Классификация и характеристика сточных вод и их компонентов

В зависимости от происхождения сточные воды делят на три большие группы: промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные, а так­же различают поверхностный сток с водосборной площади водоемов.

По классификации Е. А. Веселова (1971) сточные воды делят на две ка­тегории: неорганические (с преобладанием неорганических компонентов) и органические (с преобладанием органических компонентов). Каждая из этих категорий подразделяется на две группы: сточные воды без специфических токсических свойств и со специфическими ядовитыми свойствами.

Неорганические загрязнители без специфических токсиче­ских свойств включают минеральные взвеси, соли натрия, кальция и магния, неорганические кислоты и щелочи, минеральные удобрения. Их отрицательное действие заключается в отложении осадков на дне, замутнении и засолении водоемов, повышении жесткости воды, изменении рН, запаха, цвета и других свойств. Поставщиками этих вод являются рудообогатительные фабрики, со­довые, азотно-туковые, машиностроительные, фарфорофаянсовые, угольные и некоторые химические предприятия.

Неорганические загрязнители со специфическими токсическими свойства­ми содержат в своем составе различные ядовитые вещества: аммиак и соли аммония, сероводород, сернистые соединения, тяжелые металлы и их соли, хлор, цианиды. Они поступают из предприятий черной и цветной металлургии, машиностроительной, химической, текстильной, целлюлозно-бумажной про­мышленности, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцово-цинковых руд, железных руд и др.

Органические загрязнители без специфических токсических свойств являются преимущественно отходами предприятий пищевой, целлю­лозно-бумажной и текстильной промышленности, коммунально-бытовые воды и стоки с животноводческих ферм. Они содержат большое количество нестой­ких органических веществ, легко подвергающихся брожению и гнилостному разложению с выделением аммиака, сероводорода, метана, индола и других продуктов. Это приводит к резкому дефициту кислорода, нарушению гидрохи­мического режима водоемов и гибели рыб от замора и токсикозов.

К органическим загрязнителям со специфической токсичностью относятся нефть и нефтепродукты, смолы, различные карбоциклические соединения, ор­ганические кислоты, спирты и кетоны, органические красители, поверхностно-активные вещества, пестициды. Источники поступления этих веществ различ­ные: нефтепромыслы и нефтеперерабатывающие предприятия, машинострои­тельная, целлюлозно-бумажная, химическая, пищевая, текстильная, кожевен­ная промышленности, коммунально-бытовые предприятия, сельское и лесное хозяйство. Наряду со специфическим токсическим действием на гидробионтов эта группа сточных вод также подвергается энергичному окислению, вызывает дефицит кислорода, нарушает органолептические показатели воды и рыбы.

Основные источники поступления пестицидов в водоемы — поверхностный сток с обрабатываемых сельскохозяйственных угодий, лесных массивов, забо­лоченных участков рек, озер и т. д. Поэтому необходимо четко представлять номенклатуру и технику применения пестицидов, а также степень их опасно­сти.

В зависимости от производственного назначения различают следующие группы пестицидов:

акарициды — средства для борьбы с растительноядными клещами;

альгициды — для уничтожения водорослей и другой сорной растительно­сти в водоемах;

аттрактанты — вещества, привлекающие насекомых;

гербициды — для борьбы с сорными растениями;

десиканты и дефолианты — для подсушивания растений и удаления листьев;

инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми;

зооциды — для борьбы с грызунами;

ларвициды — для уничтожения личинок насекомых;

моллюскоциды (лимациды) — для борьбы с моллюсками;

репелленты — для отпугивания насекомых;

фунгициды — для борьбы с грибами.

Большинство пестицидов — сложные органические соединения: хлорорганические, фосфорорганические, карбаматы, ртутьорганические, производные уксусной, масляной, роданистоводородной кислот, фенола, мо­чевины, алкалоиды, а также неорганические соединения, содержащие медь, мышьяк, серу и др.

Пестициды по стойкости в водной среде (распад на 95%) делят на сле­дующие группы: время распада

малостабильные – до 10 суток

умеренностабильные – от 11 до 60 суток

среднестабильные – 2-3 мес.

высокостабильные – 3-6 мес.

очень высокостабильные – 6 мес-1 год

сверхвысокостабильные – более 1 года

По способности к материальной кумуляции различают:

вещества, обладающие сверхвысокой кумуляцией, – коэффициент накопления (Кн) – 1000 и более;

вещества с высокой кумуляцией, Кн – 201-1000;

вещества с умеренной кумуляцией, Кн – 51-200;

вещества со слабовыраженной кумуляцией, К_Н – до 50.

По степени острой токсичности для рыб и водных организмов токсические вещества делят на следующие группы:

особотоксичные – CK₅₀ до 0,5 мг/л

высокотоксичные – CK₅₀ от 0,5 до 5,0 мг/л

среднетоксичные – CK₅₀ от 5,0 до 50,0 мг/л

малотоксичные – CK₅₀ от 50,0 до 500,0 мг/л

очень слаботоксичные – CK₅₀ более 500,0 мг/л

Различают три фазы во взаимодейст­вии между сточными водами и водой водоема: 1) изме­нение физических, физико-химических свойств воды и токсическое действие на гидробионтов; 2) действие на про­цессы, протекающие в водоеме; 3) действие на процессы, возникающие в биоценозах, и стабилизация в водоеме в результате саморегулирования.

В приведенной классификации не отражено влияние различных сточных вод на гидробионтов с фи­зиологической точки зрения.

Определение природы токсикантов по характеру ток­сического действия важно для диагностики отравлений рыб. Характер повреждения организма уже ориентировочно указывает на природу яда: локального, нервно-паралитического, гемолитического и т.д.

Изучение различных веществ неорганической и ор­ганической природы позволило подразделить их на сле­дующие группы:

1. Яды локального действия:

а) неорганические вещества: хлор; перекись водо­рода, марганцовокислый калий, озон, кислоты и ще­лочи, соли тяжелых металлов (марганец, никель, хром, мышьяк, кадмий, свинец, железо, цинк, ртуть, медь, серебро), борная кислота;

б) органические вещества: формальдегид, органиче­ские кислоты и краски, дубильные вещества, детер­генты.

2. Нервно-паралитические яды:

а) неорганические вещества: аммиак и соли аммо­ния, углекислота, щелочные и щелочноземельные ме­таллы, фтор, фосфор;

б) органические соединения: нефть и нефтепро­дукты, фенолы, смолы и дегти, алкалоиды, сапонины, терпены, продукты выщелачивания древесины, токсины водной улитки, хлорорганические, фосфорорганические, производные карбаминовой кислоты, ряд гербицидов и альгицидов.

 

3. Гемолитические яды: аммиак и соли аммония, сви­нец, цианиды, сапонины, селен, некоторые фосфорорга­нические соединения, диурон, пропанид, токсины некоторых сине-зеленых водорослей.

4. Протоплазматические яды: фтор, цианиды, моче­вина, меркаптаны.

5. Энзиматические (ферментативные) яды: фосфор­органические соединения (хлорофос, карбофос, ацетофос, метилнитрофос, метилмеркаптофос, трихлорметафос-3, фосфамид и др.), фториды, цианиды, сульфат натрия, углекислый газ, гидроксиламин, некоторые детергенты, меркаптаны.

6. Яды наркотического действия: углеводороды (эти­лен, пентан и др.), алкилгалогениды (хлороформ, четыреххлористый углерод, дихлорэтан, трихлорэтилен), алкоголи, эфиры, кетоны, альдегиды (параформальдегид, хлоралгидрат, параальдегид, альдол), нитросоединения.

7. Яды комбинированного действия: аммиак и соли аммония обладают локальным, нервно-паралитическим и гемолитическим действием; цианиды - ферментатив­ным, гемолитическим, протоплазматическим и незначи­тельным локальным; фтор – локальным, нервно-парали­тическим, протоплазматическим и ферментативным; ФОС – нервно-паралитическим, ферментативным и гемолитическим (в слабой степени); формальдегид – нервно-паралитическим и локальным; сапонины – нерв­но-паралитическим, локальным и гемолитическим дейст­вием.

Такое разделение ядов условно, так как один и тот же яд в зависимости от концентрации может дей­ствовать по-разному. Например, фенолы, обладая нерв­но-паралитическим действием, в больших концентрациях оказывают локальное действие; неорганические кислоты в очень слабых концентрациях действуют локально.

Все токсические вещества следует разде­лить на несколько групп в зависимости от степени их токсичности. По вызыванию в острых опытах гибель 50% гидробионтов их можно разделить на:

1. Вещества, вызывающие гибель 50% рыб в концен­трациях до 1 мг/л — высокотоксич­ные вещества.

2. Вещества, вызывающие гибель рыб в концентра­циях 1-10 мг/л — сильно токсичные вещества.

2. Вещества, вызывающие гибель рыб в концен­трациях 10-100 мг/л — умеренно токсичные веще­ства.

4. Вещества, вызывающие гибель рыб в концентра­циях свыше 100 мг/л — слаботоксичные вещества.

5. Вещества, вызывающие гибель рыб в концентра­циях свыше 1000 мг/л — очень слаботоксич­ных веществ.

К первой группе, по данной классификации, следует отнести такие соединения, как альдрин, гексанитродифениламин, ДДТ, гексахлоран, паратион, пентахлорфенол и пентахлорфенолят натрия и другие. К пятой группе относятся такие слабо­токсичные соединения, как бура, борная кислота, уро­тропин, хлористый кальций и др.

СИМПТОМЫ ОТРАВЛЕНИЯ РЫБ

С изменением концентрации токси­канта может меняться как степень токсического эффекта, так и повреждения различных тканей, органов и систем организма. Это относится как к минеральным, так и органическим ядам.

Яды локального действия разрушают респираторный эпителий жабр, вплоть до полного отделения эпителия от нитей жаберных пластинок, иногда вызывают кровотечение из жабр, а также изменения со стороны пиг­ментных клеток-хроматофоров. Кожные покровы и жабры под действием этих ядов обильно покрываются слизью, препятствующей газообмену. В результате всех этих изменений в организме рыб возникает недостаток кислорода, накопление углекислоты. При этом у рыб увеличивается частота и глубина дыхания, но, несмотря на это, прогрессирующее поражение респираторного эпителия вызывает асфиксию, то есть удушье.

Асфиксия, обусловленная прекращением доступа кислорода к жабрам вследствие поражения последних, может быть при нормальном уровне гемоглобина (яды локального действия: соли тяжелых металлов, кислоты и щелочи), при нарушении условий транспортировки ки­слорода гемоглобином вследствие разрушения послед­него (гемолитические яды: цианиды, аммиак и соли ам­мония, свинец, селен и др.) либо при нарушении окислительных процессов в тканях и угнетении ферментных систем, в частности дыхательных ферментов (цианиды, азид натрия, гидроксиламин, сульфат натрия, серово­дород, меркаптаны и др.).

Очень характерным симптомом ядов локального дей­ствия является обильное слизевыделение на жабрах и кожном покрове; нередко поражается и роговица глаз. Кожная слизь в этих случаях играет исключительно важную роль в защите организма от вредного токсиче­ского воздействия ядов. Удушье у пораженных токси­ческими веществами рыб проявляется в виде захваты­вания пузырьков воздуха на поверхности воды (рыба при этом принимает диагональное положение головой к поверхности воды). Гибнет рыба с широко раскрытым ртом и жабрами. На жабрах обнаруживаются кровоподтеки.

Обратимость отравления рыб от ядов локального действия при сильном поражении респираторного эпи­телия невозможна.

Яды локального действия, и в первую очередь соли тяжелых металлов, действуют на рыб угнетающе. К та­ким ядам относится большинство неорганических соединений: хлор, хлорамин, бром, перманганат калия, пе­рекись водорода, аммиак и соли аммония (обладают также нервным и гемолитическим действием), серово­дород, сульфиды, углекислота, кислоты и щелочи, соли тяжелых металлов; из органических соединений сюда, входят некоторые кислоты, танин, дубильные вещества, некоторые детергенты и др.

Симптомы отравления ядами резорбтивного действия проявляются только при определенной концентрации их в организме.

Разделение ядов по характеру их действия весьма условно, так как один и тот же яд может действовать как на нервную систему, так и об­ладать гемолитическим (аммиак и соли аммония, сапо­нин и др.) либо резорбтивным и локальным действием (фтор, метилнитрофос и др.). В таких случаях говорят о ядах, обладающих комбинированным действием.

Яды резорбтивного действия на нервную систему, вызывают у рыб быструю потерю рефлекса равновесия, «бешеное» спиралеобразное пла­вание, плавание толчками, беспорядочными бросками, стремление выпрыгнуть из воды. Дыхание у рыб вна­чале глубокое и учащенное, но по мере развития отрав­ления становится аритмичным и поверхностным. При токсических концентрациях яда наблюдается периодическое резкое возбуждение, особенно от внешнего раз­дражения. Периодические судороги боковой мускулатуры вызывают плавательные толчки. Наблюдается дрожание глаз. Судороги могут длиться несколько минут или даже часов и пе­риодически сменяться спокойным состоянием. В пе­риоды покоя рыба лежит вытянувшись, с плотно за­крытым или широко раскрытым ртом и веерообразно раскрытыми плавниками. Часто наблюдается легкое, частое дрожание плавников и боковых мускулов.

Несмотря на некоторые различия в течении отравле­ния рыб ядами нервного действия, как правило, одна за другой следуют стадии.

1. Начало беспокойства. При посадке рыбы в сосуд с чистой водой она ведет себя очень неспокойно: мечется в разные стороны, учащается дыхательный ритм, широко раскрывает рот и отставляет в стороны плавники. Однако уже через 2—3 минуты она успокаи­вается. Подобное же явление наблюдается при посадке рыбы в раствор токсического вещества, так что кратко­временное беспокойство нельзя принимать за начало токсического действия. Но затягивающееся беспокой­ство заставляет предполагать действие яда.

2. Первые признаки расстройства чувст­вительности. После того как пройдет первое бес­покойство, рыба спокойно лежит на дне. Для первых признаков расстройства чувствительности характерно поднятие лучей плавников, затем энергичное вздрагива­ние плавников, судорожное и большей частью поверх­ностное, но частое дыхание; нередко наблюдается не­полное закрытие рта и легкое дрожание челюстей.

3. Стадия повышения или понижения раз­дражимости. Для рыб с повышенной раздражи­мостью характерно стремительное плавание. Внешне даже слабые раздражения вызывают сильную реакцию у рыб, особенно световое раздражение.

4. Первое расстройство равновесия. Наблю­дается опрокидывание рыбы на бок или спину. Различают следующие виды потери равновесия: при предшествующем раздражении сильно напрягаются плавники, что вызывает потерю способности к движе­нию; при понижении чувствительности наступает силь­ное изнеможение и паралич плавников, что вызывает опрокидывание на бок; паралич деятельности плавательного пузыря при сохранности деятельности плавни­ков; нет реакции ни со стороны глаз, ни со стороны плавников. Эти состоя­ния рыб могут переходить одно в другое.

5. Полная потеря равновесия, полная а т а к с и я. В этой стадии рыбы внезапно опрокидываются на бок или спину. При этом следует обращать особое внимание на следующие моменты: а) дышит ли рыба, как часто и глубоко; б) подвижна ли она (дрожание, стремитель­ное плавание, вялые или затруднительные движения или у нее наступает паралич); в) «сознает» ли рыба свое положение (движение глаз, компенсаторное дви­жение плавников); г) наблюдаются ли судороги челю­стей, хвоста или плавников, какова их частота, усиливаются они или ослабевают.

6. Конечная стадия – агония. Полная потеря равновесия переходит постепенно в конечную стадию: многие яды вызывают смерть путем удушья; нервно-паралитические яды вызывают паралич центра дыха­ния. Рыба, погибшая от паралича, почти всегда тускло окрашена, туловище после смерти часто изогнуто.

7. Трупное окоченение. Оно представляет собой пол­ное отвердение тела и всех плавников. Иногда, осо­бенно при смерти от истинного паралича, оно может наступить и тогда, когда дыхание еще продолжается. У таких рыб жаберные крышки и грудные плавники могут двигаться несколько часов, в то время как хвост окоченел. Хроматофоры во время трупного окоченения исчезают и снова появляются; позднее образуются пятна.