Питьевая вода. Живые индикаторы на службе человека.

[metroelf]

Чистая питьевая -  одна из тех вещей, которую мы склонны принимать как должное, пока она не закончится или не станет грязной.

В Познани, в городе на западе Польши, системы искусственного и биологического мониторинга гарантируют, что вода, прокачиваемая по городским трубам, безопасна для питья. Искусственные системы проводят точные измерения химического загрязнения воды, что, безусловно, очень удобно. Однако, именно биологические системы (или «биоиндикаторы») позволяют более надежно оценить общую токсичность воды, поскольку они «одновременно» учитывают широкий спектр факторов. Эти биологические системы состоят из восьми мидий с сенсорами, приклеенными к их раковинам. Они работают вместе с сетью компьютеров и получили контроль над водоснабжением города. Если вода чистая, эти мидии остаются открытыми. Но когда качество воды падает, они закрывают раковину и перекрывают водоснабжение миллионов людей.

«Использование организма в качестве индикатора (биоиндикатора) не может быть случайным. Это требует обширных полевых исследований, направленных на точную характеристику природных условий »,
«Лучшими организмами-индикаторами являются те, которые имеют особые жизненные потребности, то есть имеют узкую экологическую шкалу (возникновение). Это означает, что ряд различных факторов ограничат их жизненно важные функции или даже исключат их из окружающей среды ».



По сути, эти «индикаторные организмы» позволяют инженерам завода знать, безопасна ли вода для использования или потребления человеком, даже если они не предоставляют точных данных о ее качестве. Такие организмы, как мидии, являются хорошими индикаторами качества воды, потому что они плохо переносят загрязняющие вещества и демонстрируют очевидную реакцию на ненадлежащее качество воды: они закрываются.

Сервис моллюсков

Для роста мидиям требуется чистая, хорошо насыщенная кислородом вода с низким содержанием физических или химических примесей. Такая чувствительность к загрязнителям сделала их идеальными для мониторинга водоснабжения Познани. Когда вода чистая и приятная, мидии полностью раскрываются, чтобы питаться, что они и делают, фильтруя воду и поедая любые найденные органические вещества. Когда качество воды падает, они очень быстро закрывают свои раковины, впускной сифон (их «рот») и замедляют свой метаболизм.

Использование мидий в составе автоматизированной системы водоснабжения было протестировано на кафедре охраны воды Университета им. А. Мицкевича в Познани и оказалось очень надежным показателем качества воды.

Всякий раз, когда мидия зажимается, она замыкает цепь с помощью пружины, которая была просто приклеена к ее раковине горячим клеем, что предупреждает компьютер, что, возможно, пора отключить подачу воды. Задача компьютера - отслеживать параметры, полученные с помощью искусственных датчиков, и выдавать сигнал тревоги, если что-то кажется неправильным. Этот шаг предназначен для учета любых возможных изменений в индивидуальном поведении мидий, которых насчитывается 8; можно предположить, что иногда они могут устать и закрываться, чтобы вздремнуть.

Однако, если одновременно закрываются четыре мидии, система автоматически отключается. Это лучшая инженерия.

Моллюски меняются после трех месяцев работы, так как они становятся устойчивыми к загрязнению в воде и могут работать некорректно. После этого их выпускают в такое место, где их больше никогда не поймают...

по материалам zmescience

Но если вы думаете, что у нас нет такого, то вы глубоко ошибаетесь, правда тут используются не мидии, а раки!

Раки «работают» в Водоканале с декабря 2005 года.

Системы биомониторинга качества воды есть на всех водопроводных станциях города и ближайших пригородов. Их главная задача - следить за уровнем токсичности источника питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга - невской воды. Представители аборигенных узкопалых раков, обитающих в Неве и Невской губе, живут в аквариумах на каждом водозаборе Петербургского Водоканала.

Зачем нужны раки

Вода из Невы, прежде чем попасть на очистные сооружения и стать водопроводной, контролируется помимо лабораторий такими «сотрудниками». Технологам необходимо знать, не поступает ли на очистные сооружения вода, загрязненная токсическими веществами и в концентрациях, которые не могут быть удалены из воды с помощью имеющихся технологий и оборудования. Существующие физико-химические методы анализа требуют времени, а технологам важно получить сигнал о поступлении на водозабор подобной воды как можно раньше. Оперативно, в реальном времени «сообщить» об опасности могут живые водные организмы, в частности, раки, которые очень чувствительны к загрязнениям среды их обитания.

Как они работают

К панцирю рака, сидящего в аквариуме, приклеивается волоконно-оптический датчик, который позволяет незаметно для животного в течение длительного времени регистрировать его сердцебиение. На экран компьютера диспетчера смены непрерывно выводятся уже обработанные результаты показателей сердечного ритма и стресс-индекса раков в виде системы «светофор»: красный, желтый или зеленый световые сигналы. Нормальный сердечный ритм ничем не обеспокоенного рака (соответствующий зеленому сигналу), колеблется в зависимости от температуры воды от 30 до 60 ударов в минуту, а стресс-индекс обычно близок к нулю. В случае опасности частота сердечных сокращений резко повышается не менее чем на 50%, а стресс-индекс возрастает до нескольких тысяч. При попадании в воду токсичных веществ раки реагируют в течение 1,5-2 минут (это время с учетом обработки данных). Их кардиоритм учащается - приборы дают сигнал тревоги (красный сигнал на мониторе диспетчера смены), по которому автоматически отбираются пробы воды для последующего подробного лабораторного анализа воды химическими и биологическими методами, и оповещаются все службы водопроводной станции. К счастью, за все время работы раков в Водоканале нештатных ситуаций не возникало, а столь «высокие стрессовые показатели» специалисты Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН, разработавшие этот метод биомониторинга качества воды, фиксируют только при еженедельных профилактических тест-обследованиях раков.

Click to view

Особые требования

Кроме станции биомониторинга, на Главной водопроводной станции есть еще и ферма, основная задача которой - разведение своих, адаптированных к производственному шуму и людям раков. Так животные с рождения привыкают к общению с людьми, природным колебаниям качества невской воды, шуму насосов станции. Раки реагируют и на раздражители, не связанные с загрязнением воды, - например, на шум включаемого оборудования. Чтобы отсечь ложные срабатывания системы (ложные с точки зрения токсикологической опасности воды), ученые создали специальную аналитическую станцию, которая измеряет ряд характеристик воды - щелочность, температуру, мутность, а также снабжена датчиками шума и вибрации. Если аппаратура зарегистрирует вибрацию, то сигнал опасности в диспетчерскую не поступит, потому что датчики фиксируют момент, когда учащение сердцебиения рака совпадает с шумовым эффектом, и отсекают его как не связанного с токсикологической опасностью. На службу в Водоканал принимают самых обычных раков. Это достаточно хорошо изученные животные с точки зрения физиологии и токсикологии. Однако для того, чтобы попасть на службу в Водоканал, раки проходят тщательное биохимическое и физиологическое обследование здоровья. Работают только самцы в возрасте 3-5 лет, три дня через шесть. Срок их службы составляет примерно год. Дело в том, что по своей физиологии раки должны зимовать, впадая в этот холодный период в состояние «спячки», а лишение их того, что придумано природой, естественно, ослабляет животное. А к дежурству допускаются только здоровые особи в хорошем функциональном состоянии.

В конце 2010 года система биомониторинга с использованием раков была усовершенствована. Если раньше на рабочую смену «выходили» по два рака, то с 2011 года их стало шесть. В 2018 году была проведена еще одна модернизация. С момента запуска биомониторинга у ученых из Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН появились новые разработки.

Сейчас на каждой станции биомониторинга работает по восемь раков. Животные разбиты на две группы, изолированные друг от друга и от внешних раздражителей, со сдвигом начала «светлого» периода на 12 часов при искусственном освещении. То есть когда у одной группы из четырех раков день, у другой группы из четырех раков ночь. В результате исключается возможность ложного срабатывания системы из-за особенностей активности животных в разные периоды суток.

Дополнительный контроль

Для получения более точной реакции на изменения качества воды наряду с раками работают рыбки. Видеокамера постоянно фиксирует их движение. Если в воде обнаружится токсическое загрязнение, то это сразу отразится на поведении рыбок - они перестанут двигаться, всплывут вверх брюшком или опустятся на дно. А если в это время забеспокоятся и раки, то специалисты начнут предпринимать необходимые действия. Такое дублирование только на пользу человеку. Ученые говорят, что неплохо бы доукомплектовать существующие станции биомониторинга системой «маслс-монитор» (от английского mussel - двустворчатый морской моллюск мидия). Речные двустворчатые моллюски - очень хорошие индикаторы качества воды, в которой они живут. В неблагоприятных условиях кроме увеличения кардиоритма они захлопывают створки своих раковин.

источник