Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обессоливание водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции с помощью высших водных растений

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Обессоливание водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции с помощью высших водных растений"

На правах рукописи ии3454 ЮЗ

ЖУТОВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

ОБЕССОЛИВАНИЕ ВОДОЕМА-ОХЛАДИТЕЛЯ БАЛАКОВСКОЙ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С ПОМОЩЬЮ ВЫСШИХ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ

03.00.16 - экология

Автореферат

диссертации, на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 > г.С.--^

Воронеж - 2008

003454103

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический

университет»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Губина Тамара Ивановна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Харченко Николай Алексеевич

доктор биологических наук, доцент Агафонов Владимир Александрович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Саратовский военный институт

биологической и химической безопасности»

Защита состоится " -3 " декабря 2008 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.05 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет» по адресу: 394006, г.Воронеж, Университетская пл., 1, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ГОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Автореферат разослан " 31 " биЗ'я'ЪрЛ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г7

кандидат биологических наук "Пд л^Ыи!^ Барабаш Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Важной проблемой современной экологии является сохранение и воспроизводство водных ресурсов, которые испытывают значительную техногенную нагрузку в результате хозяйственной деятельности человека.

До 70 % воды промышленного назначения используется в энергетической отрасли (Лавров, 1998; Зубарева, Белоконова, 2007). Замкнутые системы водопользования на объектах энергетики включают водоемы-охладители (ВО). С их поверхности постоянно испаряется вода, поэтому в ВО постепенно повышается солесодержание, что при замкнутом водообороте вызывает отложение солей на поверхностях оборудования и негативно влияет на экономические показатели электростанции. Для обеспечения штатной работы энергообъектов необходимо или производить сброс воды с повышенной минерализацией в окружающие водные системы, или подпитывать ВО водой из близлежащих источников, или применять для очистки водоема физико-химические методы. Сброс оборотной воды в естественные водоемы может привести к изменению их химического состава. Подпитка водой из других источников осуществима только в летнее время и ограничена периодами засухи. Существующие физико-химические методы слишком материально или энергозатратны и не могут использоваться для больших объемов воды.

В последнее время для очистки водных систем применяются биологические методы, в частности фиторемедиация, в которой используется способность высших водных растений (ВВР) к накоплению, утилизации и трансформации веществ различной химической природы (Kelley et al., 2000, Грибулин и др., 2004; Вайсман и др., 2006). В процессе фиторемедиации токсичные вещества поглощаются растениями, инактивируются, после чего вместе с биомассой удаляются из водоемов.

Известно, что с помощью ВВР очищают водные объекты от тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов и т.д. (Кравец и др., 1999; Левина и др., 2006). Возможность их применения для обессоливания водоемов ранее не исследовалась. Поэтому работы в данном направлении являются новыми, актуальными и представляют практический интерес.

Цель исследования. Изучение способности отдельных видов ВВР изменять солевой состав водоемов с повышенной минерализацией на примере водоема-охладителя Балаковской АЭС.

Были определены следующие задачи:

1. Провести экологическую оценку состояния водоема-охладителя БалАЭС.

2. Изучить способность ВВР роголистника (Ceratophillum demersum L.), элодеи (Elodea canadensis Rich, et Michx.) и эйхорнии (Eichornia crassipes Mart.) к деминерализации водоема.

3. Исследовать влияние абиотических факторов (температуры и длины светового дня) на рост и развитие макрофитов в воде ВО БалАЭС.

4. Определить пределы толерантности растений к солям натрия и калия.

5. Выяснить особенности процесса фитоэкстракции катионов и анионов для каждого вида ВВР.

6. Оценить эффективность деминерализации ВО БалАЭС при использовании ВВР с помощью компьютерного моделирования.

Научная новизна. Установлена способность ВВР к деминерализации водоемов от солей щелочных и щелочно-земельных металлов. Показано, что наибольшей экстракционной активностью обладает эйхорния. Определено влияние абиотических факторов на интенсивность процессов обессоливания. Показано, что увеличение температуры и длины светового дня повышает интенсивность процессов поглощения солей. При культивировании роголистника и элодеи обнаружен выброс солей растениями при температурах ниже 14°С. Установлено, что по изменению рН-среды можно оценивать катионную и анионную направленность процесса деминерализации.

Научно-практическая значимость работы. Проведенные исследования показали возможность практического использования макрофитов для процессов деминерализации ВО БалАЭС. Наряду с уменьшением концентрации нетоксичных солей, культивирование ВВР приводит к снижению содержания радиоактивных нуклидов и других соединений, находящихся в воде. Это свойство может быть использовано при фиторемедиации различных антропогенно нарушенных водоемов. Разработан алгоритм для компьютерного моделирования процессов фитодеминерализации водоемов, с его помощью определено, что применение эйхорнии позволит снизить солесодержание в ВО БалАЭС на 5 % за один вегетационный период.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Ухудшение экологического состояния ВО БалАЭС связано с повышением его минерализации.

2. Высшие водные растения (роголистник, элодея, эйхорнщ) способны регулировать солесодержание в пресных водоемах.

3. Наибольшая эффективность обессоливания связана с ростом и развитием эйхорнии.

4. На процесс фитодеминерализации влияют температура и длина светового дня.

5. Использование эйхорнии для фитоэкстракции солей из водоема-охладителя БалАЭС позволит уменьшить его минерализацию не менее чем на 5 % за сезон.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы представлены на конференциях: второй и третьей Всербссийских научно-практических конференциях «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2005, 2007), Всероссийской научной конференции-школы молодых ученых «Актуальные проблемы социально-гуманитарных наук» (Саратов, 2007), VIII Международной конференции Российского общества экологической экономики «Экономическое развитие и окружающая среда: стратегии, модели, инструменты управления» (Сочи, 2007), IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2007), V и VI Всероссийских выставках научно-технического творчества

молодежи НТТМ-2005 и НТТМ-2006 (Москва, 2005, 2006), VI Европейской научной выставке Expo-Sciences Europe ESE 06 (Таррагона, Испания, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальной работы, проведены обработка и анализ результатов, сделаны расчеты, сформулированы положения, выносимые на защиту, и выводы. В совместных работах доля участия автора составила 70-80%.

Объем и структура диссертации- Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов. Работа изложена на 131 странице, содержит 18 рисунков, 12 таблиц и список использованной литературы, включающий 166 источников, из которых 25 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность исследования, его практическая и теоретическая значимость, формулируются основная цель и задачи исследования.

Глава 1. Обзор литературы

Показано, что пресные воды являются наиболее чувствительным к антропогенному воздействию звеном природной среды. Одной из проблем пресных водоемов является поступление в них значительного количества растворимых солей. Повышение минерализации воды ведет к изменению гидрохимических показателей водной среды, что затрудняет дальнейшее использование воды в оборотном водоснабжении без предварительной очистки. Рассмотрены основные методы деминерализации воды. Отмечено, что перспективным методом восстановления окружающей природной среды является биоремедиация, основанная на способности некоторых живых организмов трансформировать загрязнения различной химической природы. Показано, что высшие водные растения активно используются для очистки сточных вод от тяжелых металлов, органических соединений, радионуклидов.

Глава 2. Материалы и методы исследования

В работе использовались следующие виды высших зеленых растений: элодея канадская (Elodea canadensis Rich, et Michx.), роголистник погруженный (Ceratophillum demersum L.) и эйхорния, или водный гиацинт (Eichornia crassipes Mart).

Для проведения экспериментов применялись реактивы марки «х.ч.» производства России.

Культивирование растений проводили в растворах солей NaCl, Na2S04, КС1 (0,5 - 2,5 г/л), приготовленных в дистиллированной воде, и в воде из ВО БалАЭС. Объем воды составлял 0,5 л на одно растение роголистника и элодеи,

1,5 л - на одно растение эйхорнии. Варьировали продолжительность экспериментов (10,20,30 сут.), температуру (14,20,24°С), длину светового дня (10,12 ч).

Определение содержания в водных растворах отдельных ионов (Na+, К+, Са2+, СГ) проводили на иономере И-500 (Россия).

pH среды измеряли на рН-метре АНИОН-7000 (Россия).

Среднее солесодержание до и после культивирования растений определяли гравиметрическим методом. Процент обессоливания находили по изменению массы осадка.

Концентрацию анионов регистрировали на жидкостном ионном хроматографе «Стайер» (Россия). Для разделения анионов использовали колонку «AQUILINE 1С А» (4,6x150 мм), скорость элюирования составляла 1,5 см3/мин при объеме петлевого дозатора 50- 100 мкл.

Экспериментальное моделирование процесса деминерализации воды с помощью эйхорнии проводили в волжской воде с доведением содержания ионов натрия и хлора до уровня их содержания в ВО БалАЭС, при температуре 19 - 27°С, с шагом 1°С. Контроль за ходом процесса осуществляли с помощью иономера И-500 и рН-метра АШЮН-7000.

Эффективность очистки водоема-охладителя оценивали с помощью компьютерной программы, написанной на языке Java.

Математическую обработку полученных данных проводили с использованием компьютерной программы Excel 2003. Рассчитывали среднее арифметическое, доверительный интервал, стандартное отклонение. Достоверность результатов оценивалась при уровне значимости 0,05. При построении графиков использовалась многочленная аппроксимация, полученная по методу наименьших квадратов.

Глава 3. Характеристика водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции, проблемы и пути решения

Проведена экологическая оценка водоема-охладителя Балаковской АЭС. Эта крупнейшая атомная электростанция на территории Российской Федерации расположена на левом берегу Саратовского водохранилища реки Волги в 10,5 км северо-восточнее г. Балаково Саратовской области ив 170 км от г. Саратова.

На БалАЭС применяется оборотная система технического водоснабжения, при которой вода направляется в ВО и после естественного охлаждения вновь подается в систему охлаждения конденсаторов. Водоем-охладитель создан путем отсечения глухими намывными дамбами мелководной части Саратовского водохранилища для охлаждения конденсаторов турбин энергоблоков Балаковской АЭС и вспомогательного оборудования второго контура охлаждения АЭС. Зеркало водоема-охладителя расположено на 2 м выше зеркала Саратовского водохранилища. Сброс воды из водоема-охладителя в Саратовское водохранилище не производится.

Степень зарастания водоема-охладителя низкая (10 %). Среднее значение индекса сапробности позволяет отнести водоем-охладитель к Р-мезосапробной зоне, то есть к категории водоемов с удовлетворительным качеством воды.

Особенностью ВО является то, что температура воды в нем на 4-8°С выше температуры воды в окружающих его водоемах. Поэтому вода с поверхности зеркала ВО интенсивно испаряется. Для восполнения потерь производится подпитка водоема водой из р. Березовки, минерализация которой в среднем равна 0,4 г/л. Ежегодный объем воды, забираемой из реки Березовки для подпитки ВО, составляет в среднем 82719,5 тыс.м .

Проведенный нами анализ динамики функционирования ВО выявил постепенное увеличение его общей минерализации. За время работы АЭС минерализация ВО выросла практически в 3 раза (с 0,4-0,5 до 1,2-1,3 г/л) (рис. 1).

Рис. 1. Динамика изменения среднего значения минерализации воды ВО БалАЭС в период с 1990 по 2006 годы

Данные химического анализа образцов воды из водоема-охладителя БалАЭС приведены в табл. 1 (по состоянию на 2006 год). Из техногенных радионуклидов идентифицированы 903г и 137Сэ, многолетняя объемная средняя активность которых составляет 17 Бк/м3 и 21 Бк/м3 соответственно. Содержание радионуклидов близко к фоновым значениям и в 300-500 раз меньше уровня вмешательства согласно «Нормам радиационной безопасности» (СП 2.6.1.75899). В Саратовском водохранилище содержание 90Бг и 137Сз в воде примерно в два раза ниже, чем в ВО, и соответствует фоновому содержанию этих радионуклидов в поверхностных водах России.

В табл. 2 представлен состав основных солей в воде из ВО БалАЭС и^р. Волги. Из данных таблиц 1, 2 следует, что концентрации катионов Ыа+, Са К+, М§2+, анионов С1" и 8042* в ВО БалАЭС значительно превышают их содержание в природном водоеме. Рост солесодержания в ВО в основном обусловлен увеличением концентрации хлоридов и сульфатов натрия, калия, кальция.

Таблица 1

Среднее содержание химических элементов в воде из водоема-охладителя БалАЭС (по состоянию на 2006 г.)

Элемент Концентрация, мкг/л Элемент Концентрация, мкг/л Элемент Концентрация, мкг/л

Li 22,00 Ca 68890,00 Zn 3,00

- Be 0,00 Ti 1,60 As 6,50

В 137,00 V 8,90 Se 4,30

Na 150200,00 Cr 6,40 Sr 1482,00

Mg 15900,00 Mn ■ 3,60 Mo 2,30

A1 1,70 Fe 80,00 Ag 0,03

Si 1780,00 Co 0,76 Cd 0,00

P 26,00 Ni 25,30 Ba 40,00

К 8400,00 Cu 4,10 W 0,05

Hg 0,06 Re 0,03 I 11,40

T1 0,00 U 3,50 Rb 1,70

Pb 0,02 Br 727,00 Cs 0,02

Таблица 2

Содержание химических элементов в воде из водоема-охладителя БалАЭС и р. Волга

Ион Концентрация иона в водоеме-охладителе БалАЭС (СЕ), мг/л Концентрация иона в Волге (Св), мг/л СБ/СВ

Август 2005 г Август 2006 г. Август 2005 г. Август 2006 г. Август 2005 г Август 2006 г.

сг 184,00 186,00 27,00 27,00 6,81 6,89

SO/' 320,00 330,00 49,00 59,00 6,53 5,59

г 13,00 9,90 2,47 2,63 5,26 2,76

Na+ 190,00 220,00 55,00 58,00 3,45 3,79

Жмя 5,55 5,50 1,00 1,05 5,55 5,24

Жса 4,75 5,00 2,40 2,70 1,98 1,85

Солесодержание 1201,53 1305,66 327,38 365,40 3,67 3,57

* ЖМг; Жса - жесткость по кальцию и магнию соответственно.

Таким образом, установлено, что водоем-охладитель является динамически развивающейся системой, в нем наблюдается изменение соотношения доминирующих солей и постоянное увеличение их концентрации.

Глава 4. Изучение способности высших водных растений к фитоэкстракции растворимых солей водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции

В результате проведенного анализа литературных данных по физиологии и морфологии ВВР нами в качестве исследуемых растений выбраны роголистник погруженный (Ceratophillum demersum L.), элодея канадская (Elodea canadensis Rich. etMichx.) и эйхорния (Eichornia crassipes Mart.).

Элодея и роголистник являются погруженными неукореняющимися гидатофитами, широко распространенными на всей территории России, в том числе в р. Волге. Эйхорния - плавающий неукорененный макрофит, обитающий в тропических и субтропических зонах. Однако при благоприятных условиях летнего периода в интервале температур 16-32°С растение может активно вегетировать в более северных районах. Известно, что роголистник и элодея используют для извлечения тяжелых металлов, радионуклидов, органических соединений (Lombardo, Cooke, 2003; Куриленко, Осмоловская, 2006; Дмитриева и др., 2006). Кроме улучшения химических характеристик воды, эти погруженные ВВР способны повышать прозрачность воды. Эйхорния за время вегетации способна накапливать значительные количества инсектицидов, фенолов, тяжелых металлов, усваивать их в процессе метаболизма или адсорбировать на подводной части растений (Воронина и др., 2001; Курцевич и др., 2001; Center, Hill, 2002; Вайсман и др., 2006).

Что касается поглощения данными видами растений солей щелочных и щелочно-земельных металлов, в литературе имеются лишь упоминания об фитоэкстракции солей кальция (Лукина, Смирнова, 1988; Шишова и др., 1999).

Чтобы установить возможность культивирования макрофитов в водоеме-охладителе, нами определялись пределы толерантности растений к солям, преобладающим в воде ВО БалАЭС. В ходе эксперимента оценивалось состояние каждого растения в зависимости от концентрации в модельных растворах хлорида натрия, сульфата натрия и хлорида калия (табл. 3).

Таблица 3

Время жизни макрофитов при культивировании в растворах солей

Соль Концентрация, Время жизни растений" , сут.

г/л Элодея Роголистник Эйхорния

NaCl 0,5 10 9 10

1,0 10 8 9

1,5 б 5 5

2,0 5 5 4

2,5 5 4 3

Na2S04 0,5 10 10 10

1,0 10 9 9

1,5 8 7 5

2,0 7 6 4

2,5 5 6 3

KCl 0,5 10 9 10

1,0 10 8 10

1,5 6 6 7

2,0 6 5 5

2,5 5 5 5

Продолжительность эксперимента - 10 суток.

Из данных таблицы видно, что при увеличении концентрации любой из этих солей время жизни растений уменьшается, что обусловлено токсическим действием солей на клетки и на растение в целом (Ипатова, 2005; Еремченко,

2007). Элодея и эйхорния устойчивы к каждой из солей в концентрации до 1 г/л. Роголистник способен выдерживать хлориды натрия и калия до 0,5 г/л, а сульфат натрия - до 1,0 г/л. Нами установлено, что наибольший токсический эффект на все изучаемые растения оказывают хлорид-ионы.

Кроме того, обнаружено, что на эйхорнию угнетающее действие оказывает также повышение концентрации ионов натрия, что, вероятно, связано с уменьшением скорости дыхания и последующим изменением метаболизма всего растения. Такой эффект отмечен для многих сельскохозяйственных растений, гликофитов и водорослей (Мипс!а, 1964; Ипатова, 2005).

С помощью гравиметрического метода анализа изучено изменение солесодержания в растворах солей (состав приведен в табл. 3) при культивировании в них растений в течение 10 суток. Установлено, что процент деминерализации растворов зависит от состава соли, ее концентрации и вида культивируемого растения (рис. 2).

Я - ЫаС1; Я - N^0«; Н - КС1

Рис. 2. Зависимость степени деминерализации (%) от концентрации и состава соли при культивировании элодеи (А), роголистника (Б) и эйхорнии (В)

Показано, что роголистник и элодея в большей степени поглощают сульфат натрия, эйхорния - хлорид калия. Отмечено, что все растения интенсивно поглощают хлорид натрия до концентрации соли 1 г/л, после чего процесс обессоливания замедляется. По степени поглощения хлорида натрия растения можно расположить в следующей последовательности: эйхорния > роголистник > элодея. По поглощению сульфата натрия при его концентрации до 1 г/л растения располагаются аналогичным образом: эйхорния >

роголистник > элодея. При концентрации Na^SO,) больше 1 г/л отмечается высокая степень его поглощения роголистником и элодеей. По степени поглощения хлорида калия до концентрации 1 г/л растения можно расположить в последовательности: эйхорния > элодея > роголистник. При содержании КС1 1,5-2,5 г/л наблюдается увеличение интенсивности его поглощения роголистником.

Концентрации солей выше 1 г/л угнетают рост и развитие растений, вероятно, увеличение интенсивности их поглощения при высоком содержании связано с усилением транспорта ионов в растительную клетку и вызываемым ими токсическим эффектом (Ипатова, 2005).

Таким образом, установлено, что наибольшей экстракционной способностью при концентрации солей до 1 г/л обладает эйхорния. Все макрофиты толерантны к солям NaCl, Na2S04 и КС1 в концентрациях до 0,5-1 г/л. Однако содержание этих солей в ВО БалАЭС гораздо меньше указанных значений, что свидетельствует о возможности применения выбранных растений для деминерализации данного водоема.

Известно, что температура водоемов и освещенность являются основными лимитирующими факторами для функционирования ВВР (Ипатова, 2005). Поэтому представляло интерес изучить влияние температуры и освещенности (длины светового дня) на способность ВВР к экстракции солей. Эксперименты проводились в воде из ВО БалАЭС. Содержание солей оценивалось по данным гравиметрического анализа.

Влияние температуры на рост растений изучено при температурах 14°С, 20°С, 24°С при 10- и 12-часовом световом дне. Исключение составляла эйхорния, поскольку, являясь растением тропического климата, не способна переносить длительное понижение температуры. Исследования с эйхорнией проводились при температурах 20 и 24°С. Результаты экспериментов представлены на рис. 3.

При 10-часовом световом дне максимальные значения деминерализации для всех растений отмечены при температуре 24°С: поглощение элодеей составляет 2,3 %, роголистником - 2,1 %, эйхорнией - 5,9 %. Для всех видов ВВР прослеживается тенденция к увеличению степени обессоливания при повышении температуры. При удлинении светового дня до 12 часов поглощение солей макрофитами становится более интенсивным с сохранением тенденции к росту степени деминерализации с ростом температуры (рис. 3).

Наиболее значимые результаты в процессах деминерализации получены при использовании эйхорнии. Так, культивирование эйхорнии в течение 10 суток при 20°С приводит к снижению содержания солей на 6,3 %; при температуре 24°С - на 11,5 %, для элодеи в тех же условиях отмечается уменьшение солесодержания на 1,1 и 2,6 % соответственно, для роголистника -на 0,8 и 2,9 %. У всех растений в этих опытах не наблюдается морфологических изменений.

. но

я

1 106 а

I 102

В -1 = 14°С; = 20°С; Я -1 = 24°С

Рис. 3. Изменение солесодержания (в % от контроля) в воде ВО при инкубации элодеи (А), роголистника (Б), эй"орнии (В) в зависимости от температуры и длины светового дня (10 ч, 12 ч). Солесодержание в контрольном образце- 100 %

При понижении температуры воды до 14°С нами обнаружен выброс поглощенных солей элодеей и роголистником, о чем свидетельствует повышение их концентрации в воде. Так, в экспериментах с элодеей при указанной температуре и продолжительности светового дня 10 ч увеличение солесодержания в воде составляет 2,8 %, а при освещенности 12 ч - 5,8 %. В опытах с роголистником аналогичные показатели составляют, соответственно, 1,7 и 0,46 %. Для элодеи определено, что повышение солесодержания связано с увеличением концентрации ионов М£2+ - на 56 %, Са2+ - на 12 % и К+ - на 4,6 %, при этом содержание ионов Ыа+ уменьшается на 3,3 %.

Выброс солей элодеей и роголистником при понижении температуры, возможно, связан с механизмами адаптации макрофитов к низкой температуре. Подобное явление для температур около 0°С описано для наземных растений (Полевой, 1989; Платова, 2005). Авторы объясняют его выделением свободной воды из клетки, что предотвращает образование кристаллов льда. При этом из растения выводятся не только вода, но и соли, которые находятся в составе клеточного сока.

Таким образом, в ходе экспериментов отмечена прямая зависимость скорости поглощения солей от температуры и освещенности. Оптимальными значениями для культивирования элодеи и роголистника и эйхорнии являются температура 24°С и продолжительность светового дня 12 ч. А поскольку при понижении температуры до 14°С происходит выброс солей из клеток растений и возможно вторичное загрязнение водоема, необходимо при понижении температуры воды удалять используемые макрофиты из водоема-охладителя.

Далее нами исследовалась способность всех трех видов растений экстрагировать из водной среды ионы, обусловливающие засоление ВО. Культивирование макрофитов проводилось в воде из ВО в оптимальных условиях (температура 24°С и длина светового дня 12 ч) в течение 10 дней. Результаты измерений концентрации ионов Ыа+, К+, Са2+, СГ и 8042' в воде представлены в табл. 4.

Таблица 4

Изменение концентрации доминирующих ионов в воде из ВО при культивировании растений в течение 10 дней

Ион Изменение концентрации, %

Элодея Эйхорния Роголистник

-8,0 -13,0 -

к- -8,0 + 27,0 -

-1,0 -33,5 -

СГ + 3,2 -49,3 +1,0

БО/' -2,5 -25,8 +0,4

«+» - увеличение концентрации ионов, «-» - уменьшение концентрации ионов

Из данных табл. 4 видно, что максимальные показатели поглощения катионов получены для эйхорнии. Так, это растение поглощает 13 % ионов натрия и 33 % кальция. Концентрация катионов калия в воде увеличивается на 27 %, что, вероятно, связано с межфазной диффузией ионов натрия и калия в клетках растений (Ипатова, 2005). Для элодеи также характерно уменьшение концентрации всех катионов, но в меньшей степени, чем для эйхорнии.

Показано, что лучшей способностью к поглощению анионов также обладает эйхорния. Так, процент поглощения хлорид- и сульфат-ионов для эйхорнии составляет 49,3 и 25,8 %, соответственно. Остальные макрофиты в процессе своего роста хлорид-ионы вообще не поглощают.

Кроме того, нами установлено, что в результате культивирования эйхорнии в воде уменьшается содержание урана на 24 %, что подтверждает литературнью данные о способности макрофитов поглощать и накапливать радиоактивные изотопы (Катанская, 1979).

Исследована динамика процесса деминерализации. Для этого растения культивировали в воде из ВО в течение 30 суток при температуре 24°С и 12-часовом световом дне, каждые 10 дней измеряя содержание солей (рис. 4). Отмечено стабильное уменьшение солесодержания в водных образцах только при культивировании эйхорнии: на 30-е сутки оно составляло 25,8 % от первоначального значения. Элодея и роголистник за то же время культивирования снижали содержание солей в воде ВО, соответственно, на 11,4 и 3,5%.

Изучена также динамика изменения концентрации ионов, определяющих засоленность ВО, а именно, ионов натрия, кальция и хлора. Анализ проведен с помощью ионоселективных электродов. Результаты измерений представлены на рис. 5.

10 сут.

20 сут.

30 сут.

¡□Роголистник £ЭЭлодея ИЭйхоркия [

Рис. 4. Динамика изменения солесодержания в воде ВО при культивировании макрофитов.

Жирная линия - начальное значение солесодержания в ВО

Из рис. 5 видно, что в пробах с эйхорнией концентрация всех определяемых ионов монотонно убывает во времени. Причем скорость поглощения ионов в течение наблюдаемого периода различна. Наиболее интенсивно поглощение ионов протекает в первые 10 суток. В последующий период наблюдения скорость поглощения замедляется. Данный факт можно объяснить эффек~ом насыщения растительной клетки ионами солей и «включением» механизмов, предотвращающих токсическое действие солей на растение. Подобное явление описано для процесса фиторемедиации водоемов с высоким содержанием тяжелых металлов (Сс12+, Си2+) (Тарушкина, 2006).

£0,26 о

0,22 0,18 0,14 0,1

А

а

А •

0,97

15 20 25 30 Сутки

ОД

0,04 0,02

Б

* ■ ■ 1 I

«|| [

Иг = 0.Й8

0,2 0,16 0,12 0,08 0,04 О

■ '»и1?«п»1Ч

•

К 1 = 0,98

10 15 20 25 30

Сутки

10 15 20 25 30

Сутки

—•--элодея; —■--роголистник; —А--эйхорния

Рис. 5. Динамика изменения концентрации ионов: А - натрия, Б - кальция и В - хлора в водных пробах при культивировании макрофитов

Параллельно с определением концентрации солей в пробах проведен анализ рН среды. На рис. 6 представлены зависимости рН среды от времени культивирования растений.

Рис. 6. Динамика изменения рН водных растворов при инкубации элодеи, роголистника и эйхорнии. Среднее стандартное отклонение 5,2%

Для элодеи и роголистника полученные кривые имеют немонотонный характер. Значения рН изменяются в диапазоне 9,0-9,8 с тенденцией к увеличению. Колебания рН можно объяснить тем, что между растением и водной средой происходит обмен катионов и анионов, изменяющий кислотный показатель. При культивировании эйхорнии наблюдается монотонное уменьшение значений рН, что свидетельствует о процессе накопления катионов. Данный показатель можно использовать для обнаружения эффектов поглощения.

Таким образом, установлено, что роголистник и элодея не вызывают значимого снижения концентрации ионов при культивировании, они могут лишь сдерживать увеличение минерализации водоема. Применение эйхорнии позволяет получить высокие и стабильные показатели обессоливания, поэтому дальнейшие эксперименты проводились нами с этим растением.

Изучена способность эйхорнии к поглощению хлорида натрия - соли, преобладающей в водоеме-охладителе, в зависимости от температуры культивирования (рис. 7). В опытах использовалась волжская вода с добавлением ИаС1 до концентрации, соответствующей его содержанию в ВО.

В течение недели наблюдали за состоянием растений, определяли количество отростков при вегетативном размножении. Значительных морфологических повреждений нами не отмечено. Скорость размножения эйхорнии составляет в среднем 2-3 дочерних растения в неделю при температурах 21-25°С; 3-4 растения - при 25-27°С; одно растение - при 19, 20°С. Обычно в природных условиях скорость размножения эйхорнии достигает 7-14 растений в неделю.

Известно, что при температуре воды 32-35°С имеет место только семенное размножение эйхорнии. В нашем случае размножение происходит вегетативным путем. При понижении температуры ниже 19°С рост и развитие

растения прекращаются. Все это указывает на возможность управляемого разведения данного вида растения в водоемах средней полосы России.

Рис. 7. Изменение содержания ионов Na+ (1) и СГ (2) при культивировании эйхорнии в водной среде в зависимости от температуры воды

Установлено, что процесс поглощения NaCl усиливается при увеличении температуры. Так, при температуре 19°С процент поглощения ионов натрия составляет 9,8 %, а при 25°С - 23,9 %, при 27°С - 28,4%. Для хлорид-ионов данные значения составляют 10,7 %; 22,0 % и 25,2%, соответственно.

Известно, что некоторые высшие растения, помещенные в водную среду, содержащую NaCl, поглощают ионы СГ быстрее, чем ионы Na+ (Ипатова, 2005). Нами также установлено, что при температурах 19° и 20°С интенсивность поглощения ионов хлора выше, чем ионов натрия. Но начиная с температуры 21°С, эйхорния поглощает хлорид-ионы в меньшем количестве, чем ионы натрия. Подобное явление в литературе не описано. Возможно, оно связано с видовой специфичностью растения к поглощению указанных ионов.

Таким образом, показано, что регулирование температурного режима позволяет управлять процессом поглощения катионов и анионов растением. В оптимальных условиях произрастания эйхорнии, которые соответствуют температурному режиму водоема-охладителя, активнее поглощаются катионы натрия. Выброса катионов и анионов при понижении температуры не наблюдается.

Глава 5. Математическое моделирование процессов деминерализации и оценка эффективности обессоливания водоема-охладителя Балаковской

атомной электростанции с помощью высших водных растений

Для оценки эффективности практического применения высших водных растений в деминерализационных процессах предложено использовать математическое моделирование. Нами разработан алгоритм расчетов (рис. 8) и написана программа на языке Java, позволяющая после внесения в нее

основных параметров водоема (концентрация солей, поверхность зеркала, объем котлована и др.) спрогнозировать процесс фиторемедиации.

Рис. 8. Алгоритм компьютерной программы по определению эффективности обессоливания ВО:

где Э - площадь поверхности ВО, м2;

V - объем ВО, л;

Мо - начальная минерализация ВО, г/л;

N0 - количество первоначально высаженных растений, шт.;

К - эффективность очистки одним растением, %;

Ь - площадь, занимаемая одним растением, м2;

Т - температура воды ВО, °С;

О - процент гибели растений, % ;

И - скорость вегетативного роста при данной температуре Т, шт. дочерних растений в неделю.

С помощью данной программы проведено моделирование процесса фитодеминерализации ВО БалАЭС. Неизменяемыми параметрами в процессе расчетов являлись площадь поверхности водоема (Б), объем ВО (V), начальная минерализация ВО (М0) и процент гибели растений (И). Варьировали

количество первоначально высаженных растений (N0), эффективность очистки одним растением (К) и площадь, занимаемую одним растением (Ь), Параметры К и Ь зависят от вида растения и определены нами экспериментально.

В программе учитывались рост температуры (на ГС за ; 2 недели) и скорость размножения растения (К), зависящая от его вида и температуры. Так, Я всех используемых видов ВВР при 1=19°С составляла 3 растения в неделю, при 1=24-27°С - 5 растений для элодеи и роголистника и 7 растений для эйхорнии.

Выходными данными расчетов являлись степень обессоливания ВО и процент зарастания водоема. При обсуждении результатов моделирования мы принимали во внимание, что степень зарастания водоема не должна превышать 40 % водной поверхности, иначе водоем-охладитель перестанет выполнять свои функции, это может негативно отразиться на работе электростанции. Следовательно, при избыточном зарастании водоема необходимо проводить сбор части растений.

Разработанный алгоритм позволил установить (табл. 5), что при высадке одного экземпляра эйхорнии в ВО с начальной температурой воды 19 °С за 20 недель (летний сезон) минерализация водоема снизится на 2,9 %, зарастание поверхности ВО составит 30 %. В тех же условиях для роголистника и элодеи показатель обессоливания составит 0,004 и 0,013 %, а процент зарастания - 2,3 и 2,4 % соответственно.

Таблица 5

Данные компьютерного моделирования обессоливания ВО БалАЭС в зависимости от количества высаженных растений

Растение Количество Время Процент Степень

первоначально культивирования, зарастания обессоливания,

высаженных нед. %

растений, шт.

1 19 30,0 2,900

10 17 23,0 2,210

Эйхорния 20 16 17,0 1,700

50 15 16,0 1,540

100 15 32,0 3,100

1 19 2,3 0,004

10 17 1,8 0,003

Роголистник 20 16 1,3 0,002

50 15 1,2 0,002

100 15 2,5 0,006

I 19 2,4 0,013

10 17 1,9 0,010

Элодея 20 16 1,4 0,007

50 15 1,3 0,007

100 15 2,6 0,015

При высадке 100 растений эйхорнии через 15 недель ожидается зарастание водоема на 32 % и снижение минерализации на 3,1 %. После уборки 90 % эйхорнии, повторная вегетация растений позволит понизить солесодержание еще на 2,1 % за последующие 2 недели культивирования.

При высадке 100 растений элодеи и роголистника снижение минерализации составит 0,015 и 0,006 %, соответственно, за 15 недель роста.

Таким образом, проведенное компьютерное моделирование позволило выявить, что использование элодеи и роголистника нецелесообразно для процессов обессоливания воды ВО БалАЭС. С другой стороны, высадка эйхорнии в количестве не более 100 растений позволит за летний сезон добиться снижения солесодержания в ВО практически на 5,2 %.

ВЫВОДЫ

1. Экологическая оценка состояния водоема-охладителя Балаковской АЭС показала, что за время работы электростанции минерализация водоема выросла практически в 3 раза. Повышение солесодержания обусловлено увеличением концентрации катионов натрия, кальция, калия и хлорид-, сульфат- анионов. Концентрация радионуклидов и тяжелых металлов в ВО не превышает их фонового содержания в природных водоемах.

2. В лабораторных условиях изучена способность макрофитов элодеи, роголистника и эйхорнии к деминерализации воды из водоема-охладителя БалАЭС. Установлена высокая эффективность обессоливания воды с помощью эйхорнии.

3. Исследовано влияние абиотических факторов на рост и развитие макрофитов в воде ВО БалАЭС. Определено, что поглощение солей становится более интенсивным с увеличением температуры и длины светового дня. При понижении температуры воды до 14 °С наблюдается выброс элодеей и роголистником поглощенных солей, для эйхорнии данный процесс не характерен.

4. Установлено, что выбранные растения толерантны к хлоридам натрия и калия, сульфату натрия в концентрациях до 0,5-1 г/л. Это позволяет выращивать макрофиты в ВО БалАЭС.

5. Определены особенности процесса фитоэкстракции катионов и анионов для каждого макрофита. Показано, что эйхорния активно поглощает хлорид-и сульфат-анионы, катионы натрия и кальция, скорость поглощения ионов максимальна в первые 10 суток культивирования растений. С ростом температуры увеличивается интенсивность поглощения ионов натрия и уменьшается интенсивность поглощения ионов хлора. Роголистник и элодея поглощают перечисленные ионы в незначительных количествах.

6. Разработан алгоритм и проведено компьютерное моделирование процесса фитодеминерализации ВО БалАЭС. Показана возможность снижения солесодержания в водоеме-охладителе на 5,2 % при вегетации эйхорнии в течение летнего сезона.

/я,

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ * - публикации в журналах перечня ВАК

1. Жутов A.C. Применение гидрофитов для очистки водоемов / A.C. Жутов, С.М. Рогачева, Т.И. Губина // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. трудов. - Саратов: ООО «Фиеста-2000», 2005. - С. 142-145.

2. Жутов A.C. Очистка водоемов водными растениями / A.C. Жутов, Е.А. Заров, Т.И. Губина // Сб. материалов Всерос. выставки науч.-техн. творчества молодежи НТТМ-2005. - М.: ВВЦ, 2005. - С. 320-321.

3. Жутов A.C. Оценка использования отдельных видов высших водных растений для снижения солесодержания водоемов / A.C. Жутов, С.М. Рогачева, Т.И. Губина // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. трудов. - Саратов: ООО «Фиеста-2000», 2007. - С.112-115.

4. Жутов A.C. Применение макрофитов для обессоливания водоемов / A.C. Жутов, Т.И. Губина, С.М. Рогачева // Перспективы общественного развития в эпоху столкновения цивилизаций: сб. науч. трудов. - Саратов: Научная книга, 2007. - С.239-242.

5. Жутов A.C. Использование высших водных растений для восстановления солевого состава воды / A.C. Жутов // Экономическое развитие и окружающая среда: стратегии, модели, инструменты управления: материалы 8-й Междунар. конф. Рос. общества экологической экономики. - М.: НИА-Природа, 2007. - С.350-353.

6. Жутов A.C. Высшие водные растения для обессоливания водоемов / A.C. Жутов // Молодые ученые - науке и производству: материалы конф. молодых ученых . - Саратов: СГТУ, 2007. — С.70-72.

7. *Жутов A.C. Проблемы загрязнения почв и водоемов природно-территориального комплекса г. Балаково / A.C. Жутов, E.H. Писаренко, С.М. Рогачева, Т.И. Губина // Проблемы региональной экологии. - 2007. - №5. -С. 67-70.

8. Жутов A.C. Изменение минерального состава водоема-охладителя при использовании высших водных растений / A.C. Жутов, Т.И. Губина, С.М. Рогачева // Экология речных бассейнов: труды IV Междунар. науч.-прахт. конфгВладимир, 2007. - С.419-422.

9. *Жутов A.C. Использование макрофитов для деминерализации искусственных водоемов / A.C. Жутов, С.М. Рогачева, Т.И. Губина // Проблемы региональной экологии. - 2008. - №4. - С. 99-101.

Подписано в печать 28.10.08 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 293 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Жутов, Александр Сергеевич

Перечень сокращений.

Введение.

Глава 1. Высшие водные растения в ремедиации водоемов (обзор литературы).

1.1. Антропогенное загрязнение водоемов.

1.2. Проблемы водопользования в энергетике.

1.3. Методы деминерализации воды.

1.4. Анатомо-морфологические приспособления высших водных растений к водному режиму.

1.5. Биогидроботанический метод в ремедиации водоемов.

1.6. Влияние теплового режима на высшие водные растения.

1.7. Адаптация высших водных растений к засоленности водоемов.

Глава 2. Материалы и методы.

2.1. Материалы исследования.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Культивирование макрофитов.

2.2.2. Изучение толерантности макрофитов к солям.

2.2.3. Гравиметрическое определение солесодержания водных сред.

2.2.4. Измерение рН водных сред.

2.2.5. Изучение влияния температуры и продолжительности светового дня на способность элодеи и роголистника к деминерализации воды из водоема-охладителя.

2.2.6. Исследование влияния температуры и продолжительности светового дня на способность эйхорнии к деминерализации воды из водоема-охладителя.

2.2.7. Методика экспериментального моделирования процесса деминерализации воды с помощью эйхорнии.

2.2.8. Методика измерения содержания ионов Na+, К+, Са2+, СГ с помощью иономера И-500.

2.2.10. Анализ содержания хлорид- и сульфат-анионов методом ионной хроматографии.

2.2.11. Масс-спектрометрическое определение элементов в воде.

2.2.12. Методика микроскопического исследования растений.

Глава 3. Характеристика водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции, проблемы и пути решения.

Глава 4. Изучение способности высших водных растений к фитоэкстракции растворимых солей водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции.

4.1. Характеристика высших водных растений, использованных в исследовании.

4.2. Изучение толерантности и фитоэкстракционной способности высших водных растений на модельных растворах.

4.3. Изучение влияния абиотических факторов (температура и освещенность) на рост и развитие растений в воде из водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции.

4.4. Изучение влияния повышенных температур воды из водоема-охладителя на солепоглощающую способность эйхорнии.

4.5. Изменение минерального состава воды водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции под действием высших водных растений.

4.6. Экспериментальное моделирование процесса фитоэкстракции NaCl с помощью эйхорнии.

Глава 5. Математическое моделирование процессов деминерализации и оценка эффективности обессоливания водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции с помощью высших водных растений.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Обессоливание водоема-охладителя Балаковской атомной электростанции с помощью высших водных растений"

Актуальность исследования. Важной проблемой современной экологии является сохранение и воспроизводство водных ресурсов, которые испытывают значительную техногенную нагрузку в результате хозяйственной деятельности человека.

До 70 % воды промышленного назначения используется в энергетической отрасли (Лавров, 1998; Зубарева, Белоконова, 2007). Замкнутые системы водопользования на объектах энергетики включают водоемы-охладители (ВО). С их поверхности постоянно испаряется вода, поэтому в ВО постепенно повышается солесодержание, что при замкнутом водообороте вызывает отложение солей на поверхностях оборудования и негативно влияет на экономические показатели электростанции. Для обеспечения штатной работы энергообъектов необходимо или производить сброс воды с повышенной минерализацией в окружающие водные системы, или подпитывать ВО водой из близрасположенных источников, или применять для очистки водоема физико-химические методы. Сброс оборотной воды в естественные водоемы может привести к изменению их химического состава. Подпитка водой из других источников осуществима только в летнее время и ограничена периодами засухи. Существующие физико-химические методы слишком материально- или энергозатратны и не могут использоваться для больших объемов воды.

В последнее время для очистки водных систем применяются биологические методы, в частности фиторемедиация, в которой используется способность высших водных растений (ВВР) к накоплению, утилизации и трансформации веществ различной химической природы (Kelley et al., 2000, Грибулин и др., 2004; Вайсман и др., 2006). В процессе фиторемедиации токсичные вещества поглощаются растениями, инактивируются, после чего вместе с биомассой удаляются из водоемов.

Известно, что с помощью ВВР очищают водные объекты от тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов и т.д. (Кравец и др., 1999; Левина и др., 2006). Возможность их применения для обессоливания водоемов ранее не исследовалась. Поэтому работы в данном направлении являются новыми, актуальными и представляют практический интерес.

Цель и задачи исследования. Изучение способности отдельных видов ВВР изменять солевой состав водоемов с повышенной минерализацией на примере водоема-охладителя Балаковской АЭС.

Были определены следующие задачи:

1. Провести экологическую оценку состояния водоема-охладителя БалАЭС.

2. Изучить способность ВВР роголистника (Ceratophillum demersum L.), элодеи (Elodea canadensis Rich, et Michx.) и эйхорнии (Eichomia crassipes Mart.) к деминерализации водоема.

3. Исследовать влияние абиотических факторов (температуры и длины светового дня) на рост и развитие макрофитов в воде ВО БалАЭС.

4. Определить пределы толерантности растений к солям натрия и калия;

5. Выяснить особенности процесса фитоэкстракции катионов и анионов для каждого вида ВВР.

6. Оценить эффективность деминерализации ВО БалАЭС при использовании ВВР с помощью компьютерного моделирования.

Научная новизна. Установлена способность ВВР к деминерализации водоемов от солей щелочных и щелочно-земельных металлов. Показано, что наибольшей экстракционной активностью обладает эйхорния. Определено влияние абиотических факторов на интенсивность процессов обессоливания. Показано, что увеличение температуры и длины светового дня повышает интенсивность процессов поглощения солей. При культивировании роголистника и элодеи обнаружен выброс солей растениями при температурах ниже 14°С. Установлено, что по изменению рН-среды можно оценивать катионную и анионную направленность процесса деминерализации.

Научно-практическая значимость работы. Проведенные исследования показали возможность практического использования макрофитов для процессов деминерализации ВО БалАЭС. Наряду с уменьшением концентрации нетоксичных солей, культивирование ВВР приводит к снижению содержания радиоактивных нуклидов и других соединений, находящихся в воде. Это свойство может быть использовано при фиторемедиации различных антропогенно нарушенных водоемов. Разработан алгоритм для компьютерного моделирования процессов фитодеминерализации водоемов, с его помощью определено, что применение эйхорнии позволит снизить солесодержание в ВО БалАЭС на 5 % за один вегетационный период.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы представлены на конференциях: второй и третьей Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2005, 2007), Всероссийской научной конференции-школы молодых ученых «Актуальные проблемы социально-гуманитарных наук» (Саратов, 2007), VIII Международной конференции Российского общества экологической экономики «Экономическое развитие и окружающая среда: стратегии, модели, инструменты управления» (Сочи, 2007), IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2007), V и VI Всероссийских выставках научно-технического творчества молодежи НТТМ-2005 и НТТМ-2006 (Москва, 2005, 2006), VI Европейской научной выставке Expo-Sciences Europe ESE 06 (Таррагона, Испания, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальной работы, проведены обработка и анализ результатов, сделаны расчеты, сформулированы положения, выносимые на защиту и выводы. В совместных работах доля участия автора составила 70-80%.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов. Работа изложена на 131 странице, содержит 18 рисунков, 12 таблиц и список литературы, включающий 166 источников, из которых 25 на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Жутов, Александр Сергеевич

1. Экологическая оценка состояния водоема-охладителя Балаковской АЭС показала, что за время работы электростанции минерализация водоема выросла практически в 3 раза. Повышение солесодержания обусловлено увеличением концентрации катионов натрия, кальция, калия и хлорид, сульфат анионов. Концентрация радионуклидов и тяжелых металлов в ВО не превышает их фонового содержания в природных водоемах.2. В лабораторных условиях изучена способность макрофитов элодеи, роголистника и эихорнии к деминерализации воды из водоема-охладителя БалАЭС. Установлена высокая эффективность обессоливания воды с помощью эихорнии.3. Исследовано влияние абиотических факторов на рост и развитие макрофитов в воде ВО БалАЭС. Определено, что поглощение солей становиться более интенсивным с увеличением температуры и длины выброс элодеей и роголистником поглощенных солей, для эихорнии данный процесс не характерен.4. Установлено, что выбранные растения толерантны к хлоридам натрия и калия, сульфату натрия в концентрациях до 0,5-1 г/л. Это позволяет выращивать макрофиты в ВО БалАЭС.

5. Определены особенности процесса фитоэкстракции катионов и анионов для каждого макрофита. Показано, что эйхорния активно поглощает хлорид и сульфат анионы, катионы натрия и кальция, скорость поглощения ионов максимальна в первые 10 суток культивирования растений. С ростом температуры увеличивается интенсивность поглощения ионов натрия и уменьшается интенсивность поглощения ионов хлора. Роголистник и элодея поглощают перечисленные ионы в незначительных количествах.6. Разработан алгоритм и проведено компьютерное моделирование процесса фитодеминерализации ВО БалАЭС. Показана возможность снижения солесодержания в водоеме-охладителе на 5,2 % при вегетации эйхорнии в течение летнего сезона.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Жутов, Александр Сергеевич, Воронеж

1. Аксёнов СИ. Вода и её роль в регуляции биологических процессов. М.: -Наука, 1990.-117 с.

2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.

3. Антипов Н.И. Воздушно-водный режим некоторых водных растений // Ботанический журнал. - 1964, - №5. - 702-707.

4. Барсукова B.C. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам: Аналит обзор / СО РАН; ГПНТБ; Ин-т почвоведения и агрохимии. - Новосибирск, 1997. - 63 с.

5. Беличенко Ю.П., Гордеев Л.С., Комиссаров Ю.А. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. - М.: Химия, 1996. - 272 с.

6. Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. - М.: Госэнергоиздат, 1957. - 318 с.

7. Биотехнология. Принципы и применение. / Под ред. И. Хагинса, Д.Беста, Дж. Джонса. - М.: Мир, 1988. - 479с.

8. Биочино А.А Экспериментальные исследования действия повышенной температуры воды на высшие водные растения // Тр. Ин-та биологии внутр. Вод АН СССР. - 1982. - Вып. 45 (48). - 3-14.

9. Болдырев А.А. Na+/K+-ATOa3a - свойства и биологическая роль // Соросовский образовательный журнал. Биология. - 1998 — Т.4, - №5 — 12-17.

10. Борщ З.Т. Химический состав массовых видов водных растений Кучурганского лимана. // Сб. Биологические ресурсы водоемов Молдавии, 1974. - 239 с.

11. Вайсман ЯМ., Рудакова Л.В., Калинина Е.В. Использование водных растений для доочистки сточных вод // Экология и промышленность России. - 2006,-№ 11.-С.9-11

12. Васюков А.Е. Аккумуляция металлов макрофитами в водоемах зоны Запорожской АЭС. // Гидробиологический журнал. - 2003. -Т. 39, -№3. -С.94-104.

13. Веселовский В.А., Веселова Г.В. Люминесценция . растений. Теоретические и практические аспекты. — М.: Наука, 1990. - 199с.

14. Воронин М.Ю., Ермохин М.В. Сообщества макрозообентоса в градиенте температуры водоема-охладителя Балаковской АЭС.// Поволжский экологический журнал.- 2005,- № 3. - 207-214.

15. Воронин М.Ю. Экологический мониторинг макрозообентоса водоемов- охладителей электростанций на примере Балаковской атомной электростанции: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Саратов, 2005. -18с.

16. Воронкова Н.М., Холина А.Б., Якубов В.В. Влияние глубокого замораживания на прорастание семян некоторых видов флоры Дальнего Востока России // Растительные ресурсы. — 2003, - №4. - 76-87.

17. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандыбина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. — М.: Высшая школа, 1975. — 392с.

18. Гамм Т.А. Использование осадка сточных вод ТЭЦ // Экология и промышленность России. — 2001, - №9. - 32-33.

19. Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции. - М.: Мир, 2001.-624 с.

20. Гидрохимия и гидробилогия водоемов-охладителей тепловых электростанций СССР // Сб. трудов под ред. М.Л. Пидгайло, 1971. -248с.

21. ГОСТ 23268.5-78 «Воды минеральные, питьевые, лечебные, лечебно- столовые и природные столовые. Методы определения ионов кальция и магния».

22. ГОСТ 23268.7-78 «Воды минеральные, питьевые, лечебные, лечебно- столовые и природные столовые. Методы определения ионов калия».

23. ГОСТ 23268.17-78 «Воды минеральные, питьевые, лечебные, лечебно- столовые и природные столовые. Методы определения хлорид-ионов».

24. Грибулин Р.В., Грибулина Р.А., Кочуров Б.И. Фиторемедиация почв и сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами //Экологические системы и приборы. - 2004, - №2. - 24-33

25. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-хт. Т.З / Под ред. Сопера Р. - М . : Мир, 1996. -376с.

26. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. В 2-х т. Т.2. - М.: Мир, 1986.-335 с.

27. Дворский М.С. Экология растений. — М.: Высшая школа, 1983. - 190 с.

28. Дмитриев А.Г., Рыженко Б.Ф., Змиевец Ю.Ф., Сокол К.Г. Технология биологической очистки и доочистки малых рек, водоемов и стоков с помощью эйхорнии // Экология и промышленность России. — 1998, -№6.-С.8-11

29. Дмитриева А.Г., Ипатова (Артюхова) В.И., Кожанова О.Н., Дронина Н.Л., Желтухин Г.О., Крупина М.В. Реакция Elodea Canadensis Rich, на загрязнение хромом среды обитания. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16. — 2006,-№2.-С.17-23.

30. Ерёмченко О.З., Лымарь О.А. Почвенно-экологические условия зоны солеотвалов и адаптация к ним растений // Экология. — 2007, — №1. — 18-23.

31. Золотухина Е.Ю., Гавриленко Е.Е. Тяжелые металлы в водных растениях. Аккумуляция и токсичность // Биологические науки. — 1989, -№9-С.94-105.

32. Зубарева Э.Л., Белоконова Н.А. Качество поверхностных вод: проблемы и решения // Экология и промышленность России. — 2007, — №6.-С.28-29.

33. Ипатова В.И. Адаптация водных растений к стрессовым абиотическим факторам среды. - М.: «Графикон-принт», 2005. - 224с.

34. Кавецкий В.Н. Кучурганское водохранилище-охладитель Молдавской ГРЭС. Кишинев: Изд-во «Штиинца», 1988. - 146с.

35. Кадукин А.И., Красинцева В.В., Романова Г.И., Тарасенко Л.В. Аккумуляция железа, марганца, цинка, меди и ,хрома у некоторых водных растений // Гидробиологический журнал. — 1982, — №1. - 79-82.

36. Карлина O.K., Кропотова Е.В. Эйхорния очищает водоемы Подмосковья от радионуклидов // Экология и промышленность России. -1999,-№2.-С.28-29.

37. Катанская В.М. Растительность водохранилищ-охладителей тепловых электростанций Советского Союза. — Л.: Наука, 1979. - 279с.

38. Катков А.С. Применение эихорнии на городских очистных сооружениях // Экология и промышленность России. - 1998, - №12. -С.17-21.

39. Киреева Н.А., Водопьянов В.В. Мониторинг растений, используемых для фиторемедиации нефтезагрязненных почв. // Экология и промышленность России. - 2007, - №9. - 46-47.

40. Кленкин А. А., Короткова Л.И. Экоаналитические исследования загрязнения Азовского моря стойкими хлорорганическими пестицидами // Экология и промышленность России. - 2007, - №1. -С.34-36.

41. Климова Е.В., Панин М.С., Свидерский А.К. Аккумуляция тяжелых металлов макрофитами реки Иртыш. // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. - Семипалатинск, 2002.-С. 76-94.

42. Клячко В.А., Апельцин Н.Э. Очистка природных вод. - М.: Стройиздат, 1971. —580с.

43. Кокин В.А. Экология высших водных растений. - М.: Изд-во МГУ, 1982.-158с.

44. Кривицикий С В . Экологическая реабилитация водных объектов // Экология и промышленность России. — 2007, — №5. — 20-23.

45. Кроткевич П.Г. Роль растений в охране водоемов. - М.: Знание, 1982. — 64с.

46. Курцевич Е.П., Потехин А., Солдатов Ю.Н., Олонцев В.М., Дротченко В.И. Использование эйхорнии для очистки промстоков // Экология и промышленность России. - 2001, - №2. - 21-23.

47. Лавров Ю.А. Экологические проблемы энергетики. — Новосибирск: НГТУ, 1998.-113с.

48. Лукина Л.Ф. Физиология высших водных растений / Лукина Л.Ф., Смирнова Н.Н. - Киев: Наукова думка, 1988. - 188с.

49. Макаров В.З., Пролеткин И.В., Чумаченко А.Н. Балаково - геоинформационый полигон в Саратовской области // Инф. Бюл. ГИС-Ассоциации. - 1999, - №5. - 35-38.

50. Малева М.Г., Некрасова Г.Ф., Безель B.C. Реакция гидрофитов на загрязнение среды тяжелыми металлами // Экология. - 2004, - №4. — 266-271.

51. Малкин В.П., Кузин В.И. Обезвреживание промышленных сточных вод термическим методом // Экология и промышленность России. - 2001, — №6.-С.9-12

52. Марчуленене Д.П., Душаускене-Дуж Р.Ф., Мотеюнене Э.Б. Влияние термического режима водоема на гидрофитоценозы // Экология. - 1982, -№2.-С.49-55.

53. Мережко А.И. Роль высших водных растений в самоочищении водоемов // Гидробиологический журнал. — 1973, — №4 - 118-125.

54. Мережко А.И., Шокодько Т.И. Роль высшей водной растительности в процессах самоочищения водоемов от хлорорганических пестицидов. // Гидробиологический журнал. - 1980, - №4. - 113-114.

55. Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. Сб.трудов / Под ред. Брызгало В.А., Хоружая Т.А. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -Вып.2. - 280 с.

56. Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. Сб.трудов / Под ред. Брызгало В.А., Хоружая Т.А. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. -Вып.1.-160с.

57. Микрякова Т.Ф. Распределение тяжелых металлов в высших водных растениях Угличского водохранилища // Экология. — 1994, - №1. - 16-21.

59. Мур Дж., Рамамурти Тяжелые металлы в природных водах. — М.: Мир, 1987.-117с.

60. Мурадов Ш.О. Экологический способ деминерализации вод. // Экология и промышленность России. — 2005, - №1. - 18-19.

61. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. - М.: Просвещение, 1987. - 815 с. 86.0стапень В.П. Биологические пруды в практике очистки сточных вод. Минск-1983.-58с.

62. Папеляева Н.О. Экологические особенности ассимиляционного аппарата некоторых пресноводных гидрофитов // Продуктивное использование дикорастущих и культурных растений. — Саранск: Изд-во Мордов. Ун-та, 1983. - 95-114.

63. Пасичная Е.А., Арсан О.М. Накопление меди и марганца некоторыми погруженными высшими водными растениями и нитчатыми водорослями. // Гидробиологический журнал. - 2003. - Т. 39, -№3. -С.65-73.

64. Пат. 912683 СССР, С 02 F 3/32. Способ очистки сточных вод от металлов / Тимофеева С., Стом Д.И., Суслов Н.; заявитель и патентообладатель Иркутсткий государственный университет им. А.А. Жданова; заявл. 07.01.80; опубл. 15.03.82, Бюл. №10. - 3 с.

65. Патин А. Влияние загрязнения на биологические ресурсы и продуктивность Мирового океана. — М.: Высшая школа, 1979. - 83с.

66. Пахомова Г.И., Безуглов В.К. Водный режим растений. — Казань: Изд-во Казан. Ун-та, 1980. - 252 с.

67. Пицунова О.Н., Жаркова О.Ю. Балаковская АЭС. 15 лет риска. — Саратов: Центр содействия экологическим инициативам, 2000. - 68с.

68. Полевой В.В. Физиология растений. — М.: Высш. шк., 1989. — 464с.

69. Потапов А.А. Вопросы физиологии и экологии погруженных гидрофитов // Успехи совр. биологии. - 1950, - №3. - 429-441.

70. Потульницкий П.М. Эволюция жизненных форм водных растений // IV Моск. Совещ. По филогении растений. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1971.-С.34-39.

71. Проскуряков В.А., Шмидт Т.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. -Л.: Химия, 1977. - 464с.

72. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности (Основы энвайронменталистики). — Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2000. — 800с.

73. Савельева Л.С., Эпов А.Н. Очистка сточных вод на биоплато // Экология и промышленность России. — 2000, -№8. — 26-28

74. Саламатова Т.С., Зауралов О.А. Физиология выделения веществ растениями. Л.: Изд-во ЛГУ. 1991.

75. Саратов: Комплексный геоэкологический анализ / А. Артемьев, В.Н. Еремин, А.В. Иванов и др.; Под ред. А.В. Иванова. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. - 248с.

76. Седова О.В., Болдырев В.А. Характеристика и синтаксономический состав растительности мелководий Волгоградского водохранилища в пределах Саратовской области // Изв. Самарск. науч. центра Российской академии наук. - 2007, - №1. — 283-291.

77. Седова О.В. Пространственно-временная динамика флоры и растительности Волгоградского водохранилища в административных границах Саратовской области: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Саратов, 2007, 18с.

78. Силантьева М. М. Конспект флоры Алтайского края. - Барнаул: Изд- воАГУ, 2006. -391с.

79. Соколов Л.И. Устойчивое водопользование — быть или не быть? // Экология и промышленность России. - 2007, - №6. - 48-50.

80. СП 2.6.1.758-99 «Нормы радиационной безопасности».

81. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. — -П.:Химия, 1995 — 239с.

82. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функция белков / Под ред. Спирина А.С. - М.: Высшая школа, 1996. - 335 с.

83. Тарушкина Ю.А., Ольшанская Л.Н., Мечева О.Е., Лазуткина А.С. Высшие водные растения для очищения сточных вод // Экология и промышленность России. - 2006, - №5. - 36-39

84. Усенко О.М., Сакевич А.И., Клоченко П.Д. Участие фотосинтезирующих гидробионтов в разложении мочевины // Гидробиологический журнал. - 2000, - №4. - 20-28.

85. Успенская В.И. Экология и физиология питания пресноводных водорослей. - М., МГУ, 1966. - 123 с.

86. Филенко О.Ф. Водная токсикология. - М . : МГУ, 1988, - 156с.

87. Фоновый экологический мониторинг окрцжающей природной среды и здоровья населения в природно территориальном комплексе в районе расположения Балаковской АЭС / Отчет ФГУ ГосНииЭНП. - Саратов, 2004. - 71 с.

88. Хабаров А.В., Бухгалтер Б.Л. Применение биологических методов для очистки сточных вод // Рациональное природопользование в условиях техногенеза: Научные труды. Ин-т экол. лингв, и права. — М., 2000.-С.37-39.

89. Хлебович В.В. Критическая соленость и хорогалиникум: современный анализ понятий // Биология солоноватых и гипергалинных вод: Труды Зоол. ин-та. - Л., 1989. - 5-11

90. Цаценко Л.В., Малюга Н.Г.; Чувствительность различных тестов на загрязнение воды тяжелыми металлами и петицидами с использованием ряски малой Lemna minor L. II Экология. - 1998, — №5. - 407-409.

91. Чибисова Н.В., Долгань Е.К. Экологическая химия. - Калининград: КГУ э 1998.-113с.

92. Шаланки Я. Биомониторинг природной среды // Журнал общей биологии. -1985. -Т.46, - № 6. - 743-752.

93. Шилов И.А. Экология. - М.: «Высшая школа», 2003. - 512 с.

94. Шишова М.Ф., Линдберг С, Полевой В.В. Активация ауксином транспорта Са через плазмалемму растительных клеток // Физиология растений. - 1999. - Т.46, - №5. - 718-727.

95. Шустов СВ., Шустова Л.В. Химические основы экологии. - М.: Просвещение, 1994. — 239 с.

96. Экология / Под ред. В.В. Денисова. — М.: ИКЦ «Март». - Ростов н/Д, 2006. - 768с.

97. Экосистемы водоемов Алтайского края / Под ред. Силантьевой М.М.. - Барнаул: Изд-во АТУ, 1997.

98. Эрнестова Л.С., Чионов В.Г. Воздействие АЭС на некоторые показатели водоемов-охладителей. // Теплоэнергетика. — 2004, - №8. — 39-43.

99. Якубовский К.Б., Мережко А.И., Малиновская М.В. Исследование газового обмена и продуктивности у высших водных растений // Круговорот вещества и энергии в водоемах. Элементы биотического круговорота. Лиственичное на Байкале. 1977. -С. 85-88.

100. Якубовский К.Б., Мережко А.И. Самоочищение вод в зависимости от физиологических особенностей высших водных растений // Гидробиологический журнал. — 1982, — №2. - 62-68.

101. Янкевич М.И., Квитко К.В. Биоремедиация нефтезагрязненных водоемов // Экология и промышленность России. — 1998, - №10. — 21-26.

102. Ярушина М.И., Гусева В.П., Чеботина М.Я. Видовой состав и экологическая характеристика водорослей водоема-охладителя Белоярской АЭС // Экология. - 2003, - №1. - 23-29.

103. Adams C.S., Boar R.R., Hubble D.S., Gikungu M., Harper D.M., Hickley P., Tarras-Wahlberg N. The dynamics and ecology of exotic tropical species in floating plant mats: lake Naivasha, Kenya. // Hydrobiologia. — 2002. — Vol. 488.-P. 115-122.

104. Batterton J.C., Van Baal en C. Growth responses of blue-green algae to sodium concentrations // Arch. Microbiol. - 1971. - Vol. 76. - P. 141-165.

105. Center T.D., Hill M.P. Field efficacy and predicted host range of the pickerelweed borer, Bellura densa, a potential biological control agent of water hyacinth. // Biocontrol. - 2002. - Vol. 47. - P. 231-243.

106. Davidson N.L. (Jr.), Griffin M.C., Kelso W.E. A report of Bunops scutifrons from Louisiana. // Hydrobiologia. — 1997. - Vol. 356. - P. 183-184.

107. Haq M.A., Sumangala К. Acarine regulators of water hyacinth in Kerala (India). // Experimental and Applied Acarology. - 2003. - Vol. 29. - P. 27-33.

108. Kawano T. Roles of the reactive oxygen species-generating peroxidase reactions in plant defense and growth induction // Plant Cell Reports. -2003. - V.21, - No.9. - P.829-837.

109. Kelley C, Curtis A.J., Uno J.K., Berman C.L. Spectroscopic studies of the interaction of Eu(III) with the roots of water hyacinth. // Water, Air, and Soil Pollution.-2000.-Vol. 119.-P. 171-176.

110. Komossa D., Langebartels C , Sandermann H. Metabolic processes for organic chemicals in plants // Plant contamination — modeling and simulation of organic chemical processes / Eds. S. Trapp, C. McFarlane. Boca Raton: Lewis Pub., 1995. - P. 69-103.

111. Lombardo P., Cooke G.D. Ceratophyllum demersum — phosphorus interactions in nutrient enriched aquaria. // Hydrobiologia. — 2003. - Vol. 497 .-P. 79-90.

112. Mansor M. Noxious floating weeds of Malaysia. // Hydrobiologia. - 1996. - Vol. 340. - P. 121-125.

113. Melzer A. Aquatic macrophytes as tools for lake management. // Hydrobiologia. - 1999. -Vol. 395/396. - P . 181-190.

114. Munda, I. The effect of salinity on the respiration and photosynthesis of brown alga Ascophyllum nodosum // Biol. Vest. 1964. -Vol. 11. -P.3-13.

115. Nigam K.D.P., Srivastas R.K., Gupta S.K., Vasudevan P. A mathematical model for metal ions uptake by aquatic plants for waste water treatment. // Environmental Modeling and assessment. - 1998. — Vol. 3. — P. 249-258.

116. Nurminen L., Horppila J. A diurnal study on the distribution of filter feeding zooplankton: effect of emergent macrophytes, pH and lake trophy. // Aquat. Sci. - 2002. - Vol. 64. - P. 198-206.

117. Omar H.H. Adsorption of zinc ions by Scenedesmus obliquus and S. quadricaada and its effect on growth and metabolism // Biologia Plantarum. - 2002. - V. 45. - No.2. - P.261 - 266.

118. Pinto G., Pollio A., Previtera L., Temussi F. Biodegradation of phenols by microalgae // Biotechnology Letters. - 2002. - V.24, - No.24. - P.2047 -2051.

119. Raimann W., Yeo I.-B. Einsatz von Membranen zur Aufbereitung von Abwassern aus der Landwirtschaft und des Lebensmittelindustrie // F und S: Filtr. und Separ. — 1998. — Bd 12, -№ 6. — S. 254—263

120. Salt, D.E., Smith, R.D., Raskin, I. Phytoremediation // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. - 1998. -Vol. 49. -P.643-668.

121. Saxena M.K. Aqueous leachate of Lantana camara kills water hyacinth. // Journal of Chemical Ecology. - 2000. - Vol. 26. - №10. - P.2435-2447.

122. Stocker R.K., Haller W.T. Residual effects of herbicide-treated Eichornia crassipes used as a soil amendment. // Hydrobiologia. — 1999. - Vol. 415. — P. 329-333.

123. Sujatha S.D., Sathyanarayanan S., Satish P.N., Nagaraju D. A sewage and sludge treated lake and its impact on the environment, Mysore, India. // Environmental Geology. - 2001. - Vol. 40. - P. 1209-1213.

124. Tarn N.F.Y., Wong Y. Accumulation and distribution of heavy metals in simulated mangrove system treated with sewage. // Hydrobiologia. - 1997. — Vol. 352.-P. 67-75.

125. Thiebaut G., Muller S. A macrophyte communities sequence as an indicator of eutrophication and acidification levels in weakly mineralized streams in north-eastern France. // Hydrobiologia. — 1999. - Vol. 410. — P. 329-333. / / СЧ