Rozpocznij wpisywanie...

Biomonitoring w oparciu o małże

System wczesnego ostrzegania przed zanieczyszczeniami wód ujmowanych oparty o małże na Stacji Uzdatniania Wody Dębiec w Poznaniu

Badanie jakości wody pitnej polega na identyfikacji wielu substancji chemicznych, z uwzględnieniem każdego etapu jej uzdatniania. Wymaga ona skomplikowanej i kosztownej aparatury kontrolno-pomiarowej oraz doświadczonej i odpowiednio wykształconej kadry. Woda przeznaczona do konsumpcji powinna, pod względem chemicznym i biologicznym, odpowiadać standardom (przepisom) obowiązującym w danym kraju.

Poza analizami chemicznymi, których zakres rozszerza się, coraz większą uwagę przywiązuje się do badań biologicznych tzw. metod bioindykacyjnych posługujących się, przy ocenie stopnia toksyczności wód, organizmami żywymi. W odróżnieniu od danych chemicznych, które wskazują na stężenia badanych substancji w wodzie, dzięki organizmom żywym ocenia się potencjalnie szkodliwe oddziaływanie równocześnie wielu czynników na dany organizm (bioindykator). Bioindykatorami (organizmami wskaźnikowymi) są osobniki wybranych gatunków, które w trakcie hodowli w warunkach odbiegających od ich naturalnego środowiska wykazują pewne charakterystyczne cechy, czy zmiany, możliwe do zaobserwowania, a będące ich reakcją na negatywne oddziaływanie różnych czynników (w tym substancji toksycznych).

Organizmy wskaźnikowe wykorzystuje się w wodociągach do oceny jakości wody zarówno ujmowanej ( z ujęć powierzchniowych - jeziora i rzeki i podziemnych - studnie) jak i uzdatnionej. W tym celu określa się stopień toksyczności wód na bazie hodowli krótkoterminowych zwanych biotestami, względnie też prowadzi się obserwacje stałe, długoterminowe rejestrując zachowanie organizmów wodnych tzw. biomonitoring. Wykorzystywanie jakiegoś organizmu jako wskaźnika (bioindykatora) nie może być przypadkowe. Wymaga ono szeroko zakrojonych badań terenowych, których celem jest możliwie dokładna charakterystyka naturalnych warunków występowania. Dobór ten powinien być równocześnie poparty eksperymentami mającymi na celu sprawdzenie, który z czynników ograniczać będzie funkcjonowanie (czynności życiowe) badanego organizmu, jak również opisywał jego reakcje stresowe wywołane przez badany czynnik. Najlepszymi organizmami wskaźnikowymi są takie, które mają sprecyzowane wymagania życiowe, tzn. cechują się wąską skalą ekologiczną (występowania). Oznacza to, że szereg różnych czynników ograniczać będzie ich funkcje życiowe lub wręcz eliminować ze środowiska.

Takimi kryteriami sugerowano się przy doborze organizmów stosowanych w systemie biomonitoringu, którego celem jest sygnalizowanie potencjalnych skażeń wody przeznaczonej do celów konsumpcyjnych. Bioindykatorami w Aquanet SA (Stacja Uzdatniania Wody Dębiec) są małże. Są to organizmy coraz rzadziej występujące w naszych jeziorach, ponieważ większość tych zbiorników ma wody silnie zanieczyszczone, natomiast małże wymagają wody stosunkowo czystej. Preferują one wody dobrze natlenione takie, gdzie nawet przy dnie stężenie tego gazu jest wysokie. Brak tlenu powoduje u nich spadek aktywności oddychania. Małże są także bardzo wrażliwe na wzrost stężenia gruboziarnistej zawiesiny w wodzie. Posiadają zmysł czucia chemicznego, co dodatkowo uwrażliwia je na ewentualną obecność obcych dla ich naturalnego środowiska związków chemicznych. Organizmy te odżywiają się poprzez filtrację wody wyłapując z niej drobną zawiesinę. W ciągu godziny jeden osobnik przefiltrować (przeanalizować;) może 1,5 litra wody.

Małże są odporne na wpływ pewnych niekorzystnych czynników środowiskowych, jednakże tylko dzięki temu, że potrafią się przed nimi bronić poprzez zamknięcie skorup i obniżenie aktywności fizjologicznej. Zatem objawem pełnej ich aktywności jest całkowite otwarcie dwuczęściowej muszli oraz syfonu wpustowego, przez który dostarczany jest tlen i pokarm. W sytuacji, gdy w wodzie znajdują się szkodliwe substancje małże reagują natychmiastowym zamknięciem syfonów i muszli.
Pracownicy Zakładu Ochrony Wód Uniwersytetu im. A. Mickiewicza, którzy są twórcami systemu biomonitoringu, sugerując się znanymi cechami małży, przebadali ich wrażliwość na wzrost stężeń szeregu związków chemicznych. W tym celu, okazy przywiezione z jeziora hodowano w akwariach, a następnie wykonywano eksperymenty, badając ich zachowanie w wodzie o różnej zawartości badanych związków, w tym także silnie toksycznych takich jak np. związki arsenu. Po zastosowaniu do badań skomplikowanej aparatury elektronicznej, system oparty na opisanych wyżej zasadach zainstalowano w Aquanecie.

1 - szczezuje, 2 - magnes, 3 - czujnik halotronowy, 4 - wzmacniacz, 5 - sterownik systemu, 6 - komputer

Biomonitoring polega na ciągłej (całodobowej) obserwacji i rejestracji ruchów muszli małży (rodzaj szczeżuja - Anodonta). Urządzenie działa na zasadzie jednoczesnego pomiaru stopnia otwarcia 8 osobników, przebywających w akwarium przepływowym, zasilanym wodą płynącą z ujęcia na Dębinie (pozbawioną zawiesiny złożonej z żelaza i manganu)

Szczeżuje (1) przyklejone są, przy pomocy nietoksycznego kleju, jedną częścią muszli do postumentu, natomiast do drugiej przymocowany jest magnes (2). Magnes współpracuje z czujnikiem halotronowym (3) odczytującym zmiany natężenia pola magnetycznego. W momencie zamykania skorup magnes zbliża się do sondy (wzrost natężenia pola magnetycznego) a przy otwieraniu - odsuwa (spadek natężenia). Każdy z 8 czujników połączony jest z blokiem pomiarowym, znajdującym się poza akwarium. Sygnał z sond kierowany jest do wzmacniacza (4), i sterownika systemu (5), gdzie przetwarzany jest na postać cyfrową i przesłany do komputera (6). Na monitorze uzyskujemy obraz stopnia otwarcia każdej z małż wyrażony w procentach (w postaci słupków). Ponadto przedstawiona jest średnia chwilowa dla wszystkich osobników (słupek alarmowy). Uważa się, że woda jest bezpieczna, gdy średnia wartość otwarcia 8 małż nie obniży się poniżej ustalonego poziomu alarmu (25 %). Sygnał alarmowy (dźwiękowy) uruchamiany jest wtedy, kiedy komputer kilkakrotnie przeanalizuje dane i potwierdzi spadek wartości średniej (poniżej założonego poziomu alarmu). Eliminuje to możliwość fałszywego alarmu spowodowanego indywidualnymi zmianami w zachowaniu małż. Program komputerowy jest tak napisany, że umożliwia zmianę wielu parametrów systemu np.: częstotliwości pomiaru, poziomu alarmu itp. Ponadto urządzenie jest tak zaprojektowane, że działa w czasie pracy komputera jak i bez niego, ponieważ główną rolę kierowania i ewentualnego alarmowania pełni sterownik systemu. System biomonitoringu funkcjonuje w wodociągach poznańskich od 1 września 1994 roku.

Istotą opisanego urządzenia jest wyłącznie sygnalizowanie ewentualnych szkodliwych oddziaływań środowiska na wrażliwy organizm (bioindykator). Z kolei rolą obserwatora - laboratorium jest ocena sytuacji i w razie potrzeby włączenie odpowiednich badań.

Omówione wyżej zagadnienia są elementem wspomagającym w skomplikowanej ocenie jakości wody pitnej.