• ЗАКАЗАТЬ ХЛОРЕЛЛУ
• ВОДА
• ЖИВОТНОВОДСТВО
• ТИЛАПИЯ
• НАУКА
• О компании
• Галерея
• Вопрос-Ответ /
  Консультация онлайн
• Наши заказчики
• Отзывы

• English version
• Новости
• Прайс-лист
• Пресса о нас...
• Отчеты
• Контакты
• Материалы

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОДОЁМОВ ЦИАНОТОКСИНАМИ С ПОМОЩЬЮ МИКРОВОДОРОСЛИ CHLORELLA VULGARIS ИФР №С-111

В.С. Петросян, Е.А. Шувалова, В.Т. Лухтанов, В.В. Кульнев

МГУ им. М.В. Ломоносова, ООО НПО «Альгобиотехнология», г. Воронеж

Одной из важнейших проблем водопользования является изменение химического состава поверхностных источников питьевой воды под влиянием различных природных факторов. Спектр загрязняющих веществ, попадающих в эти водоисточники, весьма широк: органические, неорганические, металлорганические. Среди органических токсикантов в последние годы особое внимание привлекают цианотоксины, образующиеся в водоемах в результате быстрой утилизации синезелеными водорослями неорганического азота (катионы аммония, нитрит-, нитрат-анионы). Проведены исследования, направленные на выявление химических аспектов коррекции альгоценоза природных водоемов, для которых ранее наблюдалось регулярное «цветение», сопровождавшееся образованием в них цианотоксинов. В данной работе мы приведем экспериментальные данные, полученные при альголизации Барвихинских прудов штаммом микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР №С-111. Ключевые слова: «цветение» водоемов, синезеленые водоросли (цианобактерии), утилизация неорганических производных азота, загрязнение водоемов, цианотоксины, коррекция альгоценоза водоемов, штамм Chlorella vulgaris ИФР №С-111, предотвращение загрязнения цианотоксинами.

Prevention of Pollution of Natural Basins by Cyanotoxins Using Chlorella vulgaris ИФР №С-111 Alga

V.S. Petrosyan, E.A. Shuvalova, V.T. Lukhtanov, V.V. Kul`nev Lomonosov Moscow State University, OJSC «Al`gobiotehnologiya», Voronezh city

   Одной из важнейших проблем водопользования является изменение химического состава поверхностных источников питьевой воды под влиянием различных природных факторов. Спектр загрязняющих веществ, попадающих в эти водоисточники, весьма широк: органические, неорганические, металлорганические. Среди органических токсикантов в последние годы особое внимание привлекают цианотоксины, образующиеся в водоемах в результате быстрой утилизации синезелеными водорослями неорганического азота (катионы аммония, нитрит-, нитрат-анионы).

Инновационным подходом, позволяющим значительно снизить уровень загрязнения водоемов цианотоксинами, является коррекция альгоцеозов этих водоемов планктонными штаммами зеленой микроводоросли Chlorella vulgaris. От других представителей фитопланктона она отличается возможностью жизнедеятельности в широком температурном интервале (от 2 до 40ºС), устойчивостью к шоковым реакциям (замораживание) и способностью развития в экстремальных условиях, например в сточных водах коксохимических производств с содержанием фосфора 1 г/дм3. Утилизация хлореллой неорганических производных азота и фосфора настолько эффективна, что не остается шансов для развития других видов водорослей (в частности, синезеленых водорослей – цианобактерий). Это, учитывая токсичность и соответственно неприятные запахи выделяемых синезелеными водрослями веществ, позитивно сказывается на качестве воды в природных водоемах, используемых как для приготовления питьевой воды, так и в рекреационных целях (купание, любительская рыбная ловля и т.п.).

 В 2013 году нами проведены исследования химических аспектов коррекции альгоценоза природных водоемов, для которых ранее наблидалось регулярное «цветение», сопровождавшееся образованием в них цианотоксинов. В данной работе приведены экспериментальные данные полученные при альголизации Барвихинских прудов штаммом микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР №С-111.

Характеристика штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111.

Исходным материалом для проведения альголизации предложена суспензия хлореллы штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111 (рис.1), выделенного Н.И. Богдановым из образцов воды Нурекского водохранилища (Таджикистан) в 1977 г. [1].

Морфологические признаки: молодые клетки слабоэлипсоидные размером от 1,5 до 2,0 мкм, взрослые – шаровидные диаметром 6 – 8 мкм на жидкой питательной среде, на дно не осаждаются, стенки сосуда не обрастают. На агаризированной питательной среде на 7 – 10-ый день на свету образуются круглые, гладкие и выпуклые колонии с ровными краями. Диаметр колоний 3 – 4 мм, окрашены в темно-зеленый цвет, размер клеток 5 – 8 мкм. Хлоропласт широкопоясковидный, незамкнутый.

Физиологические признаки: деление клеток на 2 – 8, очень редко на 16 спор. Штамм автотрофный. Расчет на среде: аммиачная селитра 0,2 – 1,0 г; суперфосфат (1% раствор) – 0,2 мл; сульфат железа (1% раствор) – 0,15 мл; нитрат кобальта (0,01% раствор) – 1 мл; сульфат меди (0,01% раствор) – 1 мл; бактериальная суспензия – 25 – 40 мл; водопроводная вода – 1 л. В лабораторных условиях штамм культивируется на среде Тамийя и не требует специальной подачи в культуру углекислого газа. Достаточно один раз в сутки ввести бактериальную суспензию, насыщенную углекислым газом, который образуется благодаря деятельности клетчатковых бактерий при разложении материала, содержащего клетчатку, например, хлопкового линта и соломы.

Культуральные свойства: оптимальные условия культивирования – при естественном солнечном освещении в лотках с открытой поверхностью и толщиной слоя суспензии не превышающей 20 см. Режим освещения соответствует естественной суточной инсоляции в летний период. Штамм обладает способностью «свободного парения» и равномерного распределения в культуральной среде. Оптимальная температура культивирования 26 – 36 ºС.

Цикл развития штамма следующий: в светлый период суток идет активный процесс фотосинтеза, в результате чего клетки интенсивно набирают биомассу. Размеры клеток с 6 до 21 ч увеличиваются с 1,5 до 8,0 мкм. Активное деление клеток наблюдается с 22 до 4 ч. К 5 ч молодые клетки готовы к фотосинтезу. Цикл развития клеток стойкий, нарушить его можно путем искусственного изменения светового режима. Штамм выносит прямое солнечное освещение, при достижении плотности клеток в культуре более 10 млн/мл проявляются хорошо выраженные антагонистические свойства к альгофлоре, бактериям и инфузориям. Лизис альгофлоры в культуре штамма наступает через 4 – 8 ч, гибель бактерий и инфузорий – через 6 – 10 ч культивирования. Штамм обладает невосприимчивостью к фагам. При культивировании в лабораторных условиях на среде Тамийя в термостате при температуре 36 ºС и интенсивности освещения 30000 лк на третьи сутки плотность клеток в культиваторе достигает 80 млн/мл при исходном количестве 9 млн/мл.

В стеклопластиковых лотках, установленных под открытым небом, на четвертые сутки плотность клеток достигает 60 млн/мл при исходном количестве 3 млн.мл. Установлено, что преимуществом штамма являются его планктонные свойства и равномерное распределение клеток в водной толще.

Задачи исследования.

Ставилась цель, прежде всего, провести гидрохимический и гидробиологический анализ воды Барвихинских прудов до первичной (весенней) альголизации и непосредственно первичную (весеннюю) коррекцию альгоценоза. Вслед за этим было необходимо провести первый цикл комплексного исследования результатов первичной коррекции альгоценоза Барвихинских прудов и, оценив ситацию, через один или два месяца провести уже вторичную (летнюю) коррекцию альгоценоза. Далее после проведения второго цикла комплексного исследования результатнов вторичной коррекции альгоценоза были проведены окончательная (осенняя) коррекция альгоценоза Барвихинских прудов и заключительное комплексное гидрохимическое и гидробиологическое исследование.

Уровень загрязнения водоема оценивали по гидрохимическим показателям в сравнении с нормативами ПДК, утвержденными 18.01.2010 г. приказом Росрыболовства №20 «Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы ПДК вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения», СанПин 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

Определение водорослей проводилось по соответствующим определителям с применением общепринятых методик исследований (Диатомовый анализ (1949 – 1950 гг.); Определители пресноводных водорослей СССР (выпуски 1-12, 1950 – 1953 гг.); Диатомовые водоросли СССР(1974 – 1992 гг.)). Гидробиологические анализы проводили в соответствии с рекомендациями, изложенными в «Руководстве по методам гидробиологического анализа» (1983 г.).

Краткая информация о Барвихинских прудах. В качестве модельных водоемов были выбраны два бетонных резервуара прямоугольной формы со сторонами 7*45 м, входящих в состав очистных сооружений ливневой канализации поселка Барвиха Одинцовского района Московской области. Площадь каждого из водных зеркал выбранных модельных водоемов составляла около 315 м2 (рис.2). Поступление воды в резервуары осуществлялось по общему коллектору, что позволяло использовать эти сооружения как экспериментальный и контрольный водоемы.

Результаты химического анализа воды в Барвихинских прудах.

Отбор проб воды для оценки гидрохимического состояния Барвихинских прудов до первичной альголизации водоема был проведен 31 мая 2013 г. Результаты анализов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – гидрохимические параметры воды Барвихинских прудах (31.05.13 г.)

Из полученных экспериментальных данных следует, что гидрохимическое состояние модельных водоемов в весенний период перед альголизацией можно считать нормальным.

Результаты оценки альгоценоза Барвихинских прудов.

Оценка альгоценоза Барвихинских прудов до проведения работ по первичной альголизации 31 мая 2013 г. (табл.2) показывает, что при практическом отсутствии в весенний период синезеленых водорослей в обоих водоемах имеется значительный дисбаланс в диатомовых и зеленых водорослях и существенно разные суммарные количества водорослей.

Таблица 2 – количество водорослей, кл./мл., в Барвихинских прудах до проведения работ по первичной альголизации (31.05.13 г.).

Расчёт нормы вселения и определение точек вселения хлореллы.

Были рассчитаны нормы вселения с точки зрения поддержания достаточной численности клеток альголизанта в единице объема для выполнения возложенной на него миссии за весь вегетационный период.

Экспериментально доказано, что при численности Сhlorella vulgaris ИФР №С-111 800 – 1000 клеток в 1 мл. (в весовом выражении – 0,2 г/м3) через четыре дня происходит угнетение развития синезеленых водорослей, вызванное ее метаболитами.Такая численность принимается за верхний предел достаточности концентрации альголизанта для предотвращения «цветения» водоема синезелеными водорослями.

Гидрохимические показатели Барвихинских прудов, полученные в результате проведенных исследований, не являются сдерживающим фактором роста численности Сhlorella vulgaris ИФР №С-111, тогда как зоопланктон и личинки ихтиофауны в период своего массового развития (июнь – август), использующие хлореллу в своем рационе, существенно снижают ее популяцию. Масса зоопланктона, питающегося фитопланктоном, в среднем по водоему составила 0,5 г/м3. При этом суточное потребление хлореллы составляло 0,1 г/м3, что соизмеримо с верхним пределом достаточности концентрации альголизанта для предотвращения «цветения» водоема синезелеными водорослями. В весенние месяцы влияние зоопланктона значительно ослабевало, а при температуре воды в водоеме ниже +12ºС оно вообще не учитывалось.

При достаточно высокой температуре и хорошей инсоляции в период весеннее-летних месяцев гидрохимических условиях Барвихинских прудов Сhlorella vulgaris ИФР №С-111 ежесуточно удваивала свою численность. Учитывая, что таких комфортных условий обитания до массового развития зоопланктона у хлореллы – 8 – 10 дней, массу альголизанта (живой водоросли), кг, вносимого на всю акваторию Барвихинских прудов, определяли по формуле:

М_а = V_b m_ДК/2ⁿ ,

где V_b – объем метрового слоя водоема, м³; m_ДК – удельная масса достаточной концентрации альголизанта, кг; n- минимальное число дней комфортных условий обитания.

Рассчитанная по формуле величина составляет 0,25 кг, что соответствует 5 кг суспензии хлореллы, выращенной по ТУ плотностью 109 кл./мл. Что касается точек вселения хлореллы, то они были выбраны с позиции равномерного распределения штамма по акватории.

Доставка суспензии к водоемам и вселение хлореллы.

Суспензию хлореллы плотностью 109 кл./мл. к месту вселения доставляли специализированным транспортом НПО «Альгобиотехнология» в пластиковых ёмкостях по 5л.

Вселение суспензии Сhlorella vulgaris ИФР №С-111 проводилось равномерно по периметру экспериментального водоема и было оформлено актом о вселении.

Анализ результатов проведённых альголизаций в весенний, летний и осенний сезоны года.

Первая (весенняя) коррекция альгоценоза была проведена 31.05.13 г. с помощью штамма водоросли Сhlorella vulgaris ИФР №С-111.

Полученные результаты анализа качества воды по химическим и гидробиологическим показателям показали, что весеннее вселение хлореллы не повлияло на азот- и фосфорсодержащие соединения, а также на количество растворенного кислорода в экспериментальном водоеме, однако в этом водоеме очень быстро уменьшилось общее количество фитопланктона (с 142880 до 1873 кл./мл.), тогда как в контрольном водоеме количество фитопланктона возросло примерно в 10 раз.

Вторая (летняя) коррекция альгоценоза была проведена 27.06.2013 г. В результате проведенной повторной альголизации в экспериментальном водоеме исследуемые показатели оказались ниже, чем в контрольном: азот аммонийный – в среднем на 0,054 мг/дм3, азот нитритов – в среднем на 0,014 мг/дм3, азот нитратов – в среднем на 0,066 мг/дм3, аммоний-ион – в среднем на 0,075 мг/дм3. Содержание же растворённого кислорода в экспериментальном водоеме за весь летний период было стабильно выше, чем в контрольном резервуаре в среднем на 2,06 мг/дм3.

Численность фитопланктона в экспериментальном водоеме после резкого сокращения на первом этапе альголизации колебалась в пределах от 1722 до 9560 кл./мл., тогда как в контрольном водоёме значения этого показателя достигали 33264 кл./мл.

Третья коррекция альгоценоза была проведена в осенний период (4.09.2013 г.). Численность фитопланктона в исследуемых водоемах с 17.09.2013 г. по 15.10.2013 г. была невелика, причем в этот период в контрольном водоеме численность фитопланктона ниже, чем в экспериментальной водоеме в 1,5 – 2,0 раза.

После 15.10.2013 г. произошло интенсивное развитие фитопланктона (в экспериментальном водоеме отмечалось превышение его численности по сравнению с контрольным приблизительно в 5 раз), представленного преимущественно диатомовыми водорослями.

С 04.09.2013 г. по 15.10.2013 г. в наблюдаемых водоемах динамика изменения исследуемых химических показателей практически не различалась. Но необходимо отметить, что в экспериментальном водоеме концентрация азотных соединений в среднем была ниже на 0,04 мг/дм3 по сравнению с контрольным. Изменения содержания фосфора общего также происходило с одинаковой закономерностью в обоих водоемах. Содержание растворенного кислорода в экспериментальном водоёме в осенний период после третьей альголизации было выше, чем в контрольном, особенно после 30.09.2013 г. и составляло по данным на 15.10.2013 г. 12,9 и 9,2 мг/дм3 соответственно.

По данным проведенных анализов в контрольном и экспериментальном водоемах преобладали диатомовые водоросли за исключением единичного случая (19.08.2013 г.), когда в контрольном водоеме доминирующее положение заняли золотистые водоросли численностью 14560 кл./мл. (общая численность фитопланктона составляла 33264 кл./мл.).

Анализ видового состава фитопланктона в воде контрольного и экспериментального водоемов показал, что в контрольном водоеме кроме диатомовых и зеленых водорослей в достаточной степени синезеленые, золотистые, эвгленовые и другие представители фитопланктона. Вместе с тем в экспериментальном водоеме бесспорно на первом месте – диатомовые водоросли. Причем 18.06.2013 г. и 15ю10.2013 г. наиболее высокая общая численность фитопланктона также обусловлена присутствием в воде экспериментального водоема диатомовых водорослей в количестве 141760 и 74880 кл./мл., что составляет 99,2 и 99,7% соответственно от общей численности фитопланктона. Это свидетельствует о коррекции альгоценоза экспериментального водоема в пользу диатомовых водорослей.

Наблюдая за изменениями качества воды за весь исследуемый период времени, можно сделать вывод о том, что исследуемые показатели азотсодержащих соединений, общего фосфора и растворенного кислорода не превышали значений ПДК для природных водоемов. Построенные зависимости представлены на рис. 3 – 5.

Анализ результатов показал, что качество воды в экспериментальном водоеме по некоторым показателям было лучше. Так, на втором и третьем этапах альголизации в экспериментальном водоеме значения азота аммонийного были в среднем ниже на 0,04 мг/дм3, чем в контрольном (см. рис. 3, а). Динамика изменения содержания аммоний-иона аналогична (см. рис.3, г). В среднем за те же этапы альголизации данный показатель в экспериментальном водоеме ниже, чем в контрольном на 0,06 мг/дм3.

 

Литература

1. Богданов Н.И. Биологическая реабилитация водоемов. Пенза: РИО ПГСХА, 2008. 126 с.

Страницы в журнале 36 – 41