Министерство образования и науки Украины
Главное управление образования и науки
Харьковской облгосадминистрации
Харьковское территориальное объединение МАН Украины
-
Отделение: Экология и аграрные науки
Секция: Охрана окружающей среды и
экологический мониторинг
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ПАРАМЕЦИЙНЫМ МЕТОДОМ
-
Роботу выполнила:
Руководитель работы:
Харьков – 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ | 3 |
| ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ | 5 |
| 1.1. Нормативы качества питьевой воды в Украине | 5 |
| 1.2. Проблемы качества питьевой воды в Украине | 16 |
| 1.3. Вода в питании человека | 18 |
| 1.4. Эколого-биологическая характеристика класса инфузории (Infusoria, или Ciliata) | 20 |
| РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЙ | 29 |
| 2.1. Техника отбора проб воды для биотестирования | 29 |
| 2.2. Методика биотестирования по снижению прироста количества инфузорий | 30 |
| РОЗДІЛ 3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ | 34 |
| 3.1. Влияние условий вращения на жизнеспособность и чувствительность дафний к модельным токсикантам | 34 |
| 3.2. Отбор проб и проведение биотестирование воды с различных источников водоснабжения | 36 |
| ВЫВОДЫ | 38 |
| ЛИТЕРАТУРА | 39 |
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Одним из факторов, от которого напрямую зависит здоровье населения, является количество и качество питьевой воды. Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства.
Ввиду высокой степени изношенности большинства муниципальных водопроводов Украины, качество воды на разных участках распределительной сети может существенно отличаться в худшую сторону от нормативно задекларированных показателей.
Бутилированная вода проходит санитарно-эпидемиологический контроль, но по сути 5% из партии не исключают наличия подделок, то использование воды артезианских скважин, природных источников и тем более «бочковой», вызывает вопрос о потенциальной опасности либо безопасности объекта. Существующие физико - химические методы анализа количественного и качественного состава поллютантов, присутствующих в питьевой воде, не дают ответа на основной вопрос о характере и синергетическом эффекте их действия на организм человека [3]. Кроме того, иногда нельзя вовремя и быстро получить информацию о качестве питьевой воды в собственном ключе. Поэтому все популярнее становятся независимые исследования и методика биотестирования. В качестве первоочередного тест-объекта при выявлении потенциально опасных источников загрязнения пресноводных водоемов токсическими веществами приемлемо использовать представителей класса Инфузории (Ciliata). Этот тест-объект был применен для анализа минеральной бутилированной воды, распространяемой через торговую сеть Харькова и Харьковской области.
Проблема оценки потенциальной токсичности фасованной воды методом биотестирования, поступающей потребителю в стеклянной или полиэтиленовой таре через систему торговых точек, до последнего времени не решалась совсем. Основными причинами этого были отсутствие нормативных документов, регламентирующих оценки с помощью биокультур качества бутылированной воды.
Цель исследований: определить степень токсичности питьевой воды города Харькова.
Объект исследования: экологическое состояние питьевой воды.
Предмет исследования: токсическое действие питьевой воды на культуру парамеций.
Задачи научного проекта:
Провести литературный обзор экологической ситуации загрязнения питьевой воды;
сделать отбор проб воды с источников водоснабжения и хозяйственно – питьевых водопроводов.
провести биотестирование воды с источников водоснабжения на чувствительность тестовой культуры;
определить период адаптации инфузорий к токсическим веществам.
Исследования по данной теме научного проекта были выполнены на кафедре ботаники естественного факультета ХНПУ имени Г. С. Сковороды.
ГЛАВА 1
ОБЗОР НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Нормативы качества питьевой воды в Украине
Важнейшим условием рациональной организации питьевого водоснабжения является разработка обоснованных гигиенических норм, гарантирующих высокое качество питьевой воды. Сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика инфекционных и неинфекционных (соматических) заболеваний, создание необходимых санитарно-бытовых условий для людей могут быть достигнуты только в случае соответствия качества питьевой воды установленным нормативам. Согласно статье 18 Закона Украины «Об обеспечении санитарного и эпидемического благополучия населения» от 24 февраля 1994 г., органы исполнительной власти, местного и регионального самоуправления обязаны обеспечить жителей городов и других населенных пунктов питьевой водой, количество и качество которой должны соответствовать требованиям санитарных норм и государственного стандарта.
В соответствии с требованиями, сформулированными гигиенистами Украины и России, питьевая вода, непосредственно используемая населением, должна быть доброкачественной, то есть иметь благоприятные органолептические свойства, безвредной по химическому составу и содержанию радионуклидов, безопасной в эпидемическом отношении и физиологически полноценной.
На основании статьи 28 Закона Украины «О питьевой воде и питьевом водоснабжении» от 10 января 2002 г., нормирование показателей качества питьевой воды проводится путем установления этих показателей в государственных стандартах на питьевую воду и санитарном законодательстве.
В настоящее время в Украине качество воды централизованного питьевого водоснабжения регламентируется ГОСТом 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством». Одновременно Приказом Министерства охраны здоровья Украины от 12.05.2010 №400 утверждены Государственные санитарные нормы и правила «Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» (ГСанПиН). Показатели качества питьевой воды, предусмотренные указанными нормативами, имеют некоторые отличительные черты, о которых будет указано ниже в текстовом материале и таблицах.
Согласно нормативным требованиям, все показатели качества питьевой воды можно разделить на следующие основные группы:
1) органолептические показатели (включая химические вещества, влияющие на органолептические свойства воды);
2) токсикологические показатели безвредности химического состава воды;
3) показатели эпидемической безопасности воды.
Кроме того, ГОСТом 2874-82 и ГСанПиН нормируется содержание остаточного хлора в питьевой воде, а ГСанПиН предусмотрены концентрация остаточного озона, показатели радиационной безопасности и показатели физиологической полноценности минерального состава питьевой воды.
Органолептические показатели (свойства) воды - это признаки, которые воспринимаются органами чувств и оцениваются по интенсивности их проявления. Эти показатели еще называются физико-органолептическими.
Запах обусловлен способностью содержащихся в воде химических веществ природного и техногенного происхождения испаряться и вызывать раздражение обонятельных рецепторов слизистых оболочек носа, вызывая соответствующее ощущение.
Запахи различаются по характеру и интенсивности. По характеру запахи бывают природные (болотный, затхлый, травяной и т.д.), специфические, вызванные техногенными причинами (аптечный, хлорфенольный и т.д.) и неопределенные.
Согласно опубликованным сведениям, с целью характеристики интенсивности запахов воды в США еще в 1914 г. предложили пяти-бальную шкалу: 0 — без запаха; 1 — очень слабый, который потребитель не выявляет, но чувствует опытный специалист-одоратор; 2 — слабый, потребитель ощущает только в случае, если обратить его внимание; 3 — заметный, потребитель легко выявляет и отрицательно реагирует; 4 — четкий, вода непригодна для употребления; 5 — очень сильный, вода непригодна для употребления. Указанная шкала в настоящее время применяется в Украине, России и многих других странах.
При повышении температуры увеличивается летучесть растворенных в воде органических веществ, что приводит к усилению запахов. Качественной считается вода, не имеющая запаха. Согласно требованиям ГОСТа 2874-82 и ГСанПиН, интенсивность запаха питьевой воды не должна превышать 2 баллов при температуре 20° С и при нагревании до 60° С (табл. 1.1.1).
Таблица 1.1.1
Органолептические показатели (свойства) питьевой воды
| Показатели | Нормативы (не более) | |
| ГОСТ2874-82 | ГСанПиН | |
| Запах, быллы | 2 | 2* |
| Вкус и привкус, баллы | 2 | 2* |
| Цветность, градусы | 20 (35) | 20 (35) |
| Мутность, мг/л | 1,5 (2,0) | 0,5 (1,5) |
Вкус и привкус обусловлены способностью содержащихся в воде химических веществ вызывать раздражение вкусовых рецепторов поверхности языка и вызывать соответствующее ощущение.
Вкусы по характеру различают: соленый, горький, кислый и сладкий. Остальные — привкусы: болотный, металлический, щелочной, нефтепродуктов и другие.
Запах, вкус и привкус воды являются важными гигиеническими показателями качества питьевой воды по следующим причинам:
неприятные запах, вкус и привкус воды резко ограничивают ее использование;
специфические запах, вкус и привкус свидетельствуют о загрязнении воды вследствие попадания в источник водоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, хозяйственно-бытовых или интенсивно загрязненных ливневых сточных вод вследствие хозяйственной деятельности человека;
природный запах, вкус и привкус указывают на наличие в воде органических и неорганических веществ, которые образовались в результате жизнедеятельности водных организмов и биохимических процессов переработки органических соединений (гуминовых веществ), попавших в воду из почвы.
Для оценки интенсивности вкусов и привкусов воды применяется также пятибалльная шкала, как и при оценке запахов.
Качественной считается вода, не имеющая вкуса и привкуса. Согласно требованиям ГОСТа 2874-82 и ГСанПиН, интенсивность этих показателей для питьевой водопроводной воды не должна превышать 2 баллов.
Цветность - природное качество воды, которое зависит от количества находящихся в ней гуминовых органических веществ, поступающих в воду из почвы. Указанные вещества получили свое название от слова «гумус». Гумус — это органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов. Гумус состоит из гуминовых кислот, фульвокислот, гумина, ульмина и имеет темную окраску. Поэтому гуминовые вещества придают воде окраску от желтой до коричневой.
Цветность воды измеряют в градусах путем сравнения ее интенсивности с окраской стандартных растворов специальных шкал. Согласно требованиям ГОСТа 2874-82 и ГСанПиН, цветность питьевой воды не должна превышать 20 градусов. В тоже время, указанными нормами по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы (в паводковый период), с учетом конкретной ситуации допускается цветность 35 градусов.
Мутность воды - содержание взвешенных веществ в единице объема смеси воды и этих веществ. Природная мутность воды обусловлена содержанием взвешенных веществ органического и неорганического происхождения (глины, ила, органических коллоидов, планктона и т.д.).
Противоположностью мутности является прозрачность, то есть свойство воды пропускать световые лучи. Чем больше мутность воды, тем меньше ее прозрачность. Для оценки прозрачности воды предложен метод Снеллена. Воду наливают в стеклянный прозрачный цилиндр с плоским дном, на расстоянии 4 см ниже которого размещают стандартный шрифт с высотой букв 4 мм и толщиной 0,5 мм. Прозрачной по этому методу считается вода с прозрачностью не менее 30 см, когда шрифт читается через указанную высоту водного столба.
Для определения уровня мутности воды используется имитирующая каолиновая шкала - набор суспензий белой глины (каолина) в дистиллированной воде. Мутность воды (в мг/л) определяют путем сравнения ее оптической плотности с плотностью стандартных растворов каолина.
Согласно требованиям ГОСТа 2874-82, мутность питьевой воды не должна превышать 1,5 мг/л, в то же время, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы (в паводковый период) допускается мутность до 2,0 мг/л. ГСанПиН установлен норматив мутности 0,5 мг/л, однако с учетом конкретной ситуации допускается мутность до 1,5 мг/л.
Химические вещества, влияющие на органолептические свойства воды, - это вещества, встречающиеся в природных водах или добавляемые к воде в процессе обработки. Их называют еще химико-органолептическими показателями.
Согласно требованиям ГОСТа 2874-82 и ГСанПиН, к этим показателям относят водородный показатель (рН), концентрацию железа, жесткость общую, содержание сульфатов, сухого остатка (общую минерализацию), хлоридов, меди, марганца. В ГСанПиН из нормативов качества воды исключены, предусмотренные ГОСТом 2874-82 полифосфаты остаточные и цинк, однако добавлены хлорфенолы (табл. 1.1.2).
Таблица 1.1.2
Показатели, влияющие на органолептические свойства воды
| Показатели | Нормативы (не более) | |
| ГОСТ2874-82 | ГСанПиН | |
| Водородный показатель, pH | 6,0 - 9,0 | 6,5 - 8,5 |
| Железо (Fe), мг/л | 0,3 (1,0) | 0,3 |
| Жесткость общая, мг-экв/л | 7,0 (10,0) | 7,0 (10,0) |
| Сульфаты, мг/л | 500 | 250 (500) |
| Сухой остаток, мг/л | 1000 (1500) | 1000 (1500) |
| Полифосфаты остаточные, мг/л | 3,5 | - |
| Хлориды, мг/л | 350 | 250 (350) |
| Медь (Cu), мг/л | 1,0 | 1,0 |
| Марганец (Mn), мг/л | 0,1 | 0,1 |
| Цинк (Zn), мг/л | 5,0 | - |
| Хлорфенолы, мг/л | - | 0,0003 |
Примечание: обозначенные в скобках величины допускаются с учетом конкретной ситуации (например для водопроводов, подающих воду без специальной обработки); согласно требованиям ГОСТа 2874-82, сумма концентраций хлоридов и сульфатов, выраженных в долях предельно допустимых концентраций каждого из этих веществ в отдельности, не должна превышать 1 (единицы).
Водородный показатель (рН) - природное качество воды, обусловленное наличием свободных ионов водорода. Вода большинства поверхностных водных источников имеет рН, равное 6,5-8,5, а подземных вод — 6,0-9,0. Изменение водородного показателя воды свидетельствует о загрязнении источника водоснабжения кислыми или щелочными сточными водами.
Железо (Fe). Концентрация Fe в природной воде колеблется в пределах от 0,01 до 26,0 мг/л. При содержании Fe в питьевой воде более 1 мг/л, такая вода имеет терпкий привкус. Концентрация железа в питьевой воде централизованного водоснабжения может возрастать при использовании чугунных и стальных водопроводных труб в случае неустойчивого водоснабжения — после временного прекращения подачи воды потребителям, колебания давления в водопроводной сети.
Жесткость общая - природное свойство воды, обусловленное содержанием растворенных в ней солей щелочноземельных металлов — кальция, магния (а также сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов и др.). Различают устранимую и постоянную жесткость.
Устранимая, или гидрокарбонатная, жесткостьобусловлена наличием гидрокарбонатов Са2+ и Mg2+, которые во время кипячения воды превращаются в нерастворимые карбонаты и выпадают в садок, образуя накипь.
Постоянной называется жесткость, которая остается после длительного (1 час) кипячения воды и обусловлена наличием Хлоридов и сульфатов Са2+ и Mg2+, не выпавших в осадок.
Установлено, что значительное содержание в воде солей жесткости придает воде горький вкус, который ощущается, если общая жесткость превышает 7 мг-экв/л. Оптимальной считается вода средней жесткости - от 3,5 до 7,0 мг-экв/л. Согласно требованиям ГСанПиН, физиологически полноценной по минеральному составу признана питьевая вода с общей жесткостью от 1,5 до 7,0 мг-экв/л.
Сульфаты и хлоридыраспространены в природной воде в виде солей натрия, калия, кальция, магния и других металлов. Присутствие хлоридов и сульфатов в воде водных объектов может быть обусловлено причинами природными (проникновение из почвы) и антропогенными (загрязнение водоемов сточными водами). Сульфаты и хлориды влияют на органолептические свойства питьевой воды, первые придают ей горький, а вторые — соленый вкус.
Сухой остаток (общая минерализация) - это количество растворенных веществ, в основном минеральных солей, в 1 л воды.
Наблюдения показали, что горький или соленый вкус питьевой воды не ощущается в том случае, если общая минерализация не превышает 1000 мг/л. Именно такую воду называют пресной. Оптимальной считается вода с содержанием сухого остатка 300-500 мг/л. Согласно ГСанПиН, физиологически полноценной признана питьевая вода с содержанием сухого остатка от 100 до 1000 мг/л.
Медь (Сu). Обычно содержание меди в воде находится в пределах от 0,01 до 0,5 мг/л. В случае превышения содержания меди в воде 5,0 мг/л вода приобретает неприятный терпкий привкус. Согласно опубликованным данным, в случае содержания меди в воде выше 1,0 мг/л отмечается окрашивание белья во время стирки и коррозия алюминиевой посуды. Медь малотоксична. В концентрациях, которые не ухудшают органолептические свойства воды, отрицательное влияние меди на организм человека не установлено. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 1,0 мг/л.
Марганец (Мn). Содержание марганца в природных водах колеблется до нескольких мг в 1 л. В концентрациях, превышающих 0,15 мг/л, марганец вызывает окрашивание воды в розовый цвет и придает ей неприятный вкус. Образуется накипь на посуде. Во время стирки такой водой окрашивается белье.
Содержание марганца в питьевой воде не должно превышать 0,1 мг/л.
Цинк (Zn).При употреблении питьевой воды с концентрацией соединений цинка выше 5,0 мг/л ощущается неприятный вяжущий привкус.
Соединения цинка в воде малотоксичны и при содержании, не ухудшающем органолептические свойства, впедное влияние этих соединений на организм не установлено. Содержание цинка в питьевой воде не должно превышать 5,0 мг/л.
Токсикологические показатели безвредности химического состава - это показатели, характеризующие отсутствие в воде вредных химических веществ (компонентов) в концентрациях, которые могут отрицательно влиять на здоровье человека и вызывать различные заболевания.
Токсикологические показатели безвредности химического состава питьевой воды централизованного питьевого водоснабжения регламентируются ГОСТом 2874-82 и ГСанПиН (табл. 1.1.3).
В ГСанПиН к перечню токсикологических показателей безвредности химического состава питьевой воды введены:
из металлов барий и никель;
органические компоненты, из них тригалометаны (в том числе, хлороформ, дибромхлорметан, тетрахлороуглерод) и пестициды;
интегральные показатели (перманганатная окисляемость и общий органический углерод).
Однако из перечня токсикологических показателей ГСанПиН исключены бериллий, молибден, полиакриламид остаточный и стронций.
Перманганатная окисляемость (КМnO4) — это количество кислорода (мг), необходимого для химического окисления органических и неорганических веществ (солей двухвалентного железа, сероводорода, аммонийных солей, нитритов и т.д.), содержащихся в 1 литре воды. Увеличение перманганатной окисляемости более 4,0 мг O2 на 1 л свидетельствует о возможном загрязнении источника воды веществами органического и минерального происхождения. Минимальной окисляемостью (до 2,0 мг O2 на 1 л) обычно характеризуются артезианские воды.
Согласно требованиям ГСанПиН, вода не должна содержать токсические компоненты (ртуть, таллий, кадмий, нитриты, цианиды, хром+6,1,1-дихлорэтилен, 1,2-дихлорэтан, бензапирен) в концентрациях, которые определяются стандартными методами исследований.
ГОСТом 2874-82 и ГСанПиН нормируется в питьевой воде после резервуаров чистой воды содержание остаточного свободного хлора 0,3-0,5 мг/л (при контакте хлора с питьевой водой не менее 30 мин) и остаточного связанного хлора 0,8-1,2 мг/л (при контакте хлора с питьевой водой не менее 60 мин). При обезвреживании воды озоном концентрация остаточного озона после камеры смешения должна быть 0,1-0,3 мг/л.
ГСанПиН предусмотрены показатели радиационной безопасности питьевой воды: общая объемная активность а-излучателеи не более 0,1 Бк/л, а общая объемная активность -излучателей не более 1,0 Бк/л.
Таблица 1.1.3
Токсикологические показатели безвредности химического
состава питьевой воды
| Показатели | Нормативы (не более) | |
| ГОСТ2874-82 | ГСанПиН | |
| Алюминий (Al) | 0,5 | 0,2 (0,5)* |
| Барий (Ba) | - | 0,1 |
| Бериллий (Be) | 0,0002 | - |
| Молибден (Mo) | 0,25 | - |
| Мышьяк (As) | 0,05 | 0,01 |
| Полиакриломид остаточный | 2,0 | - |
| Показатели | Нормативы (не более) | |
| ГОСТ2874-82 | ГСанПиН | |
| Селен (Se) | 0,001 | 0,01 |
| Свинец (Pb) | 0,03 | 0,01 |
| Стронций (Sr) | 7,0 | - |
| Никель (Ni) | - | 0,1 |
| Нитраты | 45,0 | 45,0 |
| Фтор (F) для климатических поясов: I-II III IV | 1,5 1,2 0,7 | 1,5 |
| Органические компоненты | ||
| Тригалометаны (ТГМ, сумма) | - | 0,1 |
| Хлороформ | - | 0,06 |
| Дибромхлорметан | - | 0,01 |
| Тетрахлоруглерод | - | 0,002 |
| Пестициды (сумма) | - | 0,0001** |
| Интегральные показатели | ||
| Перманганатная окисляемость | - | 4,0 |
Проблемы качества питьевой воды в Украине
На сегодняшний день одной из наиболее актуальных проблем в Украине является питьевая вода. Высококачественная питьевая вода в количестве, удовлетворяющем основные потребности человека, является одним из условий укрепления здоровья людей и устойчивого развития государства в целом. Несоблюдение стандарта качества питьевой воды, приведёт к неблагоприятным как краткосрочным, так и долгосрочным последствиям для здоровья и благополучия населения. Две трети украинцев потребляют воду из рек, озер и водохранилищ, а одна треть - получают воду из подземных источников. Основной источник питьевой воды в Украине – Днепр.
По данным Украинского государственного научно - исследовательского института “УкрВОДГЕО”, 69% всей питьевой воды не соответствует установленным санитарным нормам . Рассмотрим основные причины такого состояния. В Украине наблюдается неравномерное распределение питьевой воды по регионам. В Донецкой, Запорожской, Днепропетровской, Николаевской, Херсонской и Одесской областях на 1 км2 поверхности приходится всего от 5-10 до 40 тыс . м3 воды , включая подземные источники , то есть 120-400 м3 на одного человека. Это в 15-20 раз меньше, чем в западных областях Украины (Львовская, Ровенская , Ивано - Франковская, Закарпатская, Тернопольская). Наблюдается также неравномерное распределение питьевой воды в городской и сельской местности.
В крупных городах (Одесса, Донецк, Харьков) на одного человека приходится в среднем 400 литров в сутки , при среднем значении по Украине - 250 литров. В сельской местности – 35-40 литров. Не все области Украины имеют одинаковое качество питьевой воды. Качество воды большинства областей по химическому и бактериальному составу классифицируется как загрязненная и грязная (IV-V класс качества).
Самыми загрязненными, с точки зрения питьевой воды, являются следующие регионы: бассейн реки Днепр, Северского Донца, реки Приазовья, отдельные притоки Днестра, Западного Буга. В зону наиболее критических регионов входят Одесская, Донецкая, Харьковская, Днепропетровская, Запорожская, Херсонская и Николаевская области. В этих областях качество воды классифицируется как очень грязная (VI класс). В этих регионах из - за антропогенного загрязнения (промышленность , бытовые сточные воды), а также из - за изношенности очистных сооружений люди зачастую пьют техническую воду, отклонения от нормы которой порой составляет до 80 процентов. Наиболее чистыми регионами, с точки зрения питьевой воды, являются западные области Украины (кроме Львова): Ровенская, Тернопольская, Ивано - Франковская, Волынская и другие. Довольно благоприятная ситуация в Сумской, Полтавской и Черниговской областях.
Для большинства регионов Украины характерны общие проблемы, связанные с качеством питьевой воды: антропогенное загрязнение источников водоснабжения; избыточное хлорирование; вторичное загрязнение.
Антропогенное загрязнение источников водоснабжения связано с огромными выбросами неочищенной воды промышленными предприятиями Украины, а также канализационными сетями городов. По оценкам специалистов, очищается не более 30 процентов всей воды. Огромное количество вредных веществ: тяжелых металлов, ядохимикатов, отходов различных химических веществ, сбрасывается сегодня в реки. И, в первую очередь, в Днепр. На Днепре расположено 50 больших городов и промышленных центров, около 10 тысяч предприятий, более тысячи коммунальных хозяйств. Только канализационные системы городов Днепропетровска и Запорожья ежегодно сбрасывают в него сточных вод соответственно 196 и 172 млн . м3. Так же на качество воды влияет количество и частота осадков и экологическая ситуация в регионе. Атмосферные осадки в виде дождя несут с собой нерастворенные частицы: пыль, вулканический пепел, пыльцу растений, бактерии, грибковые споры, а иногда и более крупные микроорганизмы. Океан является источником загрязнения дождевой воды различными солями: хлорида, сульфата, натрия, магния, кальция и калия. Промышленные выбросы в атмосферу загрязняют осадки, в основном за счет органических растворителей: оксидов азота и серы, являющихся так же причиной выпадения «кислотных дождей». Негативное влияние на качество воды имеют химикаты, применяемые в сельском хозяйстве. Таким образом, качество питьевой воды – критический фактор жизнедеятельности человека, особенно в городе. Необходимо и в дальнейшем разрабатывать и внедрять мероприятия по улучшению качества воды для населения, предусматривая на эти цели крупные объемы денежных средств.
Вода в питании человека
Согласно нутрициологии (науки о питании) [20] вода является одной из важных составных частей пищи. Для жизнедеятельности организма вода более важна, чем другая пища, и по своему значению она стоит на втором месте после кислорода. Это связано прежде всего с тем, что вода имеет чрезвычайное значение во многих процессах обмена веществ. В частности, она принимает участие в теплорегуляции организма, тесно связана с минеральным обменом веществ, участвует в набухании коллоидов, обеспечивает осмотическое и коллоидно - осмотическое давление ( вместе с минеральными веществами), влияет на секреторную и экскреторную функции желез, принимает участие в процессах пищеварения и так далее.
Именно с этим и вызван большой интерес к качеству питьевой воды в научных кругах. Исследование условий жизни и питания регионов нашей планеты, где проживает много долгожителей, показали, что все они в течение жизни употребляли чистую, мягкую, мало минерализованную воду. Так, жители Нагорного Карабаха, Дагестана, Абхазии и других горных районов употребляют преимущественно ледниковую, мягкую воду. Особенность питьевой воды Японии проявляется тем, что она имеет малую общую минерализацию и низкое содержание кальция до 15 мг/дм3. Это связано с тем, что Японские острова образовались из магматической породы. Продолжительность жизни японцев самая высокая на планете. Эти факты свидетельствуют о том, что одним из факторов долгожительства является состав и качество воды. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) по средней продолжительности жизни можно отметить, что самые верхние ячейки статистической таблицы занимают страны двух типов: страны, где сложились природные благоприятные условия - в достаточном количестве естественная маломинерализованная, чистая вода, и страны, где нет естественной маломинерализованной питьевой воды, но государством установлены жесткие стандарты на питьевую воду, используется современное оборудование для очистки воды [20].
Украина по данным ВОЗ занимает 146 место по средней продолжительности жизни в мире. Согласно действующему в Украине ГОСТ 2874-82, качество воды должно контролироваться по 28 критериям, а по стандартам США питьевая вода обязательно должна контролироваться 79 критериям, из них 23 относятся к особо опасным. Эти соединения даже в небольших концентрациях увеличивают риск онкозаболеваний.
Химический состав природной воды в Украине формировался под влиянием известняковых отложений морских пород. Поэтому к качеству питьевой воды необходимо уделить большое внимание. Так , международная компания- производитель безалкогольных напитков «Кока-Кола», проанализировала образцы украинской воды в европейских лабораториях на качество и безопасность по следующим показателям: 12 физико - химических и органолептических показателей, 20 видов катионов, 12 видов анионов, 7 бензольных соединений, 50 эфиросодержащих органических соединений, 22 фенольных соединений, 82 вида пестицидов, 17 видов полициклических ароматических углеводородов, 7 типов микробиологических показателей, общий и свободный хлор. По многим показателям именно артезианская вода Юрского и Семанського горизонтов соответствовала международным стандартам на питьевую воду. Эти горизонты образовались сотни миллионов лет назад, вода добывается с глубины более 220 м , именно поэтому она сохранила свою природную формулу и химический состав. Крупные компании - производители на Украине в производстве питьевой воды и безалкогольных напитков используют артезианскую воду именно этих горизонтов.
Для получения напитков с высокими и стабильными показателями качества к воде как сырья безалкогольного производства и изготовления соковой продукции ставят более высокие рамки требования, чем к питьевой. Производители проводят модернизацию производственных линий путем установки современных фильтров для очистки и дезинфекции воды. Так, питьевая вода «Бонаква» за 56 показателям качества и безопасности соответствует нормам (согласно ДСанПиН Украины) именно благодаря использованию артезианских источников природной воды и установленным системам водоочистки [20] .
Таким образом, для повышения уровня жизни украинского европейским нормам вода, которую мы потребляем, должна соответствовать международным стандартам качества и безопасности.
Эколого-биологическая характеристика класса инфузории
(Infusoria, или Ciliata)
Простейшие этого обширного по количеству видов - около 6 тыс. - класса широко распространены в природе [26]. К ним относятся многочисленные обитатели морских и пресных вод. Некоторые виды приспособились к жизни во влажной почве. Немалое количество видов инфузорий ведет паразитический образ жизни. Хозяевами для паразитических инфузорий являются самые разнообразные беспозвоночные и позвоночные животные до высших обезьян и человека включительно.
По сравнению с другими группами простейших инфузории имеют наиболее сложное строение, что связано с разнообразием и сложностью их функций.
Инфузория туфелька (Paramecium caudatum). Широко распространенны в мелких пресноводных водоемах инфузории рода Paramecium. Этих инфузорий очень легко развести в небольших аквариумах, если залить прудовой водой обычное луговое сено. В таких настойках развивается множество различных видов простейших и почти всегда развиваются инфузории туфельки. При помощи обычного учебного микроскопа можно рассмотреть многое из того, о чем будет дальше рассказано.
Рис. 1.4.1. Paramecium caudatum J. (увеличение Х40).
Среди простейших инфузории туфельки являются довольно крупными организмами. Длина тела их около 1/6-1/5 мм.
Инфузория туфелька находится в непрерывном довольно быстром движении. Скорость его (при комнатной температуре) около 2,0-2,5 мм/сек. Траектория движения туфельки довольно сложна. Она движется передним концом прямо вперед и при этом вращается вправо вдоль продольной оси тела.
Столь активное движение туфельки зависит от работы большого количества тончайших волосковидных придатков - ресничек, которые покрывают все тело инфузории. Количество ресничек у одной особи инфузории туфельки равняется 10-15 тыс.!
Каждая ресничка совершает очень частые веслообразные движения - при комнатной температуре до 30 биений в секунду. Во время удара назад ресничка держится в выпрямленном положении. При возвращении же ее в исходную позицию (при движении вниз) она движется в 3-5 раз медленнее и описывает полукруг.
При плавании туфельки движения многочисленных покрывающих ее тело ресничек суммируются. Действия отдельных ресничек оказываются согласованными, в результате чего получаются правильные волнообразные колебания всех ресничек. Волна колебания начинается у переднего конца тела и распространяется назад. Одновременно вдоль тела туфельки проходят 2-3 волны сокращения. Таким образом, весь ресничный аппарат инфузории представляет собой как бы единое функциональное физиологическое целое, действия отдельных структурных единиц которого (ресничек) тесно связаны (координированы) между собой.
Направление и быстрота движения туфельки не являются величинами постоянными и неизменными. Туфелька, как и все живые организмы (мы видели это уже на примере амебы), реагирует на изменение внешней среды изменением направления движения.
Все цитоплазматическое тело инфузории отчетливо распадается на 2 слоя: наружный - более светлый (эктоплазма) и внутренний - более темный и зернистый (эндоплазма). Самый поверхностный слой эктоплазмы образует наружную очень тонкую и вместе с тем прочную и эластичную оболочку - пелликулу, которая играет важную роль в сохранении постоянства формы тела инфузории.
В наружном слое (в эктоплазме) тела живой туфельки хорошо видны многочисленные коротенькие палочки, расположенные перпендикулярно к поверхности. Эти образования носят название трихоцисты. Функция их очень интересна и связана с защитой простейшего. При механическом, химическом или каком-либо ином сильном раздражении трихоцисты с силой выбрасываются наружу, превращаясь в тонкие длинные нити, которые поражают хищника, нападающего на туфельку. Трихоцисты представляют собой мощную защиту. Они располагаются закономерно между ресничками, так что число трихоцист приблизительно соответствует числу ресничек. На месте использованных ("выстреленных") трихоцист в эктоплазме туфельки развиваются новые.
На одной стороне, приблизительно по середине тела, у туфельки имеется довольно глубокая впадина. Это ротовая впадина, или перистом. По стенкам перистома, так же как и по поверхности тела, расположены реснички. Они развиты здесь гораздо более мощно, чем на всей остальной поверхности тела. Эти тесно расположенные реснички собраны в две группы. Функция этих особо дифференцированных ресничек связана не с движением, а с.
Туфельки относятся к числу инфузорий, основную пищу которых составляют бактерии. Наряду с бактериями они могут заглатывать и любые другие взвешенные в воде частицы независимо от их питательности. Околоротовые реснички создают непрерывный ток воды со взвешенными в ней частицами в направлении ротового отверстия, которое расположено в глубине перистома. Мелкие пищевые частицы (чаще всего бактерии) проникают через рот в небольшую трубковидную глотку и скапливаются на дне ее, на границе с эндоплазмой. Ротовое отверстие всегда открыто. Пожалуй, не будет ошибкой сказать, что инфузория туфелька - одно из самых прожорливых животных: она непрерывно питается. Этот процесс прерывается только в определенные моменты жизни, связанные с размножением и половым процессом.
Скопившийся на дне глотки пищевой комочек в дальнейшем отрывается от дна глотки и вместе с небольшим количеством жидкости поступает в эндоплазму, образуя пищеварительную вакуолю. Последняя не остается на месте своего образования, а, попадая в токи эндоплазмы, проделывает в теле туфельки довольно сложный и закономерный путь, называемый циклозом пищеварительной вакуоли. Во время этого довольно длительного (при комнатной температуре занимающего около часа) путешествия пищеварительной вакуоли внутри ее происходит ряд изменений, связанных с перевариванием находящейся в ней пищи.
По ходу циклоза пищеварительной вакуоли в ней сменяется несколько фаз пищеварения. В первые моменты после образования вакуоли заполняющая ее жидкость мало отличается от жидкости окружающей среды. Вскоре начинается поступление из эндоплазмы в вакуолю пищеварительных ферментов и реакция среды внутри нее становится резко кислой. Это легко обнаружить, добавляя к пище какой-либо индикатор, цвет которого меняется в зависимости от реакции (кислой, нейтральной или щелочной) среды. В этой кислой среде проходят первые фазы пищеварения. Затем картина меняется и реакция внутри пищеварительных вакуолей становится слабощелочной. В этих условиях и протекают дальнейшие этапы внутриклеточного пищеварения. Кислая фаза обычно более короткая, чем щелочная; она длится примерно 1/6-1/4 часть всего срока пребывания пищеварительной вакуоли в теле инфузории. Однако соотношение кислой и щелочной фаз может варьировать в довольно широких пределах в зависимости от характера пищи.
Путь пищеварительной вакуоли в эндоплазме заканчивается тем, что она приближается к поверхности тела и через пелликулу содержимое ее, состоящее из жидкости и непереваренных остатков пищи, выбрасывается наружу - происходит дефекация. Этот процесс, в отличие от амеб, у которых дефекация может происходить в любом месте, у туфелек, как п у других инфузорий, строго приурочен к определенному участку тела, расположенному на брюшной стороне (брюшной условно называют ту поверхность животного, на которой помещается околоротовое углубление), примерно посередине между перистомом и задним концом тела.
Таким образом, внутриклеточное пищеварение представляет собой сложный процесс, слагающийся из нескольких последовательно сменяющих друг друга фаз.
Кроме пищеварительных вакуолей, в теле инфузории туфельки имеются выполняющие также очень важные жизненные функции сократительные вакуоли. У туфельки их две, они расположены в передней и задней трети тела. Каждая из вакуолей состоит из центрального резервуара и приводящих каналов (5-7), которые расположены радиально вокруг центрального резервуара. Цикл работы сократительной вакуоли начинается с того, что приводящие каналы заполняются жидкостью п становятся хорошо видимыми. Затем жидкое содержимое их изливается в центральный резервуар, сами каналы после опорожнения становятся на некоторое время невидимыми. Последний этап цикла работы сократительной вакуоли заключается в том, что жидкость из центрального резервуара изливается через особую пору в пелликуле наружу. После этого центральный резервуар на короткий срок перестает быть видимым. В это время приводящие каналы вновь начинают заполняться жидкостью и весь цикл начинается сначала. Обычно передняя и задняя сократительные вакуоли работают последовательно, как бы по очереди.
Частота сокращения сократительной вакуоли в большой степени зависит от условий внешней среды, и особенно от температуры и осмотического давления. При комнатной температуре у туфельки сократительная вакуоля проделывает весь цикл пульсации за 10-15 секунд. У морских и паразитических инфузорий темп пульсации сократительных вакуолей обычно значительно ниже, чем у пресноводных.
Ядерный аппарат инфузорий характеризуется своим дуализмом. Это означает, что у инфузорий имеется два разных типа ядер - большие ядра, или макронуклеусы, и малые ядра, или микронуклеусы. Посмотрим, какое строение имеет ядерный аппарат у инфузории туфельки (см. рис. 85).
В центре тела инфузории (на уровне перистома) помещается большое массивное ядро яйцевидной или бобовидной формы. Это макронуклеус. В тесном соседстве с ним расположено второе ядро во много раз меньших размеров, обычно довольно тесно прилежащее к макронуклеусу. Это микронуклеус. Различие между этими двумя ядрами не сводится только к размерам, оно более значительно, глубоко затрагивает их структуру.
Макронуклеус по сравнению с микронуклеусом гораздо богаче особым ядерным веществом (хроматином, или, точнее, дезоксирибонуклеиновой кислотой, сокращенно ДНК), входящим в состав хромосом.
Исследования последних лет показали, что макронуклеус обладает в несколько десятков (а у некоторых инфузорий и сотен) раз большим числом хромосом, чем микронуклеусы. Макронуклеус является совсем своеобразным типом многохромосомных (полиплоидных) ядер. Таким образом, различие между микро- и макронуклеусами затрагивает их хромосомный состав, отчего и зависит большее или меньшее богатство их ядерным веществом - хроматином.
У одного из наиболее обычных видов инфузории - туфельки (Paramecium caudatum) - имеется один макронуклеус (сокращенно Ма) и один микронуклеус (сокращенно Mi). Такая структура ядерного аппарата свойственна многим инфузориям. У других может быть по нескольку Ма и Mi. Но характерная особенность всех инфузорий - дифференцировка ядер на две качественно различные группы, на Ma и Mi, или, другими словами, явление ядерного дуализма.
При делении происходит глубокая внутренняя перестройка тела инфузории. Образуется два новых перистома, две глотки и два ротовых отверстия. К этому же времени приурочено деление базальных ядер ресничек, за счет которых образуются новые реснички. Если бы при размножении число ресничек не возрастало, то в результате каждого деления дочерние особи получили бы примерно половину числа ресничек материнской особи, что привело бы к полному "облысению" инфузорий. На самом деле этого не происходит.
Время от времени у большинства инфузорий, в том числе и у туфелек, наблюдается особая и чрезвычайно своеобразная форма полового процесса, которая получила название конъюгации. Мы не будем здесь детально разбирать все те сложные ядерные изменения, которые сопровождают этот процесс, а отметим только самое главное. Конъюгация протекает следующим образом: две инфузории сближаются, тесно прикладываются друг к другу брюшными сторонами и в таком виде плавают довольно длительное время вместе (у туфельки примерно в течение 12 часов при комнатной температуре). Затем конъюганты расходятся. Большое ядро (макронуклеус) разрушается и постепенно растворяется в цитоплазме. Микронуклеусы сначала делятся, часть ядер, образующихся в результате деления, разрушается.
В каждом из конъюгантов сохраняется по два ядра. Одно из этих ядер остается на месте в той особи, в которой оно образовалось (стационарное ядро), другое же активно перемещается в партнера по конъюгации (мигрирующее ядро) и сливается с его стационарным ядром. Таким образом, в каждом из конъюгантов на этой стадии имеется по одному ядру, образовавшемуся в результате слияния стационарного и мигрирующего ядер. Это сложное ядро получает название синкарион. Образование синкариона представляет собой не что иное, как процесс оплодотворения. И у многоклеточных существенным моментом оплодотворения является слияние ядер половых клеток. У инфузорий половые клетки не образуются, имеются лишь половые ядра, которые и сливаются между собой. Таким образом происходит взаимное перекрестное оплодотворение.
У инфузории туфельки реснички равномерно покрывают всю поверхность тела. Это характерная черта строения отряда равноресничных инфузорий (Holotricha). Многим инфузориям свойствен иной характер развития ресничного покрова. Дело в том, что реснички инфузорий способны, соединяясь вместе, образовывать более сложные комплексы. Например, нередко наблюдается, что расположенные в один или два ряда близко друг к другу реснички соединяются (слипаются) вместе, образуя пластинку, которая, так же как и реснички, способна к биению. Такие пластинчатые сократимые образования получили название мембранелл (если они короткие) или мембран (если они длинные). В других случаях соединяются вместе реснички, расположенные тесным пучком. Эти образования - цирры - напоминают кисточку, отдельные волоски которой слеплены друг с другом. Разного рода сложные ресничные образования характерны для многих инфузорий. Очень часто ресничный покров развивается не равномерно, а лишь на некоторых участках тела.
1 2