Спосіб прогнозування вмісту важких металів у коропових видів риб водойм-охолоджувачів (пеп-2)

Спосіб прогнозування вмісту важких металів у коропових видів риб водойм-охолоджувачів (ПЕП2), що включає визначення хімічним методом вмісту важкого металу у воді, який відрізняється тим, що визначення хімічним методом вмісту важкого металу застосовують для коропових видів риб та проводять у воді водойм-охолоджувачів, після чого на основі проведених аналізів води виконують розрахунки згідно з формулою: Моргана/тканини/ = К х Мводи + В, де Моргана/тканини/ - концентрація важкого металу в органі чи тканині коропових видів риб, що вирощують у водоймах-охолоджувачах, мг/кг; Мводи - концентрація важкого металу у воді водойм-охолоджувачів, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації важкого металу у воді та у органі чи тканині коропових видів риб водойм-охолоджувачів; В - поправний коефіцієнт, причому кутові та поправні коефіцієнти використовують з таблиці. Зябра 0,18 101,13 0,06 19,228 0,03 3,47 -0,01 1,08 0,0003 1,39 -0,0031 0,64 0,001 2,66 0,00002 0,07 М'язи 0,063 21,499 0,01 5,8 0,0002 0,26 -0,0001 0,46 -0,006 0,83 0,0002 0,107 0,0007 0,38 0,0004 0,017. (13) Печінка 0,09 66,021 -0,007 35,96 0,002 0,57 -0,098 26,0 -0,0013 0,91 0,17 -0,0005 -0,004 0,59 -0,0019 0,2 54374 Нирки -0,087 97,44 -0,0091 19,143 0,0004 0,15 0,006 1,22 0,006 0,46 -0,001 0,17 0,001 0,36 -0,003 0,27 (11) Шкіра -0,13 92,63 0,19 40,67 -0,0004 1,12 -0,01 1,73 -0,015 4,0 -0,0003 0,24 -0,0087 1,77 -0,0006 0,05 UA Важкі метали К Fe В К Zn В К Mn В К Сu В К Ni В К Со В К Pb В К Cd В (19) Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації важких металів у воді та органами чи тканинами коропових видів риб, що вирощують у водоймах-охолоджувачах U Таблиця 3 Корисна модель належить до галузі рибної промисловості, зокрема до водної токсикології, і може бути використана для прогнозування вмісту важких металів у коропових видів риб, що вирощуються у водоймах-охолоджувачах. Важкі метали, як і раніше залишаються однією з пріоритетних груп забруднюючих речовин, що мають як локальне і регіональне, так і глобальне поширення. Їх надходження у водне середовище пов'язано з природними та антропогенними джерелами. Ступінь накопичення мікроелементів в тканинах і органах риб залежить від геохімічного середовища і типу водного об'єкта, тобто від абіотичних умов, залежить також від функціонального стану організму, сезону спостереження та ін. Поступаючи в надлишку і багато в чому перевершуючи індивідуальні потреби організмів, метали можуть викликати порушення різних функцій гідробіонтів, накопичуватися в їх органах, перевищуючи нормовані величини. Тому контроль зміни рівнів вмісту важких металів у водних організмах актуальний і необхідний. Слід відмітити, що багато застарілих методів і концепцій, що використовувалися ще 30-50 років тому, знаходять впровадження і на теперішній час. Це, поза сумнівом, може уповільнити вирішення проблем, що виникають при взаємодії людини і довкілля. Необхідна розробка нових, досконаліших методів дослідження і контролю стану довкілля. Також слід зауважити, що вивчення довкілля повинно бути всеосяжним і комплексним. Окрім небезпечної дії на людей, забруднюючі речовини впливають на якість води, повітря, стан ґрунтів, на життєдіяльність різних рослин і тварин, що мешкають в зонах забруднення. Токсикологічна обстановка в багатьох водоймах-охолоджувачах України залишається складною внаслідок забруднення стічними водами з електростанцій. Також важкі метали попадають у водойми після промивки агрегатів гідроспоруд від надлишків у їх трубах заліза та інших металів, що призводить до значного накопичення їх у воді водойм-охолоджувачів. Найбільшу небезпеку представляє забруднення водойм такими важкими металами, як Fe, Zn, Mn, Cu, Ni, Со, Pb, Cd та інших. Як відомо, ці метали навіть у малих кількостях можуть негативно впливати на гідробіонтів, у тому числі і на риб. Біологічні наслідки забруднення водних екосистем важкими металами виявляються, в першу чергу, в прямій токсичній їх дії на риб, що призводить до накопичення в органах і тканинах важких металів і в кінцевому рахунку - до збою фізіологічних систем. У санітарно-гігієнічному плані риба є важливою ланкою у передачі важких металів і інших токсичних речовин людині по харчовому ланцюгу. Відомо, що на відміну від забруднюючих органічних речовин, метали не руйнуються під впливом природних чинників, їх видалення з водойм можливо лише за рахунок випаровування або акумулювання у донних відкладах, або ж поступового накопичення в різних компонентах екосистеми, у тому числі і в рибі. 54374 4 В період обмеженої фінансової допомоги фахівці з водної біоти якнайгостріше відчувають потребу у розробці досконаліших методів визначення вмісту важких металів у ланках водної екосистеми, що не потребують великої кількості хімічних реагентів, обладнання та інших затрат. Відомі способи визначення вмісту речовин шляхом розрахунку [О.А.Алекин, А.Д.Семенов, Б.А.Скопинцев. Руководство по химическому анализу вод суши, Гидроеметеоиздат, Ленинград, 1973, 272 с]. Серед них - розрахунок вмісту двоокису вуглецю (СО2) по величині рН і концентрації НСО3та розрахунок вмісту карбонатних іонів (СО32-) по величині рН та лужності води. Недоліками вищезазначених способів є обмеження умов при розрахунку. Так, при розрахунку вмісту карбонатних іонів, мінералізація досліджуваної води повинна мати мінералізацію не вище 3-4г/кг, так як вище цієї межі розрахунок коефіцієнтів активності стає не надійним. Також недоліком цих способів слід вважати не універсальність знайдених формул, тобто формули здатні розрахувати тільки один показник. Складність розрахунку також є недоліками цих способів. Відомий спосіб математичного розрахунку вмісту іонів магнію, згідно якого розрахунок вмісту іонів магнію (Мg2+) визначається за різницею між знайденою хімічним аналізом величиною суми кальцію і магнію [О.А.Алекин, А.Д.Семенов, Б.А.Скопинцев. Руководство по химическому анализу вод суши, Гидроеметеоиздат, Ленинград, 1973, с. 217.], тобто величиною загальної твердості (Н), та вмістом Са2+, що виражені в мг-екв: Мg2+=12,15(Н-Са2+)мг/л. При доволі простому розрахунку даний спосіб має недоліки. Розрахунок іонів магнію припустимий лише для вмісту магнію у воді, а для вмісту у органах і тканинах риб даний спосіб не може бути застосованим. Аналогами корисної моделі служать технічні рішення, згідно яких розрахунок вмісту важкого металу у органах і тканинах коропа та товстолоба проводиться на основі визначеної концентрації важкого металу у воді [Патент України №45878, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №45877, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №45876, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01 Кб 1/00; Патент України №45875, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №45874, Бюл. №22 від 25.11.2009 р., МПК (2009) A01K61/00; Патент України №46876, Бюл. №11 від 11.01.2010 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №46875, Бюл. №11 від 11.01.2010 р., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №46874, Бюл. №11 від 11.01.2010 р., МПК (2009) А01К61/00]. Але згадані способи корисні лише для звичайних умов рибогосподарських ставів, які не передбачають утримання риби у водоймах-охолоджувачах. Відмінності гідрохімічного й гідробіологічного режимів водойм-охолоджувачів від аналогічних 5 водойм із природними умовами обумовлюються, насамперед, особливостями їхнього термічного режиму. Температура води належить до найбільш універсальних екологічних чинників, які, в першу чергу, визначають перебіг гідробіологічних і фізико-хімічних процесів у водоймах. У природних умовах температурний режим водойм визначається їхнім географічним положенням (кількість сонячної радіації, кліматичні умови), морфометричними характеристиками водойми, особливостями циркуляції водних мас та ін. У межах водойми, зазвичай, спостерігається зміна температури води з глибиною, а поверхневі шари зазнають впливу не тільки сезонних, а й добових змін інтенсивності сонячної радіації, особливо влітку. Водойми-охолоджувачі атомних і теплових електричних станцій належать до водних об'єктів особливого типу, екосистеми яких зазнають постійного теплового навантаження. Температурний режим водойми-охолоджувача, крім природних чинників, визначається об'ємом і температурою скидних вод, тобто кількістю і потужністю працюючих енергоблоків. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб прогнозування вмісту важких металів у коропових видів риб водоймохолоджувачів (ПЕП-2). У назві корисної моделі є абревіатура ПЕП-2, що означає прогнозування екосистемних показників. По суті назва походить з найближчого аналога корисної моделі, що описаний вище. Але в нашому випадку назва має додатково цифру «2» (ПЕП-2). Це означає, що даний спосіб прогнозування вмісту важких металів застосовується не при звичайних умовах рибогосподарських господарств, а для коропових видів риб водойм-охолоджувачів, що мають свої певні відмінності. Для зручності, в подальшому замість вищезгаданого словосполучення буде використовуватися ПЕП-2. Так, наприклад, якщо мова буде йти за спосіб ПЕП-2Fе, то це буде означати, що були проведені розрахунки з прогнозування екосистемних показників заліза (Fe) в органах і тканинах коропових риб, що вирощуються у водоймах-охолоджувачах. Згідно запропонованого способу прогнозування вмісту важких металів у коропових водоймах-охолоджувачах (ПЕП-2) здійснюється шляхом розрахунку вмісту важких металів у органах і тканинах коропових за допомогою визначеним хімічним методом концентрацій важких металів у воді водойм-охолоджувачів. Хімічний метод визначення вмісту важких металів у органах і тканинах риб довготривалий і не дає можливості оперативно оцінювати стан коропових видів риб за стресових ситуацій. Отримані нами розрахунки дають можливість 54374 6 оперативно контролювати вміст важких металів у органах і тканинах коропових риб. Розрахунковий спосіб прогнозування вмісту важких металів у коропових риб водойм-охолоджувачів (ПЕП-2) рекомендовано при екстремальних ситуаціях та моніторингових дослідженнях. Технічне рішення щодо розробки прогнозування вмісту важких металів у коропових видів риб водойм-охолоджувачів (ПЕП-2) ґрунтується на результатах досліджень. Протягом 1990-2008 років дослідження вмісту важких металів у воді та органах і тканинах коропових видів риб проводили у водоймахохолоджувачах України. Визначення вмісту важких металів у воді та органах і тканинах коропових проводили за допомогою атомно-адсорбційного спектрофотометра С-115-м. При розробках способу прогнозування вмісту важких металів у коропових водойм-охолоджувачів (ПЕП-2) використовували програму «Statistica 6.0» з урахуванням особливостей біологічних об'єктів. На основі математичного аналізу розраховані середньостатистичні дані вмісту важких металів у воді та органах і тканинах коропових, що вирощуються у водоймах-охолоджувачах. Встановлена кореляція між вмістом важких металів у воді та органах і тканинах коропових риб. Для оперативної оцінки якості рибної продукції, а також встановлення причин різкого погіршення фізіологічного стану риб розроблений спосіб прогнозування вмісту важких металів у органах і тканинах коропових. Для цього розраховані кутові та поправні коефіцієнти щодо рівняння лінійної регресії між двома значеннями вмісту важкого металу у воді та органах і тканинах коропових видів риб (табл. 1). Спочатку хімічним методом визначаємо вміст важких металів у воді водойм-охолоджувачів. Потім на основі проведених аналізів води проводять розрахунки, де використовується формула: Моргану/тканини/ = К Мводи + В, де Моргану/тканини/ - концентрація важкого металу в органі чи тканині коропових видів риб, що вирощуються у водоймах-охолоджувачах, мг/кг; Мводи - концентрація важкого металу у воді водойм-охолоджувачів, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації важкого металу у воді та у органі чи тканині коропових видів риб водойм-охолоджувачів; В - поправний коефіцієнт. Похибка між розрахованою величиною та визначенням концентрації важкого металу хімічним методом є близькою 15 - 30%. 7 54374 8 Таблиця 1 Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації важких металів у воді та органами чи тканинами коропових видів риб, що вирощуються у водоймахохолоджувачах. Важкі метали Шкіра Нирки Печінка Зябра М'язи К -0,13 -0,087 0,09 0,18 0,063 Fe В 92,63 97,44 66,021 101,13 21,499 К 0,19 -0,0091 -0,007 0,06 0,01 Zn В 40,67 19,143 35,96 19,228 5,8 К -0,0004 0,0004 0,002 0,03 0,0002 Mn В 1,12 0,15 0,57 3,47 0,26 К -0,01 0,006 -0,098 -0,01 -0,0001 Сu В 1,73 1,22 26,0 1,08 0,46 К -0,015 0,006 -0,0013 0,0003 -0,006 Ni В 4,0 0,46 0,91 1,39 0,83 К -0,0003 -0,001 0,17 -0,0031 0,0002 Со В 0,24 0,17 -0,0005 0,64 0,107 К -0,0087 0,001 -0,004 0,001 0,0007 Pb В 1,77 0,36 0,59 2,66 0,38 К -0,0006 -0,003 -0,0019 0,00002 0,0004 Cd В 0,05 0,27 0,2 0,07 0,017 Приклад 1. Хімічним методом було розраховано концентрацію заліза у воді водоймаохолоджувача, яка була на рівні - 343,2мкг/л. Визначимо вміст заліза у органах і тканинах коропових, що вирощуються у водоймахохолоджувачах (ПЕП-2Fе): Мшкіра коропових = -0,13 343,2 + 92,63 = 48,01мг/кг; Мнирки коропових = -0,087 343,2 + 97,44 = 67,58мг/кг; Мпечінка коропових= 0,09 343,2 + 66,021 = 96,91мг/кг; Мзябра 0,18 343,2 коропових= +101,13=162,91мг/кг; Мм’язи коропових = 0,063 343,2 + 21,499 = 43,12мг/кг. Приклад 2. Хімічним методом було розраховано концентрацію цинку у воді водоймаохолоджувача, яка була на рівні - 16,5мкг/л. Визначимо вміст цинку у органах і тканинах коропових, що вирощуються у водоймахохолоджувачах (ПЕП-2Zn): Мшкіра коропових = 0,19 16,5 + 40,67 = 43,81мг/кг; Мнирки коропових=-0,0091 16,5 + 19,143 = 18,99мг/кг; Мпечінка коропових= -0,007 16,5 + 35,96 = 35,84мг/кг; Мзябра коропових = 0,06 16,5 + 19,228 = 20,22мг/кг; Мм’язи коропових = 0,01 16,5 + 5,8 = 5,97мг/кг. Приклад 3. Хімічним методом було розраховано концентрацію марганцю у воді водойма-охолоджувача, яка була на рівні 94,8мкг/л. Визначимо вміст марганцю у органах і Комп’ютерна верстка А. Крижанівський тканинах коропових, що вирощуються у водоймахохолоджувачах (ПЕП-2Мn): Мшкіра коропових = -0,0004 94,8 + 1,12 = 1,16мг/кг; Мнирки коропових = 0,0004 94,8 + 0,15 = 0,19мг/кг; Мпечінка коропових = 0,002 94,8 + 0,57 = 0,76мг/кг; Мзябра коропових = 0,03 94,8 + 3,47 = 6,31мг/кг; М м’язи коропових = 0,0002 94,8 + 0,26 = 0,28мг/кг. Приклад 4. Хімічним методом було розраховано концентрацію міді у воді водоймаохолоджувача, яка була на рівні - 11,4мкг/л. Визначимо вміст міді у органах і тканинах коропових, що вирощуються у водоймахохолоджувачах (ПЕП-2Сu): Мшкіра коропових = -0,01 11,4 + 1,73 = 1,62мг/кг; Мнирки коропових = 0,006 11,4 + 1,22 = 1,22мг/кг; Мпечінка коропових = -0,098 11,4 + 26,0 = 24,82мг/кг, Мзябра коропових = -0,01 11,4 + 1,08 = 0,92мг/кг, М м’язи коропових = -0,0001 1 1,4 + 0,46 = 0,46мг/кг. Ті ж самі дії проводимо при розрахунку вмісту інших металів (Ni, Co, Pb, Cd). Проведеними дослідженнями встановлено, що вміст важких металів у органах чи тканинах коропових видів риб водойм-охолоджувачів можна розрахувати за концентрацією їх у воді. Контрольні розрахунки показали, що вміст важких металів, які визначені хімічним та розрахунковим методом відрізняються у незначній мірі. Розроблений спосіб прогнозування вмісту важких металів у коропових видів риб водоймохолоджувачів (ПЕП-2) є доцільним та необхідним у моніторингових, а також у рибоводних та іхтіологічних дослідженнях. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601