Водоканал и раки. Биомониторинг. Часть 1
Биологический мониторинг (биомониторинг) – это наблюдение и оценка изменений, вызванных в биологических системах антропогенным воздействием.
Расскажем о том, как это работает на практике для определения состояния качества воды.
Все чаще для контроля качества питьевой воды или качества очистки сточных вод применяют методы биомониторинга – путем включения живого организма в качестве биосенсора в состав автоматических станций мониторинга физико-химических характеристик качества природных и очищенных сточных вод.
Так, на Водоканале Санкт-Петербурга с декабря 2005 г. «работают» раки.
Системы биомониторинга качества воды есть на всех водопроводных станциях г. Санкт-Петербурга и ближайших пригородов. Их главная задача – следить за уровнем токсичности источника питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга – невской воды. Некоторые представители аборигенных узкопалых раков, обитающих в Неве и Невской губе, живут в аквариумах на каждом водозаборе петербургского Водоканала. Вода из Невы, прежде чем попасть на очистные сооружения и стать водопроводной, контролируется, помимо лабораторий, и такими «сотрудниками».
Технологам необходимо знать, не поступает ли на очистные сооружения вода, загрязненная такими токсическими веществами и в таких концентрациях, которые не могут быть удалены из воды с помощью имеющихся технологий и оборудования. Существующие физико-химические методы анализа по экономическим причинам могут обеспечивать контроль только ограниченного числа загрязняющих воду веществ и требуют времени, а технологам важно получить сигнал о поступлении на водозабор подобной воды как можно раньше. Оперативно, в реальном времени, «сообщить» об опасности могут только живые водные организмы, в частности, раки, которые очень чувствительны к загрязнениям среды их обитания.
К панцирю рака, сидящего в аквариуме, приклеивается волоконно-оптический датчик, который позволяет незаметно для животного в течение длительного времени регистрировать его сердцебиение. На экран компьютера диспетчера смены непрерывно выводятся уже обработанные результаты показателей сердечного ритма и стресс-индекса раков в виде системы «светофор»: красный, желтый или зеленый световые сигналы.
Нормальный сердечный ритм ничем не обеспокоенного рака (соответствующий зеленому сигналу) колеблется в зависимости от температуры воды от 30-ти до 60-ти ударов в минуту, а стресс-индекс обычно близок к нулю. В случае опасности частота сердечных сокращений резко повышается (не менее чем на 50%), а стресс-индекс возрастает до нескольких тысяч. При попадании в воду токсичных веществ раки реагируют в течение 1,5-2 минут (это время с учетом обработки данных). Их кардиоритм учащается, приборы дают сигнал тревоги (красный сигнал на мониторе диспетчера смены), по которому автоматически отбираются пробы воды для последующего подробного лабораторного анализа воды химическими и биологическими методами, и оповещаются все службы водопроводной станции.
Этот метод биомониторинга качества воды разработали специалисты Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской академии наук. Они еженедельно проводят профилактические тест-обследования раков.
Кроме станции биомониторинга, на Главной водопроводной станции Санкт-Петербурга есть еще и ферма, основная задача которой – разведение своих, адаптированных к производственному шуму и людям раков. Так животные с рождения привыкают к общению с людьми, природным колебаниям качества невской воды, шуму насосов станции.
Раки реагируют и на раздражители, не связанные с загрязнением воды – например на шум включаемого оборудования. Чтобы отсечь ложные срабатывания системы (ложные с точки зрения токсикологической опасности воды), ученые создали специальную аналитическую станцию, которая измеряет ряд характеристик воды – щелочность, температуру, мутность, а также снабжена датчиками шума и вибрации. Если аппаратура зарегистрирует вибрацию, то сигнал опасности в диспетчерскую не поступит, потому что датчики фиксируют момент, когда учащение сердцебиения рака совпадает с шумовым эффектом, и отсекают его как не связанный с токсикологической опасностью.
Для того, чтобы попасть на службу в Водоканал, раки проходят тщательное биохимическое и физиологическое обследование здоровья. Работают только самцы в возрасте 3-5 лет. Трудятся они посменно – три дня через шесть. Срок их службы составляет примерно год. Дело в том, что по своей физиологии раки должны зимовать, впадая в этот холодный период в состояние «спячки», а лишение того, что предусмотрено природой, естественно, ослабляет животное. А к дежурству допускаются только здоровые особи в хорошем функциональном состоянии.