Наш телефон:

+7 921 323 46 00
+7 911 227 39 48
+7 921 357 65 07

Системы и технологии раннего биологического оповещения общей токсичности воздуха

Известно, что требования природоохранного и санитарно-эпидемиологического законодательства регла­ментируют обязательное проведение производ­ственного контроля содержания загрязняющих веществ в выбросах и сбросах в окружающую среду, в зоне влияния предприятий, на границе санитарно-защитной зоны объектов природо­пользования.
Программы по производственному контролю качества атмосферного воздуха на крупных предприятиях обычно охватывают достаточно большое количество источников выбросов на канализационных и водопроводных станциях и вспомогательных производственных площадках. Перечень хи­мических веществ в выбросах в атмосферный воздух различен и зависит от применяемых на предприятиях технологий. Ввод в эксплуа­тацию заводов по сжиганию осадка сточных вод привел к расширению программ производственного контроля за каче­ством атмосферного воздуха, путем создания технологий постоянного контроля за содержанием характер­ных для выбросов от завода по сжиганию осадка загрязняющих веществ: пыли, диоксида азота, диоксида серы и диоксинов.
Отсутствие негативного воздействия на ат­мосферный воздух должно подтверждаться соблюдением предельно допустимой концентрации загрязня­ющих веществ на границе санитарно-защитной зоны предприятия. В настоя­щее время аккредитовано множество методик определения загрязняющих веществ в атмосфер­ном воздухе. Однако расширение перечня ана­лизируемых показателей (которых в несколько раз меньше, чем перечень ПДК) для минорных примесей в продуктах горения твердых осадков очистных сооружений абсолютно нецелесооб­разно.
В то же время, остается открытым вопрос отслеживания потенциальных рисков как слу­чайных залповых выбросов токсикантов (при аварийной ситуации), так и длительного воз­действия на живые организмы даже очень малых концентраций различных продуктов неполного сгорания ила из-за недостаточной изученности механизмов их совокупного воздействия, при которых воздействия отдельных факторов мо­гут не складываться, а взаимно умножаться. Это так называемый синергетический эффект воз­действия загрязняющих веществ на биоту, в том числе на человека. Практически это означает необходимость применения адекватных инте­гральных показателей для оценки соответствия качества атмосферного воздуха требованиям экологической безопасности. Такими интеграль­ными показателями загрязненности воздуха мо­гут быть реакции тест-организмов в системе биомониторинга, основной задачей которого является контроль опасного для биоты уровня загрязнения воздушной среды. Основной целью систем биомониторинга является «раннее био­логическое оповещение» об опасном уровне за­грязнения окружающей среды.
Для получения интегральных показателей загрязненности (применительно к выбросам в воздух) учеными3_1.jpg НИЦЭБ РАН по заказу ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в январе 2011 г. была разработана и введена в эксплуатацию станция производственного биологического мониторинга газовых выбросов от завода по сжиганию осадка Юго-Западных очистных со­оружений (ЮЗОС). В качестве тест-организмов, на основании ранее выполненных исследова­ний, были выбраны гигантские африканские улитки (легочные моллюски) Achatina fulica и Achatina achatina. Такой выбор обусловлен наличием у моллюсков легочного дыхания, чув­ствительности к запахам, возможностью креп­ления на их раковинах волоконно-оптических датчиков для контроля характеристик кардио-активности, прежде всего частоты сердечных сокращений, а также наличием двигательной активности, проявляющейся в вертикальном перемещении моллюска.
 
Такая станция биологического мониторинга вклю­чает:
  • террариум, в котором размещены шесть спе­циальных модулей для улиток;
  • систему подачи воздуха к индикаторной (на дежурстве) и контрольной группам моллюсков, которая обеспечивает нормализацию температу­ры, контроль потоков анализируемого и чистого воздуха, перекачивание и разбавление анализи­руемого дымового газа;
  • систему управления режимом содержания улиток, обеспечивающую капельное увлажнение тела моллюсков, подогрев используемой воды до температуры 25—35 °С, контроль постоянства значений рН подаваемой воды, вентиляцию;
  • регулятор освещения, включающий автома­тический режим чередования «ночь—день»;
  • шестиканальную волоконно-оптическую сис­тему отведения сигнала кардиоактивности мол­люсков и шестиканальную систему контроля вертикального положения моллюска относитель­но резинового шарика.
  • Улитки размещаются на резиновых шариках диаметром 10 см, которые свободно вращаются на поверхности воды без смещения. К раковине улиток прикреплены оптические волокна для от­ведения сигнала сердечной активности (рису­нок). Для питания улиток перед шариком уста­новлена кормушка. Улитка двигается по шарику, как по тренажеру — беговой дорожке, при этом датчики измеряют частоту сердечных сокраще­ний и двигательную активность.
В станции размещаются две группы улиток: контрольная группа из трех улиток, которые ды­шат «чистым» воздухом без примеси дымовых газов, и индикаторная группа из трех улиток, которые дышат воздухом с примесью дымовых газов.
Цель работы станции биомониторинга — по­лучение объективной информации о безопас­ности газовых выбросов на границе санитарно-защитной зоны (210 м).
Дым, поступающий к индикаторной группе улиток, разбавляется всего в 100 раз, что по уровню загрязнения воздуха повышает на­грузку на тест-организмы по сравнению с грани­цей санитарно-защитной зоны завода по сжига­нию осадка в 100 раз, так как в конкретных условиях разбавление содержания токсикантов на границе санитарно-защитной зоны составляет приблизительно 10 тыс. раз.
Оценка дежурным диспетчером текущего со­стояния уровня биологической опасности вы­брасываемых дымовых газов проводится на основании результатов автоматической обработ­ки и анализа в реальном времени динамики из­менения частоты сердечных сокращений и под­вижности моллюсков в контрольной и индика­торной группах.
Для наглядности формируются как индивиду­альные (по отдельным моллюскам), так и инте­гральные индикаторные качественные показате­ли изменения степени загрязненности (система «светофор»: «красный» — признак аварийности, «желтый» — наличие признаков угрозы, «си­ний» — признак ограничений в работе техниче­ских систем, «зеленый» — признак отсугствия указанных выше проявлений).
Предусмотрены основные варианты инди­кации «главного светофора», формируемого на персональном компьютере удаленного диспет­чера системы:
 «красный»— вырабатывается в случае син­хронного перехода от нормального состояния к негативной «защитной» реакции у всех моллю­сков индикаторной группы или в случае такой же резкой и синхронной реакции повышения частоты сердечных сокращений. Проявление обеих реакций указывает на резкое повышение токсичности дымовых газов до уровня, при ко­тором опасно даже воздействие в течение не­скольких часов, что требует принятия мер по детальному выяснению характера и причин слу­чившегося.
«Синий» — вырабатывается в случае, если на­рушается связь с персональным компьютером, а также если все до единого моллюски и индика­торной, и контрольной групп в течение несколь­ких часов пребывают в состоянии «защищенно­сти» своей раковиной от действия окружающей среды и демонстрируют отсутствие двигательной активности. Это указывает на то, что по каким-либо причинам перестала работать система капельного увлажнения моллюсков, и необходимо принятие мер по восстановлению ее работы. При автоматическом ежесуточном тестировании та­кая ситуация может возникать только в течение относительно непродолжительного времени — не более одного часа и только в период, выделенный для этого тестирования, — с 0 до 3 часов ночи.
«Желтый» — возникает, если большая часть моллюсков индикаторной группы находится в состоянии «защитной» реакции. Это может быть связано с изменением суммарной концентрации окислов углерода, серы и азота в дымовых газах и может указывать как на изменения режима сжи­гания, так и на неконтролируемые процессы в системе подачи газа. В этом случае при пропуска­нии через проточную рН-ячейку неразбавленных дымовых газов могут наблюдаться заметные ко­лебания величины рН. Если изменения величи­ны рН в дальнейшем сохраняются на неопреде­ленное время, это состояние «светофора» может служить прямым указанием на то, что требуется провести дополнительную регулировку системы подачи дымовых газов к станции биологическо­го мониторинга.
Указанная процедура применима для опреде­ления момента возникновения аварийной ситуа­ции, при которой в сбрасываемых в атмосферу дымовых газах может многократно повышаться содержание окислов серы, угарного газа, про­дуктов неполного сгорания и др. Для автомати­зированного контроля за накоплением негатив­ных изменений функционального состояния используемых биоиндикаторов при длительном воздействии на них разбавленных дымовых газов используется также сравнительное тестирование характера защитной реакции, сопровождаемой изменениями кардиоактивности, у моллюсков из индикаторной и контрольной групп при их обдуве интенсивным потоком сухого воздуха, осуществляемом ежесуточно в интервале от 1 до 4 часов ночи.
Таким образом, биоэлектронная система контроля качества газо­вых выбросов завода по сжиганию осадков сточ­ных вод является уникальным инновационным проектом. Он может стать основой для внедрения в отечественную практику автоматизированных систем интегрального биологического монито­ринга токсикологической опасности атмосфер­ного воздуха для раннего оповещения населения об угрозе его загрязнения.
Реклама в интернет. Создание сайта Мегагруп
2012 © ООО "НИЦ "ЭКОКОНТУР"