Поверхностный сток с территории города является существенным источником загрязнения и засорения водных одъектов. Поверхностный сток включает в себя дождевые, снеговые и поливомоечные сточные воды. Основными источниками загрязнения поверхностного стока на городских территориях являются: мусор с поверхности покрытий, продукты загрязнения дорожных покрытий, продукты эрозии грунтовых поверхностей, выбросы веществ в атмосферу промышленными предприятиями, автотранспортом, площадь для сброса бытового мусора. Оценку выноса веществ с поверхностным стоком производят на основе ориентировочных данных о составе и количестве поверхностного стока. При определении количества веществ, поступающих в водный объект, необходимо знать его состав и расход. Количество дождевых и снеговых вод зависит от количества выпавших атмосферных осадков и характеристик водосборной территории.

В сбросах ДМЗ ЭСПЦ за 2002 год установлено превышение ПДС (предельно допустимый сброс) по марганцу в 1,7 раз до ЭСПЦ и по хрому в 2 раза - после ЭСПЦ. В сбросах шахты им. А.Ф. Засядько имеется превышение по свинцу в 1,2 раза. В настоящее время можно количественно оценить поступление ТМ со сточными водами предприятий, в то же время поверхностный ливнесток с территории города не поддается учету. Основными источниками загрязнения поверхностного стока на городских территориях являются: мусор с поверхности асфальтного покрытия, продукты эрозии грунтовых поверхностей, выбросы веществ в атмосферу промышленных предприятий, автотранспорт. Так, в поверхностном дождевом стоке с урбанизированных территорий процентное содержание ТМ составляет от 35-54% - для Mn, Zn, Pb, 86% для Cu (литературные данные), т.о поверхностный сток вносит весомый вклад в загрязнение реки ТМ.

2. ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТМ В РЕКЕ КАЛЬМИУС.

2.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТМ КАК ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ.

Термин "тяжелые металлы" связан с высокой атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, позволяющим относить металлы к тяжелым, является их плотность (больше пяти). По биологической роли в живых организмах тяжелые металлы включают в себя как типичные микроэлементы (кобальт, медь, цинк, молибден, хром, марганец, никель), биохимические функции которых подробно изучены, так и металлы (металлоиды), чья биологическая роль в живых организмах не столь многогранна и важна или вообще сомнительна (скандий, титан, кадмий, родий, сурьма, таллий). Вместе с тем все тяжелые металлы обладают одним общим свойством: они могут быть биологически активными. Вследствие этого, попадая в результате антропогенной деятельности в природные среды в миграционно-активном состоянии, они начинают мигрировать, включаясь в той или иной степени в биологический круговорот, и при определенных биогеохимических условиях и концентрациях начинают оказывать токсическое воздействие на живые организмы.(http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/542.html)

2.2 ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ТМ В ВОДОЕМЕ.

Токсичность природных вод в самом общем виде определяется, в первую очередь, составом и концентрацией химических компонентов, находящихся в воде. Все формы химических элементов в водоеме делят на две группы:

• физико-химические формы, содержащиеся в определенных фракциях поверхностных вод, которые в свою очередь подразделяются по их размеру, или по их лабильности относительно используемой аналитической техники;
• химические формы, характеризующиеся или определенными химическими соединениями, или валентным состояниям.

На изменения содержания ТМ в водоеме влияют pH, жесткость и температура воды. При прочих равных условиях с ростом температуры среды токсичность растворенной меди и цинка возрастает, что, возможно, прежде всего связано с активизацией биологических процессов в экосистемах, в том числе процессами аккумуляции металлов. Влияние pH сводится к тому, что в кислых водах токсичность меди и цинка проявляется при более низких концентрациях, чем в щелочных. Это связано с более высоким уровнем ионных форм меди, цинка в кислых водах, чем в щелочных.

3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ТОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТМ ВОДНУЮ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ.

3.1 ИЗМЕНЕНИЕ БИОПРОДУКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ.

В зависимости от биомассы, заключенной в единицы объема водяного столба(удельной массы), концинтрация металлов в этой биомассе и в воде, в которой она находится, будет меняться. Эксперимент проводился в 500-миллиметровой колбе. Водоросли, после культивирования помещали в экспериментальные среды, содержащие Cd, где выдерживали 24 часа, концентрация Cd=100мг/л, что меньше ПДК (предельно допустимая концентрация). Как показали эксперименты, на содержания Cd в водорослях влияет pH. Проведенные статистические расчеты показали, что поглощение Cd при pH=7,5 составляет 37,1мг/г сухого вещества биомассы водорослей, при pH=8,5 биомасса составила 47,3мг/г. Также следует отметить, что процесс аккумуляции Cd водорослями фактически не связан с метаболическими процессами, а определяется в основном процессами физико-химической сорбции на поверхности клеток, по крайне мере на начальных этапах воздействия металла на водоросли. Прямым подтверждением этого заключения служат данные, свидетельствующие о том, что, при добавлении металлических ингибиторов в среду, характер аккумуляции металлов водорослями не изменяется, а промывка водорослей в растворе ЭДТА ведет к уменьшению уровней содержания металлов в водорослях.

3.2 ВЛИЯНИЕ ТМ НА ФОТОСИНТЕЗ.

Оценка уровня загрязнения реки ТМ является актуальной проблемой. Это связано с тем, что ТМ обладают кумулятивностью и токсичностью для всех живых организмов и гидробионтов в частности. Токсичность ТМ в значительной степени зависит от физико-химических факторов, таких как температура, pH, жесткость воды, содержание органических веществ, а гидробионты в свою очередь проявляют чувствительность к накоплению ТМ в реке. Данное состояние гидробионтов зависит от их способности синтезировать в клетках металлотеионины - белки, содержащие много сульфгидрильных групп, что обуславливает их активность в связании ионов металлов. Обзор литературы по данному вопросу показал, что наиболее важный механизм токсического действия ТМ на живые организмы заключается в подавлении активности многих ферментных систем. Это обусловлено, способностью ТМ вступать в химическое взаимодействие с сульфгидрильными (-SH) группами протеинов живых организмов, в первую очередь ферментных, а также других белковых структур. Изменение их конформационного состояния приводит к блокированию течения ряда биохимических процессов.

Особое значение имеет влияние ТМ на различные сообщества фитопланктона, представляющие собой начальное звено пищевых цепей, так как они являются первичными продуцентами органического вещества в водной экосистеме. Согласно литературным данным ТМ оказывают существенное влияние на процесс фотосинтеза у водорослей, а также соответственно на количество выделенного ими кислорода. Количество растворенного кислорода в воде является жизненно важным параметром водных экосистем, влияющих на процессы самоочищения. В качестве тест реакции на воздействие ТМ служила фотосинтетическая активность водорослей, о которой судили по количеству растворенного кислорода в среде, определяемого с помощью портативного термооксиметра. В качестве комплексообразующих веществ были испытаны следующие соединения: ЭДТА, тиосульфат натрия. Время экспозиции водорослей в растворах составило 24 часа, а время контакта комплексонов с растворами ТМ - 30 минут. Известно, что токсичность ТМ уменьшается в присутствии хелатообразователей - веществ, образующих с ними прочные неионизирующие водо-растворимые комплексы. В результате исследований было установлено, что эффективность защитного действия комплексонов значительно варьируется в зависимости от вида металла. Сравнение результатов, полученных на зеленых и синезеленых водорослей, показало, что чувствительность последних для наиболее токсичных металлов значительно превосходит такову у зеленых водорослей. Это дает основание предполагать, что избирательность воздействия ТМ на различные виды водорослей природного фитопланктона может повлечь возникновение различных сукцессий планктонных сообществ с далеко идущими экологическими последствиями для водной экосистемы.

3.3 ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА АКТИВНОСТЬ КАТАЛАЗЫ ВОДОРОСЛЕЙ.

Нарушение функционирования водной экосистемы может наблюдаться при концентрации ТМ до 0,1-0,01мг/л, что вызывает деструктивные изменения у водорослей: угнетение фотосинтеза, образование в клетках организма избытка перекиси водорода, приводящего к изменению проницаемости биомембрам, что может вызвать гибель гидробионтов. Объектом нашего исследования является активность фермента каталазы, типичной для реки Кальмиус водоросли. Фермент каталаза осуществляя согласованный механизм детоксикации на клеточном уровне, разрушает в организмах избыточное количество перекиси водорода.

В этом процессе осуществляется его важная защитная функция для живых организмов. Фермент каталаза относится к гемопротеиновым ферментам. Его молярная масса 240000, состоит из четырех остатков гема, не взаимодействующего друг с другом. Степень окисления железа в каталазе - "3+".В металлопротеине железо образует прочный комплекс с гидропиританионом (OOH-).

Объективно имеющее место наличие высоких концентраций ТМ в воде реки Кальмиус, возможно приводит к образованию комплексных соединений атомов ТМ с активным центром оксидаз, в результате чего происходит изменение активности ферментов. Таким образом, изменение активности каталазы у водорослей может быть информативной тест реакцией на увеличение концентрации ТМ в водоеме.

Методика определения активности каталазы заключалась в выделении из водорослей фермента каталазы методом экстракции и непосредственном определении активности фермента каталазы. Для сравнительной оценки активности каталазы нами были выбраны два тест-объекта это типичная для реки Кальмиус водоросль, и аквариумная растительность - аладея. Из 0,5 г гомогенизированных водорослей была приготовлена водная вытяжка объемом 100 мл. Время инкубации - 5 минут. Активность каталазы определялась объемным методом путем титрования избытка перманганатом калия. Активность фермента водоросли оценивали в микромолях/мин·г.

Проведенные исследования показали, что имеются существенные отличия в активности фермента каталазы водорослей р.Кальмиус и аквариумных, что может быть объяснено влиянием тяжелых металлов.

Рассчет каталазы можно представить по следующей формуле:

X=(Tk-Tis)*50*100/(n*10*t),

где Tk=5.8,Tis=4.8 - объемы 0,1 N р-ра KMnO4;

X -активность каталазы;

50 - коэффициент пересчета на микромоли перекиси водорода;

100 - общий объем экстракта, мл.

n=0.05- навеска растительного материала;

t=1 - время инкубации, мин.

Введите свои значения и получите результат расчета активности каталазы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Оценка загрязнения реки Кальмиус тяжелыми металлами является достаточно актуальной проблемой. Это связано с тем, что такие предприятия как ДМЗ, шахта им. Горького шахта им. А.Ф. Засядько, сбрасывают сточные воды в реку, в состав которых входят ТМ, которые в свою очередь негативно отражаются на состоянии живых организмов. Представленные методы исследования (изменение биопродуктивности, фотосинтеза, ферментативной активности) имеют важное значение, так как именно они отражают изменение состояния живых организмов в результате воздействия ТМ. В частности, такой метод как изменение активности каталазы помог обоснованно оценить состояние водной растительности реки Кальмиус и педпололожить, что дальнейшее поступление и накопление ТМ вызовит серьезные изменения водной экосистемы реки. Чтобы это исключить, необходимо, прежде всего вести первичный учет содержания ТМ в сточных водах перед сбросом в реку и предпринимать дополнительные меры (способы очистки) по уменьшению содержания ТМ в сточных водах.

ЛИТЕРАТУРА