Гидробиологический контроль сточных вод

     Учет  олиготрофных бактерий

     Воду  исследуемого водоема разливают  в 8 пробирок по 10 мл и стерилизуют  в автоклаве при 0,5-0,75 атм. Затем  пробирки на 6-8 часов помещают в герметичный  шкаф в атмосферу углекислоты  для приведения рН к нейтральному значению. После этого их нумеруют и расставляют в штатив. В первую пробирку стерильной пипеткой вносят 1 мл воды, затем после тщательного перемешивания другой пипеткой 1 мл этой воды переносят во 2-ю пробирку и т. д. При посеве воды из водоемов проводят до 6-7 разведений, 7-я или 8-я пробирка служит контролем. Инкубируют посевы две недели при 20^оС. Затем производят посев на МПА:10 из каждой пробирки по 1 мл и через 10 сут инкубации отмечают разведение, в котором отсутствует рост бактерий на этой среде. 

     Учет  количества спор бактерий

     В стерильную пробирку отливают 15-20 мл исследуемой воды, помещают ее в водяную баню и прогревают в течение 10 мин при температуре 80^оС (температуру определяют в одной из пробирок). Затем производят посев на МПА аналогично тому, как это делается при посеве сапрофитных бактерий. Рекомендуемое количество воды для посева — 1 и 0,1 мл. После инкубирования в термостате при 30^оС подсчитывают количество выросших колоний (число которых на чашке, как и при определении сапрофитов, не должно превышать 120 и не быть меньше 20) и делают пересчет на 1 мл. 

Учет  специализированных групп бактерий

     При наличии резко выраженного нефтяного  загрязнения или при исследовании сточных вод, в которых в большом  количестве находятся нефтепродукты, целлюлоза, фенолы, серосодержащие соединения, делают посевы на специализированные среды, позволяющие судить о развитии микроорганизмов, разрушающих эти соединения. 

     а) Углеводородокисляющие микроорганизмы

     Простерилизованную  минеральную среду Диановой-Ворошиловой  разливают на ¹/₃ в стерильные склянки из-под пенициллина (примерно 4-5 мл) и добавляют 4-5 капель нефтепродукта (0,05 мл), простерилизованного в запаянных ампулах. Обычно используют нефть, мазут, соляровое или машинное масло, дизельное топливо. 

     На  склянках надписывают место отбора пробы, объем посеянной воды и дату. Затем производят посев обычно от 0,1 мл до 0,0000001 мл (т. е. 10^-7). Склянки ставят в термостат при 30^оС и наблюдают за изменениями среды на 3-, 7- и 14-й день. Отмечают помутнение, образование пленки, осадка, окрашивание среды. 

     В качестве конечного результата записывают максимальный титр бактерий, при котором  наблюдаются изменения среды. Например, если при посеве от 0,1 до 0,0000001 мл развитие бактерий отмечено до разведении 0,00001 мл, то в качестве конечного результата записывают титр 10 , что соответствует примерному содержанию нефтеокисляющих бактерий — 100000 клеток в 1 мл 

     Интенсивность разрушения нефтяных углеводородов  определяется при инкубации проб воды при 20^оС с добавлением в склянки стерильного нефтепродукта. Для этого разливают с необходимыми при определении кислорода предосторожностями исследуемую воду в четыре кислородные склянки вместимостью по 150 мл. В две из них добавляют 0,05 мл солярового масла Все склянки закрывают пробками и помещают в темноту при 20^оС (обычно используют эмалированное ведро с крышкой). Через 3 дня в склянках фиксируют кислород добавлением MnCl₂ и КL + NаОН, затем определяют в каждой из них содержание кислорода. По разности между его содержанием в склянках без нефтепродукта и с нефтепродуктом судят о потенциальной окислительной способности (ПОС) микрофлоры воды и разрушению нефтяных углеводородов. 

     б) Фенолокисляющие бактерии

     Посев производят на среду Егоровой, заранее  разлитую в пенициллиновые склянки. Объем высеваемой воды — от 1 до 0,0001 мл. Просмотр посевов такой же, как при учете нефтеокисляющих микроорганизмов. 

     в) Сульфатредуцирующие бактерии

     Посев производит из придонной воды или  ила на твердую среду Кравцова-Сорокина. 

     В стерильные пробирки в зависимости  от ожидаемого количества бактерий разливают от 1 до 0,001 мл исследуемой воды, заливают подготовленной средой, закрывают стерильными резиновыми пробками и ставят в стакан с холодной водой. После затвердевания помешают в термостат при 30^оС и через 3-4 недели считают выросшие темные колонии. Пересчет производят на 1 мл. 

     Определение времени  удвоения численности бактерий и  продукции бактериальной биомассы

     Отобранную  в стерильную посуду исследуемую  воду фильтруют (для удаления фито- и зоопланктона) через предварительный  мембранный фильтр №6 в стерильную склянку или колбу. Фильтровальную воронку предварительно необходимо протереть спиртом и обжечь. Для фильтрации применяют свежекипяченые фильтры. Фильтры кипятят несколько раз в дистиллированной воде, меняя воду. Перед началом кипячения их погружают в горячую волу. Из профильтрованной воды с соблюдением правил стерильности делают посев на МПА и фильтруют требуемое количество на мембранном фильтре по методу прямого счета. Склянку с профильтрованной водой выдерживают некоторое время при температуре и освещении, близких и естественным, после чего анализ численности бактерий повторяют. Время выдерживания склянок должно быть достаточным для достоверного улавливания разницы между исходной и конечной численностью бактерий в пробе. Летом рекомендуется следующее время: для эвтрофных водоемов 1-6 часов; для мезотрофных — 6-18 часов; для олиготрофных — 24-48 часов. При низких температурах весной и осенью время выдерживания проб увеличивается в несколько раз. 

     Расчет  времени удвоения (g) численности бактерий (общего количества — g_o и числа сапрофитных — g_c) производят по формуле: 

     

     Где:

     t — продолжительность опыта, часы;

     1,8 — показатель, характеризующий процесс  размножения бактерий;

     b — исходное количество бактерий;

     В — количество бактерий в конце опыта. 

     Для определения продукции бактерий нефильтрованную воду из той же пробы воды выдерживают в течение времени t в идентичных условиях и затем определяют исходное (B¹) и конечное (b¹) количество бактерий в естественной нефильтрованной воде методом прямого счета [10].  
 
 

     2.4 Индексы, применяемые при контроле качества сточных вод 

     Индексы видового разнообразия

     Видовое (таксономическое) разнообразие того или  иного сообщества является показателем  его экологического состояния. Известно, что в благоприятных условиях формируются богатые по числу  видов (таксонов) биоценозы, которые  отличаются полидоминантностью (poli – много), то есть высокими показателями численности и биомассы могут характеризоваться сразу 5–6 и более видов. Пример благоприятных условий – большинство южных водоёмов, там одновременно или сменяя друг друга в течение года, доминируют несколько видов, или очень чистые речки, в которых численность и биомасса бентофауны могут быть невысоки, но равномерно распределены между видами.

     В сообществах, обитающих в экстремальных  условиях, как правило, снижается  видовое (таксономическое) разнообразие, и они становятся монодоминантными, то есть высокую численность и биомассу имеет 1, в крайнем случае, 2 вида. Примерами экосистем, развивающихся в экстремальных условиях, могут служить экосистемы водоёмов в приполярных районах, где низкие температуры позволяют обитать лишь немногим видам; или сильно загрязнённые участки водоёма, где ограничивающим фактором служит не температура, а количество загрязняющего вещества. В таких условиях происходит изменение структуры донных сообществ, которое может быть выражено индексами видового разнообразия. Приведём примеры расчёта двух из них.

1. Индекс Шеннона (H) широко используется для оценки видового разнообразия сообществ:

     и    

     Где:

     n_i и b_i – общая численность и биомаса вида, N и B – общая численность и биомасса сообщества.

     Таким образом, и  – доля особей i–го вида в численности и биомассе сообщества. Для простоты расчёта индекса Шеннона используют вспомогательные таблицы, которые можно найти в литературе. Достоинством индекса H является его комплексность, он учитывает количество видов (видовую плотность) и их выравненность. Мы имеем возможность дать оценку видового разнообразия каждого ценоза в отдельности [7].

2. Индекс выравненности Бергера - Паркера (d) более прост для вычисления:

     Где:

     N – общая численность сообщества,

     n_{i max} – численность самого обильного вида. Увеличение индекса показывает увеличение разнообразия и снижение степени доминирования одного вида, то есть состояние сообщества улучшается [6]. 

     Индекс  загрязнения

     Сапробность (от греческого sapros – гнилой) – физиолого-биохимические свойства организма (сапробионта), обусловливающего его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ, поступающих в водоем преимущественно с хозяйственно-бытовыми стоками (Макрушин, 1974).

     Строгого  соответствия между сапробностью и  гидрохимическими показателями воды нет. На качественном уровне еще Кольквитц  и Марссон описывали химические градации сапробности следующим образом:

     Олигосапробная  зона – чистые воды, соединения азота  в форме нитратов, вода насыщена кислородом; углекислоты в воде мало, сероводорода нет.

     β-мезосапробная  зона – соединения азота в форме  солей аммония, нитритов и нитратов; кислорода обычно много, но возможны заморы у дна и ночью из-за прекращения фотосинтеза, сероводород иногда в небольшом количестве, характер биохимических процессов окислительный.

     α-мезосапробная  зона – присутствуют амино- и амидо- кислоты, условия среды полуанаэробные, характер биохимических процессов востановительно-окислительный; присутствует сероводород.

     Полисапробная зона – в воде разлагающиеся белки, условия среды анаэробные, характер биохимических процессов восстановительный, в воде много сероводорода.

     Предложенная концепция сапробности стала основой для биоиндикации – оценки качеств (и загрязнения) воды и водоемов (главным образом пресных) в целом по составу обитающих там организмов. В 1955 г. Пантле и Букк предложили так называемый индекс сапробности для оценки уровня загрязненности вод [9].

     Индекс  сапробности Пантле-Букка вычисляется  по формуле:

     

,

     Где:

     s – сапробность каждого индикаторного  вида, найденного в пробе, 

     h – обилие этого вида, выраженное  в баллах от 1 до 5 (случайные находки  – 1, частая встречаемость 3, массовое развитие – 5).

     Таким образом, сам индекс – это среднее  значение сапробности всех найденных  видов, с учетом их обилия. Была принята  следующая числовая шкала для  сапробности (как организмов, так  и водоемов): олигосапробы – 1, β-мезосапробы  – 2, α-мезосапробы – 3, и полисапробы – 4.

     Дальнейшие  модификации индекса сапробности  Пантле-Букка сводились главным  образом к изменению списка индикаторных таксонов [6].  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение 

     В работе изучены методы гидробиологического анализа сточных вод.

     Загрязнения различного рода могут вызвать морфологические  изменения в организмах гидробионтов, уменьшить темп и изменить характер их роста.

     Специально  для оценки загрязнения водоемов разработаны различные системы  сапробности. Их идея в том, что каждому виду гидробионтов приписывается определенное число, характеризующее его положение на шкале сапробности.

     Для бентоса обычно используют относительно простой индекс сапробности Пантле-Букка  в модификации Сладечека.

     После установления сапробиологических характеристик организмов по выборочным данным можно рассчитать различные индексы, позволяющие одним числом охарактеризовать ситуацию с загрязнениями и установить их влияние на зообентос.