СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ КОНТАКТНОЙ ЗОНЫ "ГРУНТ-ВОДА" Российский патент 2009 года по МПК G01N33/18 G01N33/24 

Описание патента на изобретение RU2358264C2

Предлагаемое изобретение относится к водной токсикологии и рыбному хозяйству и может быть использовано для оценки качества природных вод.

Известен способ определения мутагенной активности донных отложений [1], в котором пробы донных отложений смешивают с экстрагентом, отстаивают суспензию и исследуют в тесте Эймса.

В известном способе определение токсичности ведется только в донных отложениях, при этом не учитывается непрерывный адсорбционно-десорбционный контакт грунта с водной средой.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ оценки токсичности водной среды с помощью биотестирования [2], включающий внесение беспозвоночных фильтраторов в опытную и контрольную среду с суспензией микроводорослей, выдерживание их, регистрацию параметра, характеризующего трофическую активность фильтраторов, и при отличии опытных данных от контрольных определение исследуемой воды как токсичной.

В известном способе проводится тестирование воды. При этом не учитывается токсичность грунта, а также не учитывается непрерывный адсорбционно-десорбционный контакт грунта с водной средой.

Недостатком известных способов является их недостаточная полнота, т.к. для исследования динамики поллютантов между водой и грунтом и соответственно более полного экологического контроля состояния водоемов, кроме отдельного тестирования грунта или воды, необходима дополнительная оценка уровня загрязненности контактной зоны "грунт-вода".

Задачей изобретения является дополнительная интегральная характеристика загрязненности экосистемы путем тестирования контактной зоны «грунт-вода».

Техническим результатом предлагаемого изобретения является более полноценная оценка токсичности экосистемы.

Это достигается тем, что в способе определения токсичности контактной зоны «грунт-вода», включающем помещение беспозвоночных фильтраторов в пробы с контрольной и опытной средой, содержащих суспензию микроводорослей, выдерживание их, регистрацию параметра, характеризующего фильтрационную активность беспозвоночных фильтраторов, и отнесение к токсичной исследуемой среды в случае отличия опытных данных от контрольных, согласно изобретению в качестве опытной среды отбирают пробу с придонным слоем тестируемой воды и дополнительно пробу с экстрактом грунта, приготовленным на его придонной воде и отфильтрованным от его частиц, а о токсичности контактной зоны «грунт-вода» судят на основании измерения тест-показателя Ad по формуле

где Ad - тест-показатель адсорбционной активности грунта (донных осадков), %;

Fв - скорость фильтрации фильтраторами суспензии микроводорослей в тестируемой придонной воде, мл/экз.·час;

Fэкст. - скорость фильтрации фильтраторами суспензии микроводорослей в экстракте грунта, приготовленном на придонном слое (без частиц), мл/экз.·час;

Fk - скорость фильтрации фильтраторами суспензии микроводорослей в чистой воде (контроль), мл/экз.·час;

При этом скорости фильтрации: Fэкст., Fв, Fk - рассчитывают по формуле:

где F - скорость фильтрации, мл/экз.·час;

Со - исходная концентрация микроводорослей, кл/мл;

Ct - концентрация микроводорослей после часовой экспозиции, кл/мл;

V - объем фильтруемой жидкости, мл.

N - количество фильтраторов, экз.

t - время экспозиции, мин.

Предлагаемый способ основан на способности частиц грунта адсорбировать на своей поверхности вещества различной природы, в том числе поллютанты, переводя их из жидкой фазы экотопа в твердую и наоборот. Чистый грунт полнее забирает (адсорбирует) из воды токсиканты, чем грязный. Разные типы грунтов (илистый, ракушечный) обладают разной сорбционной и десорбционной способностью. Но во всех случаях происходит снижение токсичности водной среды, причем, чем чище грунт, тем интенсивнее происходит сорбция поллютантов контактной зоной из воды.

При взмучивании грунта в результате, например, шторма или движения донных организмов меняется сорбционно-десорбционное равновесие между водой и грунтом, которое зависит от площади поверхности и количества взмученных частиц грунта.

В качестве тест-показателя уровня загрязненности зоны "грунт-вода" предлагается использовать адсорбционную активность донных осадков, которая определяет самоочистительную емкость контактной зоны и при отсутствии загрязнения составляет константную величину.

Адсорбционная активность грунта может определяться по разности степени токсичности водной среды до и после контакта с грунтом. В качестве вспомогательного (промежуточного) показателя токсичности используется скорость фильтрации одноклеточных водорослей фильтраторами, например моллюсками, в исходной тестируемой воде и в экстракте грунта, отфильтрованном от его частиц (для моллюска скорость фильтрации является показателем функционального состояния организма, который реагирует на изменение качества водной среды и предшествует гибели организма).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Для контрольного и каждого опытного примера заполняют по 6 закрывающихся стеклянных емкостей объемом не менее 200 мл.

Склянки №№1 и 2 заполняют чистой контрольной водой (контроль).

Склянки №№3, 4 заполняют тестируемой придонной водой контактной зоны, отобранной в одной точке с грунтом.

Склянки №№5, 6 заполняют тестируемой придонной водой с экстрактом тестируемого грунта (в соотношении не менее 10:1), взмученным и диспергированным после 30-минутного встряхивания с частотой 150-200 колебаний в минуту и затем полностью отфильтрованным от твердых частиц. Во все емкости вносят микроводоросли в качестве объектов фильтрации до создания их плотности не менее 500-600 т.кл./мл, достаточной для достоверности расчетов и являющейся оптимальной для фильтрации моллюсками при нормальных условиях (t=20°С, кислород ~ 7 мг/л) и солености от 12 до 18 промилле (соленость Азовского и Черного морей).

Затем во все емкости помещают в качестве беспозвоночных фильтраторов по 1 экземпляру одноразмерных и одинаковых по массе пластинчато-жаберных моллюсков, например мидию или митилястра.

Адсорбционная активность донных осадков определяется после 1 часа экспозиции по изменению скорости фильтрации твердых частиц моллюсками в емкостях с контрольной, тестируемой водой, с экстрактом грунта, отфильтрованным от его частиц.

Расчет ведется по формулам (1), (2).

Для контроля брали придонную воду и грунт из одной точки относительно чистого участка Азовского моря. Тестируемая придонная вода в эксперименте оценена методом, взятым в качестве прототипа, как слабо токсичная, с отклонением от контроля всего на - 24,8%, а грунт оценен, как чистый.

Для проверки предлагаемой методики искусственно загрязняли имеющийся грунт нефтью в двух концентрациях - 0,1 и 1,0 г/кг грунта.

Пример 1. В склянки №№1, 2 было налито по 200 мл чистой морской воды без грунта и внесена в качестве объекта фильтрации из расчета 500-600 т.кл./мл культура микроводоросли Scenedesmus obliquus, адаптированной к морской воде и сконцентрированной на фильтре.

В склянки №№3, 4 была внесена тестируемая морская вода, отобранная в точке контакта с грунтом.

В склянки №№5-6 была внесена тестируемая морская вода с экстрактом грунта, отфильтрованным от его частиц.

Во все склянки была внесена культура микроводоросли Scenedesmus obliquus из расчета 500-600 т.кл./мл, а также по 1 экземпляру одноразмерных мидий. После часовой экспозиции определяли концентрацию водорослей в склянках 2, 4, 6 и по формуле (2) вычисляли скорость фильтрации микроводорослей фильтратором в емкостях с контрольной, тестируемой водой, с экстрактом грунта отфильтрованным от его частиц. Адсорбционную активность донных осадков (Ad) определяли по разнице между отклонением от контроля скорости фильтрации моллюсками тестируемой воды до и после ее контакта с грунтом в процессе диспергирования и рассчитывали по формулам (1). Данные приведены в таблице 1.

Пример 2. В морской грунт была внесена в качестве токсиканта сырая нефть в количестве 0,1 г/кг.

В склянки №№1, 2 вносилась чистая морская вода; 3, 4 - тестируемая. В склянки №№5-6 вносился экстракт грунта, затравленный нефтью, в концентрации 0,1 г/кг, и отфильтрованный от его частиц. Затем в эти склянки внесена культура микроводоросли Scenedesmus obliquus из расчета 500-600 т.кл./мл.

Во все склянки вносили по 1 экземпляру одноразмерных мидий.

После 1 часа экспозиции по формулам (2) вычисляли скорости фильтрации мидиями микроводорослей. Адсорбционную активность донных осадков (Ad) определяли после 1 часа экспозиции по разнице между отклонением от контроля скорости фильтрации моллюсками тестируемой воды до и после ее контакта с грунтом в процессе диспергирования и рассчитывали по формуле (1). Данные приведены в таблице 1.

Пример 3. Аналогично второму опыту в морской грунт была внесена в качестве токсиканта сырая нефть в количестве - 1,0 г/кг.

Внесение воды в склянки №№1, 2, 3 и 4 осталось без изменений.

В склянки №№5-6 внесен экстракт грунта, затравленного нефтью в количестве 1,0 г/кг, отфильтрованный от его частиц. Затем в эти склянки внесена культура микроводоросли Scenedesmus obliquus из расчета 500-600 т.кл./мл.

Во все склянки вносили по 1 экземпляру одноразмерных мидий.

После 1 часа экспозиции по формуле (2) вычисляли скорость фильтрации мидиями микроводорослей в склянках 2, 4, 6. По полученным данным по формуле (1) определяли адсорбционную активность (Ad) контактной зоны. Данные этих опытов даны в таблице 1.

Таблица 1 Опыты, № Концентрация нефти в грунте, г/кг Скорость фильтрации мл/экз.·час Адсорбционная активность контактной зоны, % Fk Fэкстр. Ad 1
2
3
0,0
0,1
1,0
35,0

26,3
26,3
26,3
28,0
22,7
18,5
+20%
-40%
-89%

Как видно из таблицы, значения Fk и Fв во всех опытах не менялись, (вода не подвергалась искусственному загрязнению) и данные оставались одними и теми же: Fk - 35,0 мл/экз.·час, Fв - 26,3 мл/экз.·час. Адсорбционная активность незагрязненного грунта составила +20% и снижалась с увеличением концентрации вносимых в грунт нефти со значением показателя в концентрации нефти 0,1 г/кг - (-40%), в концентрации 1,0 г/кг - (-89%). Последняя цифра может рассматриваться как сильная или острая токсичность, регистрируемая уже в первые часы.

При этом положительное значение показателя Ad (адсорбционной активности) указывает на то, что контактная зона чистого грунта адсорбирует поллютанты из воды после диспергирования, в результате чего вода становится чище и беспозвоночные фильтраторы, например мидии, начинают фильтровать воду на 20% быстрее. Отрицательное значение показателя Ad указывает на то, что в результате чрезмерной загрязненности контактной зоны поллютанты при диспергировании из грунта переходят в воду, повышая ее токсичность, измеряемую фильтрационной активностью мидий, в результате чего этот физиологический параметр снижается.

Полученные в эксперименте данные позволяют использовать значения предлагаемого тест-показателя Ad для оценки уровня загрязнения контактной зоны "грунт-вода" в водных экосистемах различного типа, и при контроле водных экосистем этот тест-показатель можно использовать, как дополнительный параметр экологического состояния водоемов.

Использованные источники

1. Авт.свид. №1835924, МКИ G01N 33/24.

2. Авт.свид. 1784915, МПК G01N 33/18 (прототип).

Похожие патенты RU2358264C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ РЕАБИЛИТАЦИИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 2022
  • Кривицкий Сергей Владимирович
RU2784508C1
Способ определения токсичности водной среды 1987
  • Аксенова Елена Ивановна
  • Идрисова Наталья Халитовна
  • Бакаева Елена Николаевна
SU1698757A1
СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ЛИТОРАЛЬНОЙ ЗОНЫ МОРЕЙ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ 2012
  • Гудимов Александр Владимирович
RU2505489C1
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АКВАКУЛЬТУРЫ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ МОРСКИХ ВОД 2011
  • Корпакова Ирина Григорьевна
  • Воловик Станислав Петрович
  • Афанасьев Дмитрий Федорович
  • Чередников Сергей Юльевич
  • Барабашин Тимофей Олегович
  • Инютина Ирина Султановна
  • Грицыхин Владимир Александрович
RU2479996C2
Способ биологического мониторинга состояния экосистем акватории бухты Козьмина с использованием в качестве тест-объектов морских гидробионтов 2016
  • Гамберов Рустам Шамильевич
  • Радченко Елена Яковлевна
  • Дзизюров Виктор Дмитриевич
  • Викторовская Галина Ивановна
  • Николаева Арина Валерьевна
  • Костина Елена Андреевна
  • Выходцева Наталья Альбертовна
RU2670208C1
СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ И ОТБОРА ОРГАНИЗМОВ-БИОСЕНСОРОВ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ БИОИНДИКАЦИИ И БИОМОНИТОРИНГА МОРСКИХ И ПРЕСНЫХ ВОД, ВКЛЮЧАЯ ПИТЬЕВУЮ И СТОЧНЫЕ ВОДЫ 2014
  • Гудимов Александр Владимирович
RU2595867C2
СПОСОБ ИСКУССТВЕННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МОЛЛЮСКОВ 2019
  • Шульгин Роман Юрьевич
  • Ким Лора Николаевна
  • Ким Денис Михайлович
RU2752923C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ МОРЕЙ ОТ КОМПЛЕКСНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ 2012
  • Гудимов Александр Владимирович
RU2494978C1
СПОСОБ МЕЛИОРАЦИИ ПРИБРЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ 2014
  • Поляхов Алексей Семенович
  • Гринцов Владимир Андреевич
  • Губанов Владимир Иванович
  • Субботин Александр Анатольевич
  • Иванов Валерий Михайлович
RU2541444C1
Способ получения растительного моллюскоцида как профилактического средства против пастбищных гельминтозов животных 2021
  • Андреянов Олег Николаевич
  • Постевой Алексей Николаевич
  • Даниленко Андрей Владимирович
RU2767865C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ КОНТАКТНОЙ ЗОНЫ "ГРУНТ-ВОДА"

Изобретение относится к водной токсикологии и может быть использовано для оценки качества природных вод. Способ предусматривает следующее. Подготавливают пробы с контрольной средой, опытной, в качестве которой отбирают пробу с придонным слоем тестируемой воды и дополнительную пробу с экстрактом грунта, приготовленным на придонной воде и отфильтрованным от его частиц, содержащих суспензию микроводорослей. Помещают в эти пробы беспозвоночных фильтраторов. Выдерживают их. Регистрируют параметры, характеризующие фильтрационную активность беспозвоночных фильтраторов. Сравнивают полученные данные. Судят о токсичности контактной зоны «грунт-вода» на основании измерения тест-показателя Ad, рассчитываемого по формуле:

При этом при отрицательных показателях Ad делают вывод о токсичности контактной зоны «грунт-вода». Изобретение позволяет повысить точность и информативность определения токсичности водной системы. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 358 264 C2

Способ определения токсичности контактной зоны «грунт-вода», включающий помещение беспозвоночных фильтраторов в пробы с контрольной и опытной средой, содержащие суспензию микроводорослей, выдерживание их, регистрацию параметра, характеризующего фильтрационную активность беспозвоночных фильтраторов, сравнение опытных данных и отнесение исследуемой среды к токсичной в случае отличия опытных данных от контрольных, отличающийся тем, что в качестве опытной среды отбирают пробу с придонным слоем тестируемой воды и дополнительно пробу с экстрактом грунта, приготовленным на придонной воде и отфильтрованным от его частиц, и о токсичности контактной зоны «грунт-вода» судят на основании измерения тест-показателя Ad по формуле

где Ad - тест-показатель адсорбционной активности грунта (донных осадков), %;
Fв - скорость фильтрации фильтраторами суспензии микроводорослей в тестируемой придонной воде, мл/экз.·ч;
Fэкст - скорость фильтрации фильтраторами суспензии микроводорослей в экстракте грунта (без частиц), мл/экз.·ч;
Fк - скорость фильтрации фильтраторами суспензии микроводорослей в чистой воде (контроль), мл/экз.·ч;
где скорость фильтрации: Fэкст, Fв, Fк рассчитывают по формуле

где F - скорость фильтрации, мл/экз.·ч;
Со - исходная концентрация микроводорослей, кл/мл;
Ct - концентрация микроводорослей после часовой экспозиции, кл/мл;
V - объем фильтруемой жидкости, мл;
N - количество фильтраторов, экз.;
t - время экспозиции, мин,
при этом при отрицательных показателях Ad делают вывод о токсичности контактной зоны «грунт-вода».

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2358264C2

Способ оценки токсичности водной среды 1990
  • Балаян Алла Эдуардовна
  • Зубарева Любовь Дмитриевна
  • Стом Дэвард Иосифович
  • Зайцев Игорь Валерьевич
SU1784915A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МУТАГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ 1990
  • Чистяков В.А.
  • Корнилов В.Н.
SU1835924A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ (ТОКСИЧНОСТИ) КОМПОНЕНТОВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОСОБИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ 2005
  • Тулупов Павел Евграфович
  • Никонова Светлана Павловна
  • Тулупов Александр Павлович
RU2281495C1
Способ определения токсичности водной среды 1990
  • Антощина Маргарита Михайловна
  • Иванова Татьяна Ильинична
  • Рябченко Владимир Ильич
  • Рябченко Николай Ильич
  • Трофимова Марина Викторовна
  • Шеметов Валерий Юрьевич
  • Эрнестова Людмила Сергеевна
SU1748060A1
Способ определения токсичности водорастворимых веществ 1983
  • Этлин Семен Наумович
SU1257518A1
Способ биологической оценки токсичности воды и устройство для биологической оценки токсичности воды 1982
  • Емельяненко Валерий Владимирович
  • Крайнюкова Алла Николаевна
  • Катриченко Георгий Николаевич
  • Васенко Александр Георгиевич
SU1068083A1
Способ определения токсичности водных сред 1988
  • Карасев Сергей Георгиевич
  • Новосадова Татьяна Григорьевна
  • Стручкова Нина Леонидовна
SU1597722A1
ЭКСПРЕСС-СПОСОБ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПРЕСНЫХ ВОД "ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ МОЛЛЮСКОВ" ("ПРМ-ТЕСТ") 1992
  • Зайцева Ольга Викторовна
RU2082167C1
СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ХРОНИЧЕСКОЙ ТОКСИЧНОСТИ ВОДЫ 2004
  • Ратушняк Анна Александровна
  • Ильясова Мария Александровна
RU2283489C2
Пломбировальные щипцы 1923
  • Громов И.С.
SU2006A1
Пломбировальные щипцы 1923
  • Громов И.С.
SU2006A1

RU 2 358 264 C2

Авторы

Афанасьев Дмитрий Федорович

Корпакова Ирина Григорьевна

Аксенова Елена Ивановна

Даты

2009-06-10Публикация

2007-04-16Подача