области; М.: изд-во «Аргус», 1995.

7. Коцарь Е.М. Инженерные сооружения типа «биоплато» как блок доочистки и водоотведения с неканализованных территорий: Тез. докл. междунар. конф. «AQUATERRA». – СПб, 1999. С. 72-73.

8. Кравець В.В., Мережко О.І. Спосіб біологічного очищення поверхневих вод / Пат. 3550345/SU // Промисл. Вартість. 1983. № 3. 25. Knight R.I.

9. Кузнецов А. Е. Научные основы экобиотехнологии : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 07.01 «Биотехнология» и направлению подгот. 32.07.00 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»/ А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова. – М. : Мир, 2006. – 503 с.

10. Нестерова А.Н. Действие тяжелых металлов на корни растений. 1. Поступление свинца, кадмия и цинка в корни, локализация металлов и механизмы устойчивости растений//Биол. науки. 1989. №9. С. 72-86.

11. Пивень Е.А., Шураливин А.В., 2000. Использование осадков сточных вод //Агрохимический вестник. №6. С.36-37.

12. Перрин Д. Органические аналитические реагенты. М: Мир. 1967.- 407с.

13. Сендель Е. Колориметрические методы определения следов металлов. М.: Мир. 1964.-672 с.

14. Смашевский Н. Д. Практикум по физиологии растений : учебное пособие. Астрахань: Астраханский государственный университет, Издательский дом «Астраханский университет», 2011. –77с.

15. Тимофеева С.С. Биотехнология обезвреживания сточных вод // Хим. и технол. Воды. 1995. 17, № 5. С. 525-532.

16. Храменков С.В., Загорский В.А., Курятникова И.В., Вандергюхт Л.Е., Алексеева Г.К., Деменкова Т.П., 1998// 100 лет канализации Москвы. М.: Прима-Пресс. 504с.

17. Храменков С.В., Пахомов А.Н., Данилович Д.А., Бакулин С.М., Поршнев В.Н,, Коверга А.В., Хамидов М.Г., 2008. Обработка осадков станций водоподготовки. Канализация Москвы: десять лет в новом веке. М.: ООО «Современная полиграфия».

18. Швайкова М.Д. Токсилогическая химия. 1975 М.: Изд-во «Медицина» 100с.

19. Blankenberg A.-G.B., Braskerud B.C. «LIERDAMMEN » – a wetland testfield in Norway. Retention of nutrients, pesticides and sediments from a agriculture runoff: Diffuse Pollut. Conf., Dublin, 2003.

20. Dawson G.F., Loveridge R.F., Bone D.A. Grop production and sewage treatment using gravel bed hydroponic erridation // Ibid. 1989. 21, N 2 P. 57-64.

21. Gleichman-Verheyc E.G., Putten W.H., Vander L. Alvalwaterzuvering met helofytenfilters, een aalbaarheidsstudie // Tijdschr. watervoorz. en. afvalwater. 1992. 25, N 3. Р. 56-60.

22. Lloyd S.D., Fletcher T.D., Wong T.H.F., Wootton R.M. (Australia). Assessment of Pollutant Removal Performance in a Bio-filtration System: Preliminary Results, аnd South Pacific Stormwater Conf.; Rain the Forgotten Resource, 27-29 June 2001, Auckland, New Zealand. — P. 20-30.

23. http://www.mosvodokanal.ru

24. http://www.mosvodostok.com/

25. http://images.yandex.ru