Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Биоиндикация загрязнений

БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

К числу приоритетных загрязняющих веществ искусственного происхождения относятся синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), или детергенты. Они используются в промышленности и в быту как моющие средства и эмульгаторы и воздействуют главным образом на поверхностные воды, снижая поверхностное натяжение воды и загрязняя водные объекты. Характерным признаком присутствия детергентов в воде является слой пены, которая начинает образовываться при концентрации 1-2 мг/л и не устраняется в процессе очистки сточных вод. Присутствие детергентов резко ухудшает органолептические свойства воды, снижает ее способность насыщаться кислородом. На равнинных реках уже при содержании СПАВ 1 мг/л интенсивность аэрации уменьшается на 60%. Концентрация СПАВ 1-3 мг/л придает воде неприятный вкус и запах, интенсивность которых зависит от химической природы детергента. Присутствие в воде СПАВ изменяет химический состав природных вод, влияет на кислотность воды; фосфорсодержащие детергенты способствуют эвтрофированию водоемов.

СПАВ представляют собой органические вещества с гидрофильными и гидрофобными участками различного химического (дифильного) строения. Молекулы СПАВ имеют асимметричную структуру и содержат одну или несколько гидрофильных групп и один или несколько гидрофобных радикалов. Такая дифильиая структура обусловливает поверхностную (адсорбционную) активность СПАВ, выражающуюся в способности концентрироваться па межфазных поверхностях раздела, изменяя их свойства.

По характеру диссоциации СПАВ подразделяют на следующие группы: анионные (анионоактивные), катионные (катионоактивные), неионогенные и амфолитные.

Анионные (анионоактивные) СПАВ в водном растворе ионизируются с образованием отрицательно заряженных органических ионов. Из анионоактивных СПАВ широкое применение нашли соли сернокислых эфиров (сульфаты) и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал R у них может быть алкильным, ал кил арильным, алкилиафтильиым, содержать двойные связи и функциональные группы. К наиболее распространенным веществам относятся алкилсульфоновые кислоты, у которых остаток серной кислоты образует гидрофильный участок:

Катионные (катионоактивные) СПАВ ионизируются в водном растворе с образованием положительно заряженных органических ионов. К ним относятся четвертичные аммониевые соли, состоящие из углеводородного радикала с прямой цепью, содержащей 12-18 атомов углерода. Кроме того, они содержат метальный, этиль- ный или бензильный радикал, а также хлор, бром, йод или остаток метил- или этилсульфата. Алкиламмониевые соединения включают в качестве полярного компонента положительно заряженную третичную аммониевую группу R — ]ЧН(СНз)^. Эти вещества проявляют бактерицидное действие. Алкилдиметиламины — жидкости темно-коричневого цвета с эфирным запахом, практически не растворяющиеся в воде. Ориентировочный безопасный уровень воздействия в атмосферном воздухе — 0,01 мг/м3.

Амфолитные СПАВ ионизируются в водном растворе различным образом в зависимости от условий среды: в кислом растворе проявляют катионоактивные свойства, а в щелочном — анионоактивные.

Неионогенные СПАВ представляют собой высокомолекулярные соединения, которые в водном растворе не образуют ионов. Токсичное действие неионогенных СПАВ определяется главным образом неполярной частью молекулы, при этом оно более выражено при наличии в последней ароматического кольца. Для большинства неионогенных СПАВ (препараты ОП-7, ОП-Ю, ОС-20, оксаиол КШ-9, оксаиол

Л-7, проксамин 385, проксаиол 186, сиитамид, синтанолы, ВН-7 и др.) ПДК в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 0,1 мг/дм3. Поскольку они имеют единый норматив и сходный органолептический (пепообразовапие) показатель вредности, при санитарно-химическом контроле ограничиваются определением их суммарного содержания.

Накопившийся отрицательный опыт применения СПАВ привел к использованию таких детергентов, которые разрушаются под действием биологических факторов. К относительно легко разрушающимся относятся СПАВ с неразветвленной цепыо, как, например, детергенты неионогенного характера и алкилбепзолсульфонаты: [СН;з(СН2)п-С6Н4-80з | R+. Кроме того, эти вещества обладают малой токсичностью для человека и рыб.

Главными факторами понижения концентрации СПАВ являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями. Степень биохимического окисления этих детергентов зависит от их химического строения и условий окружающей среды.

По биохимической устойчивости, определяемой структурой молекул, СПАВ делят на мягкие, промежуточные и жесткие с константами скорости биохимического окисления не менее 0,3, 0,3 0,05 и менее 0,05 сут-1 соответственно. К числу наиболее легко окисляющихся СПАВ относятся первичные и вторичные алкилсульфаты нормального строения. С увеличением разветвления цепи скорость окисления понижается. К числу наиболее трудно разрушающихся СПАВ принадлежат алкилбен- золсульфонаты, синтезированные на основе тетрамеров пропилена. При снижении температуры скорость окисления СПАВ уменьшается и при 0-5 °С оно протекает крайне медленно. Наиболее благоприятны для процесса самоочищения от детергентов нейтральная и слабощелочная среды (pH 7-9).

С ростом содержания взвешенных веществ и увеличением контакта водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации СПАВ в воде обычно повышается за счет сорбции и самоосаждепия. При значительном накоплении СПАВ в дойных отложениях в аэробных условиях происходит их окисление микрофлорой дойного ила. В анаэробных условиях СПАВ могут накапливаться в дойных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения. В ходе биохимического разложения СПАВ образуются различные промежуточные продукты распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада СПАВ, содержащих бензольное кольцо, образуются фенолы. В слабозагрязпеииых поверхностных водах концентрация СПАВ колеблется обычно в пределах 0,00п-0,0п мг/л. В загрязненных водных объектах она может составлять 0,п мг/л, а вблизи источников загрязнения — несколько мг/л.

К основным источникам загрязнения природных вод СПАВ относятся: сброс в водоемы неочищенных промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и других сточных вод; смыв ядохимикатов ливневыми осадками; газодымовые выбросы; утечки нефти и нефтепродуктов и др. Наиболее широко распространено загрязнение поверхностных вод. Однако в районах крупных промышленных центров загрязняющие вещества могут проникать и в подземные воды. Поступление СПАВ в океан связано в основном с речным стоком. Концентрация их в поверхностном микрослое может достигать 1200 мкг/л. В среднем для Атлантического океана содержание СПАВ составляет 27-30 мкг/л на поверхности и 8-9 мкг/л на глубине 500 м.

Вредное воздействие СПАВ на водные экосистемы проявляется в образовании па поверхности воды пленки, препятствующей газообмену и приводящей к снижению насыщенности воды кислородом.

СПАВ не являются высокотоксичиыми веществами, но косвенно влияют па гид- робионтов. Незначительные концентрации детергентов в речной воде (0,05-0,1 мг/л) достаточны для активизации токсичных веществ, адсорбированных донными отложениями. При загрязнении водных объектов СПАВ усиливается эффект перераспределения и концентрирования поллютантов, в результате чего многие вещества становятся более токсичными. Например, ЛД50 гептахлора снижается в 9 раз, ме- тафоса и карбофоса —в 5 раз, гранозана —в 8 раз. При этом не только повышается токсичность загрязняющих веществ, по и многие патогенные микроорганизмы становятся более вирулентными. Одним из негативных последствий загрязнения воды СПАВ является эвтрофироваиие водных объектов. В целом экологические последствия загрязнения водных экосистем СПАВ выражаются в:

1) накоплении химических токсикантов в биоте;

2) снижении биологической продуктивности;

3) возникновении тератогенеза, мутагенеза и канцерогенеза;

4) прогрессирующей эвтрофикации и «цветении» воды, появлении «сине-зеленых» приливов в пресных водоемах и «красных» приливов в морской среде;

5) микробиологическом загрязнении акваторий;

6) изменении биологического разнообразия;

7) изменении биологической продуктивности;

8) нарушении трофических связей;

9) снижении устойчивости экосистем.

Можно привести некоторые примеры воздействия СПАВ па биоту. При концентрациях СПАВ 5-15 мг/дм3 рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях могут наблюдаться поражение и кровотечение жабер. В целом концентрация детергентов 3-5 мг/л считается смертельной для многих рыб, 1 мг/л — для планктона. Содержание в воде 120 мг/л детергентов анионного или 71 мг/л катионного типа резко замедляет рост водорослей. В сублетальиых концентрациях СПАВ оказывают существенное влияние на активность антиокислительных ферментов, дыхательных мышц и деятельность сердца рыб и ракообразных. Установлено влияние моющих средств «Кристалл», «Лотос» и сульфатного мыла па изменение состава крови рыб. На примере половозрелых гольянов Phoxinus phoxinus показано, что концентрации 20 мг/л «Кристалла», 10 мг/л «Лотоса» и 3 мг/л сульфатного мыла в течение суточного воздействия не оказывают существенного влияния на содержание эритроцитов, гемоглобина и его производных в крови рыб. Карбоаигидраз- ная активность в крови рыб при этом достоверно увеличивалась. При более высоких концентрациях («Кристалл» — 50 мг/л, «Лотос» — 40 мг/г, сульфатное мыло — 15 мг/л) СПАВ вызывают в течение суточного воздействия увеличение содержания эритроцитов и гемоглобина, а также повышение активности карбоангидразы в крови рыб. Предполагается, что эта реакция обусловлена активизацией газотранспортной функции крови в связи с нарушением функционального состояния респираторных органов и ухудшением диффузии кислорода из воды в кровь.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Популярные страницы