СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ТЕПЛОВЫХ СБРОСОВ ГРЭС В ВОДОЕМЫ-ОХЛАДИТЕЛИ Российский патент 1998 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к вопросам экологии и охраны окружающей среды и может быть использовано для контроля тепловых загрязнений водоемов-охладителей.

Изобретение предназначено для использования в работе СЭС, специализированных лабораторий и НИИ, занимающихся вопросами оценки степени экологического неблагополучия водоемов-охладителей.

Температура является одним из мощных экологических факторов, во многом определяющим интенсивность биологических процессов в водоеме. Биологическое действие температуры как на уровне организма, так и на уровне природных сообществ, проявляется во многих формах. (Кузнецов С.И. Микрофлора озер. Ленинград, "Наука", 1970, с. 131 - 132). Влияние температуры сказывается на интенсивности протекания биохимических реакций, а также на составе микрофлоры и микрофауны. Тепловое загрязнение водоемов сбросными водами ТЭС и АЭС ухудшает санитарное состояние водоемов охладителей в сторону усиления роста условнопатогенных и патогенных форм. (Булашов Н.В., Лоскутов А.Н., Лошаков Ю. Т. Влияние подогретых вод на санитарный режим водоема // Мат. Второго симпозиума, Борок, 26 - 28 августа 1974 г., с. 25 - 26). Все это требует научного обоснования норм подогрева вод и контроля за температурным режимом сбросных вод. В литературе обоснование норм подогрева изучается в следующих направлениях:
1. Изучение отношения к температуре наиболее массовых видов растений и животных (особенно беспозвоночных) и реакций на подогрев неизученных с этой стороны биоценозов.

2. Изучение взаимовлияния различных факторов среды с целью выявления действия одной температуры.

3. Выявление индикаторов теплового загрязнения, по наличию которых можно судить о степени подогрева в биологическом аспекте.

Недостатком всех этих направлений является длительность получения результатов, а отсюда низкая оперативность реакции на тепловое загрязнение. Кроме того, для суждения о реакции водных организмов на подогрев необходимо учитывать следующие особенности:
1) Отношение организма к температуре может быть выражено в виде асимметричной кривой, вершина которой приближается к верхнему летальному порогу.

2) У гидробионтов различных климатических поясов верхний термический порог различен.

3) Большинство организмов способно к акклиматизации к более высокой температуре, повышающей верхний и нижний пороги на несколько градусов.

4) Многие животные могут реагировать на подогрев не только физиологическими, но и поведенческими реакциями.

Все эти особенности заставляют искать более четкие критерии обоснования норм температуры воды, сбрасываемой с агрегатов ГРЭС.

Бактериопланктон, не страдая от механических повреждений при прохождении через агрегаты станции, стимулируется подогревом, меняя свою численность и физиологическую активность ферментативных систем. (Ленчина Л.Г. Особенности развития бактериофлоры в водоемах-охладителях тепловых электростанций. // Симпозиум по влиянию подогретых вод ТЭС на гидробиологию и биологию водоемов. Борок, 1971, с. 37 - 39). (Вайнштейн М.Б. Действие подогретых вод ТЭС на первичные продукционные процессы в Иваньковском водохранилище. // Симпозиум по влиянию подогретых вод ТЭС на гидробиологию и биологию водоемов. Борок, 1971, с. 6 - 7). (Кривенцова Т.Д. Основная бактериофлора, разрушающая органические вещества в Кучурганском лимане-охладителе Молдавской ГРЭС. В кн.: Биология республиканских водоемов Молдавии. Кишинев, 1972).

Подогрев - один из антропогенных факторов воздействия на водные биоценозы, с которым по всесторонности и глубине воздействия на организм не может сравниться никакой другой фактор среды.

В биоиндикации любого антропогенного загрязнения водоемов был предложен "Способ прогнозирования состояния водных биоценозов" (Бухарин О.В., Соловых Г.Н. патент N 2052816 G 01 N 33/18), предусматривающий отбор проб гидробионтов, установление их численности и суждение по ее величине о состоянии водного биоценоза. В качестве гидробионтов используют лизоцимактивные и антилизоцимактивные бактерии. После оценки их численности устанавливают соотношение лизоцимактивных бактерий к антилозоцимактивным. При значении этого соотношения меньше единицы прогнозируют ухудшение состояния биоценоза. При значении соотношения больше или равном единице прогнозируют стабилизацию или улучшение состояния биоценоза. Авторами этого изобретения было показано, что антропогенное загрязнение воды приводит к увеличению количества антилизоцимных форм микроорганизмов.

Новизной заявляемого способа является то, что впервые биоиндикатором температурного режима тепловых сбросов ГРЭС в водоемы-охладители будет взят уровень антилизоцимной активности бактерий. Предлагаемое техническое решение применяется впервые в гидробиологии, т.к. в качестве критерия оценки состояния биоценоза используется антилизоцимная активность (АЛА) свободноживущих водных бактерий. Сущностью предлагаемого изобретения является использование в качестве теста биоиндикации титра антилизоцимных микроорганизмов с последующим определением уровня их активности, и при установлении активности ниже 6 мкг/мл предполагается оптимальный температурный режим, при активности 6 мкг/мл - температура пороговая, а при активности 7 мкг/мл и выше говорят о неблагоприятном температурном режиме.

Создание предлагаемого способа стало возможным после определения следующих моментов. Подогрев воды на турбинах ГРЭС оказывает воздействие на все звенья в водном биоценозе: фитопланктон, зоопланктон и микрофлору, изменяя качественный и количественный состав. Однако микроорганизмы - это то первичное звено в водном биоценозе, которое подхватывает поступающие в водоем вещества и трансформирует их в процессе микробной деструкции. Поэтому микробы раньше других гидробионтов отвечают на изменения в биоценозе и могут быть использованы в качестве индикаторов его состояния. Сравнительный анализ данных, полученных при использовании в качестве критерия оценки состояния биоценоза способа (Бухарин О. В., Соловых Г.Н., Немцева Н.В., Степанова Г.П. патент N 2052816 G 01 N 33/18), взятого за прототип и предлагаемого, показал, что в воде сбросного канала происходит заметное увеличение числа АЛА активных форм, превышающее число лизоцимактивных форм. В пробах воды, взятых на водозаборе (поступающей на агрегаты ГРЭС), преобладали лизоцимактивные формы. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таким образом, под влиянием температурного фактора водной среды происходит увеличение содержания бактерий, обладающих антилизоцимной активностью. Указанную зависимость иллюстрирует таблица 2, которая отражает высокую корреляционную связь между стандартными гидробиологическими показателями состояния водоема и показателями АЛА бактерий.

Анализ также показал, что в воде сбросного канала не только увеличивалось количество АЛА форм бактерий, но и возрастал уровень их активности. Все это послужило основанием для исследования зависимости активности антилизоцимативных бактерий от температуры воды. Результаты проведенных исследований представлены на фиг. 1 и 2.

В ходе проведенных исследований выяснилось, что антилизоцимная активность находится в прямой зависимости от температуры культивирования.

Из рисунков видно, что бактерии проявляли максимальную антилизоцимную активность при 37^oC. Практически не проявлялась антилизоцимная активность при 4^oC. Результаты культивирования штаммов Artrobacter spp, выращенных при субоптимальных температурных режимах (4, 10, 14, 18, 25^oC) и перенесенных в режим турбин ГРЭС (37^oC) показали, что переход из субоптимальных температур в режим турбин стимулировал у микробов антилизоцимную активность. Если же температура воды в водоеме-охладителе превышает 26 - 27^oC, то антилизоцимная активность сохраняется на максимуме - 8 - 10 мкг/мл. (фиг. 1 - 2).

Все это позволило высказать предположение о том, что мы может регулировать санитарное состояние водоема-охладителя, если будем располагать надежным критерием оценки теплового загрязнения.

На основании того, что в эксперименте было показано, что антилизоцимная активность очень чутко реагирует на изменение температуры воды, то есть термоиндуцибельна, нами был проведен контроль за температурным режимом сбросных вод, поступающих с ГРЭС в водоем-охладитель, по численности и уровню активности антилизоцимных форм бактерий, а также по основным гидробиологическим показателям. (Таблицы 3 и 4). Так, в пробах воды, отобранных на водозаборе при температуре 25^oC, ОМЧ составило 1,38 млн/мл, число сапрофитов - 10 кл/мл, в фитопланктоне преобладали олиго-сапробные формы с доминированием диатомовых водорослей. Число АЛА бактерий составило 110+/-24, а их активность -4 - 5 мкг/мл. В то же время в воде сбросного канала (температура воды 28^oC) ОМЧ составило 2,2 млн. кл/мл, число сапрофитов - 50 - 200 кл/мл, с преобладанием в фитопланктоне и мезосапробных форм, в основном зеленых и сине-зеленых. Анализ АЛА форм бактерий показал, что число их составило 860+/-47, а уровень активности - 7 - 10 мкг/мл. Следовательно, повышение температуры до 28^oC стимулирует рост у бактерий персистентных характеристик, что ухудшает санитарные показатели воды.

На основании полученных данных нами предложен "Способ контроля температурного режима тепловых сбросов ГРЭС в водоемы-охладители", который предусматривает отбор проб воды из сбросного канала и определение в ней качественных характеристик антилизоцимактивных бактерий (уровня активности). Температура воды считается оптимальной, если уровень антилизоцимной активности не превышает 6 мкг/мл. При уровне антилизоцимной активности 6 мкг/мл температура приближается к пороговой. При уровне 7 мкг/мл и выше температурный режим считается неблагоприятным.

В качестве инструмента биологической индикации используют персистентные характеристики бактерий, а именно уровень их антилизоцимной активности.

Положительный эффект предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет существенно повысить точность индикации теплового загрязнения, отличается высокой чувствительностью и быстротой.

Способ предназначен для оценки состояния биоценоза. При использовании в качестве теста биоиндикации титра антилизоцимных микроорганизмов с последующим определением уровня их активности и при установлении активности ниже 6 мкг/мл предполагается оптимальный температурный режим, при активности 6 мкг/мл - температура пороговая, а при активности 7 мкг/мл и выше говорят о неблагоприятном температурном режиме. Существенно повышается точность идикации теплового загрязнения, а также - чувствительность и быстрота анализа. 2 ил., 4 табл.

Способ контроля температурного режима тепловых сбросов ГРЭС в водоемы-охладители, предусматривающий отбор проб воды из сборного канала и определение в ней характеристик антилизоцимных форм бактерий, отличающийся тем, что определяют уровень антилизоцимной активности у бактерий и при установлении уровня активности ниже 6 мкг/мл температурный режим считают оптимальным, при уровне антилизоцимной активности в 6 мкг/мл температуру сбросных вод оценивают как пороговую, при установлении уровня 7 мкг/мл и выше температурный режим считают неблагоприятным.