Экологические и санитарно-гигиенические последствия эвтрофирования вод

Проблема биогенного насыщения вод приобретает глобальный характер из-за негативных последствий его проявления. Увеличение продуктивности водоемов отмечается практически во всех развитых странах, приводя к коренной перестройке водных экосистем. Для всестороннего изучения этого процесса, выявления особенностей его развития в континентальных (поверхностных и подземных), морских и океанических водах по программам Международной комиссии по эвтрофированию ведутся систематические наблюдения, проводятся регулярные обследования рек, озер, водохранилищ, морских акваторий.

По трофности различают 5 типов водоемов, которые можно расположить по возрастанию этого показателя в следующем порядке:

- дистрофные (dys - нарушение) - с плохо развитой растительностью и высоким содержанием гумусовых кис­лот;

- олиготрофные (oligos - мало) - с низкой продуктивностью (глубокие озера) (рис. 10.11);

- мезотрофные (mesos - средний) - с оптимальным состоянием в теплый период года;

- эвтрофные (ev - хорошо, усиленно) - с высоким поступлением биогенов (рис. 10.12);

гипертрофные (gyper - чрезмерное превышение нормы) - с катастрофически высоким поступлением биогенов.

Наиболее распространенным проявлением эвтрофирования водоемов является цветение воды. Оно свойственно всем гипертрофным водоемам и обусловлено массовым развитием синезеленых водорослей.

Ниже приведена характеристика четырех стадий цветения воды.

Первая и вторая стадии благоприятны для экосистем водоема; третья допустима; четвертая опасна, так как цветение вызывает изменение свойств воды и приводит к замору рыб. На четвертой стадии происходит изменение микробных ценозов водоема; при этом меняются биологические, физико-химические и органолептические показатели воды, что приводит к возрастанию риска заболеваемости людей.

Уровень эвтрофирования водоемов можно также оценить по содержанию в планктоне хлорофилла, мкг/л: олиготрофное состояние — 0,1...1, мезотрофное — 1...10, эвтрофное — свыше 10.

Как последствие эвтрофирования вод вероятна полная утрата водохозяйственного и биогеоценотического значения (рис. 10.13).

Вода, насыщенная продуктами метаболизма водорослей, аллергенна, токсична и непригодна для питьевых целей. Она может вызывать свыше 60 заболеваний, особенно желудочно-кишечного тракта, подозревается, хотя и не доказана, ее онкогенность. Контакт с водорослями, употребление воды из водоемов, подверженных цветению или рыбы, питающейся токсическими водорослями, вызывает "гаффскую болезнь", коньюктивиты и аллергии.

Токсичное действие вод эвтрофированного водоема может быть обусловлено накоплением нитратов и нитритов. В период активной жизненной деятельности и после отмирания водоемов пополняют водоем значительным количеством азотсодержащих веществ, в числе и биологически активных биогенов, которые, взаимодействуя с нитратами и нитритами, могут образовывать высококанцерогенные нитрозоамины.

В летние месяцы биопродуктивность фитопланктона в прибрежных зонах некоторых водохранилищ может достигать 5 кг/м³. На участках сгона водорослевой массы создаются анаэробные условия, при которых в воду экстрагируется значительное количество различных аминов. Этот процесс усугубляется нарушением самоочищения из-за возникновения резкого дефицита кислорода, связанного с оседанием отмирающих колоний водорослей. При усилении анаэробного обмена в глубинной зоне водоема образуются метан, аммиак, сероводород.

Ведущую роль в процессе образования нитрозоаминов играют бактерии и их ферменты, и чем выше ферментативная активность микрофлоры, то сбольшей скоростью осуществляет этот процесс.

В целом нитрозоамины считают устойчивыми соединениями, поэтому при водопользовании и водопотреблении контролируют их концентрацию в соответствии с утвержденными ПДК (например, в воде ПДК диэтилнитратамина составляет 0,006 мг/л).

Вследствие высокой динамичности процессов эвтрофирования усложняется процесс установления эвтрофного статуса водного объекта. Одним из простых способов оценки этого показателя является соответствие фактической концентрации биогенных веществ предельно допустимым (табл)

.

Значение ПДК биогенных веществ, мг/л

Следующим фактором риска при использовании эвтрофированных водоемов является изменение природных условий обитания возбудителей и переносчиков некоторых заболеваний (шистосоматоз, описторхоз, трипаносомоз), а также создание благоприятных условий для развития промежуточных форм возбудителей и переносчиков паразитарных болезней. Общеизвестно, что вода может являться фактором передачи возбудителей многих бактериальных и вирусных болезней. При эвтрофировании пресноводных и морских водоемов значение данного фактора возрастает, поскольку при этом меняются микробные ценозы и генетические свойства возбудителей инфекционных болезней людей. Среди различных заболеваний, передающихся водным путем, особое значение имеет группа кишечных инфекций бактериальной и вирусной этиологии. Для этой группы инфекций отмечено опасное увеличение фактора риска заболеваемости при эвтрофировании поверхностных вод.

Вода эвтрофированных водоемов становится опасной не только для человека и животных при прямом использовании в необработанном виде (купание, водопой животных, рыбоводство и др.), но и для водопроводных сетей. Во время нормальной работы водопроводных станций масса водорослей в очищенной воде составляет не более 0,08 мг/л. В период интенсивного развития водорослей в водоеме их масса в водопроводной воде может превышать 2 мг/л. Синезеленые водоросли обладают низкой способностью к коагуляции, в результате образуются мельчайшие, плохо оседающие хлопья. Для удаления большей части водорослей используют микрофильтры, что позволяет удержать до 90 % клеток синезеленых водорослей, но при гораздо меньшей скорости фильтрования, т. е. снижается производительность водоподготовки. Однако применяемые методы не позволяют избавиться от биологически активных веществ, обладающих токсичностью. Для снижения содержания в питьевой воде токсичных продуктов обмена фитопланктона применяют очистку активированным углем, озонирование, коагуляцию повышенными дозами коагулянтов.

Установлено, что фитопланктон эвтрофированных водоемов опасен не только в период развития и активной жизнедеятельности, но также при старении и после гибели. Установлено, что максимальная токсичность воды достигается после разрушения клеток водорослей. Этот факт имеет большое практическое значение с гигиенической и экологической точек зрения. Если токсичность воды обусловлена попаданием в нее токсинов из разрушенных клеток и не связана с водорослевым детритом и клетками, то это обстоятельство следует учитывать при разработке мероприятий, препятствующих потреблению токсикантов человеком, а также при проведении водоподготовительных мероприятий. Наиболее важно установить период максимального поступления токсинов в воду. Однако если процесс цветения можно наблюдать визуально и оценивать, используя несложную инструментальную базу, то определение токсичности этого процесса требует применения достаточно сложных методов анализа. При этом следует учитывать, что проявление максимальной токсичности зависит от конкретных условий, сложившихся в водоеме.

Токсины, образующиеся в результате жизнедеятельности и постлетального разложения биомассы синезеленых водорослей, относятся к полипептидам, обладающим высокой биологической активностью по отношению как к теплокровным организмам, так и к отдельным гидробионтам, включая микроорганизмы. Наличие в питьевой воде даже небольшого количества токсинов этих водорослей приводит к возникновению патологических изменений в организме человека и животных. Особое внимание заслуживают токсические метаболиты сине-зеленых водорослей. Альготоксины проявляют значительную биологическую активность по отношению к различным гидробионтам и теплокровным животным. Альготоксины относятся к высокотоксичным соединениям. Токсин сине - зеленых действует на центральную нервную систему животных, что приявляется в возникновении параличей задних конечностей, десинхронизации ритма центральной нервной системы. При хронических отравлениях токсин угнетает окислительно-восстановительные ферментативные системы, холинэстеразу, повышает активность альдолазы, в результате чего нарушается углеродный и белковый обмен, а во внутренних средах организма накапливаются недоокисленные продукты углеводного обмена. Уменьшение количества эритроцитов, угнетение тканевого дыхания вызывает гипоксию смешанного типа. В результате глубокого вмешательства в обменные процессы и тканевое дыхание теплокровных животных токсин сине-зеленых имеет широкий спектр биологического действия и может быть отнесен к числу протоплазматических ядов высокой биологической активности. Все это свидетельствует о недопустимости использования в питьевых целях воды из мест скопления водорослей и водоемов, подверженных сильному цветению, поскольку токсическое вещество водорослей не обезвреживается системами обычной водоочистки и может попадать в водопроводную сеть как в растворенном виде, так и вместе с отдельными клетками водорослей, не задерживаемыми фильтрами.