A biológiai vízminősítés
Fehér Gizella ADUVIZIG
A vízminőség – biológiai vízminőség Vízminőség: a víz tulajdonságainak összessége Olyan módszer, amivel a vízminőséget meghatározhatjuk, olyan skálák, mérőszámok, melyekkel a vízminőség általában kifejezhető, ma még nincs. Elsősorban azért, mert mindig valamilyen szempont szerint kiválasztott, valamilyen célra alkalmas vízminőségről beszélünk. Ennek megfelelően ivóvíz,öntözővíz-, fürdővízminőség vagy felszíni folyó- és állóvízminőség kapcsán azokat a tulajdonságokat, normatívákat vizsgáljuk, hangsúlyozzuk, melyek az adott víz esetében, s az adott szempontból lényegesek. Vízszennyezés: Csupán az ember szempontjából közelítve a kérdést, vízszennyezés minden olyan hatás, ami a víz minőségét úgy befolyásolja, hogy annak alkalmassága emberi használatra csökken vagy megszűnik. Az egész vízi ökoszisztéma szempontjából vízszennyezésnek kell fölfogjunk minden olyan hatást, ami a felszíni, felszín alatti vizeink minőségét úgy módosítja, hogy a víz alkalmassága a benne zajló természetes folyamatok biztosítására és az emberi használatra csökken vagy megszűnik.
Vízben lévő anyagok:
szervetlen szerves méreg
innert
A biológiai vízminőség – halobitás
Biológiai vízminőség: A biológiai vízminőség megismerésekor, taglalásakor mi a vízminőség biológiai szempontból lényeges elemeit, összetevőit, alakítóit emeljük ki, hangsúlyozzuk. A tárgyalásra kerülő négy tulajdonságcsoport (halobitás, trofitás, szaprobitás, toxicitás) szorosan összefügg egymással, tehát egyet-egyet közülük kiragadva, csupán önmagában elemezve ismereteink hiányosak maradnak, a vízben zajló történéseket nehezen, töredékesen értelmezhetjük.
Halobitás: A vizek biológiai szempontból fontos szervetlen kémiai tulajdonságainak összessége (a meder vagy vízgyűjtő geológiai, geokémiai tulajdonságai határozzák meg, de a mesterséges befolyók is változtatják). - Össze ionos alkatrész töménysége a vizekben - Vízkémiában használt töménység: mg/l, g/m3 Egyszerűen mérhető kémiai tulajdonságcsoport, az élővilág általában csak Alkalmazkodik hozzá, kis mértékben alakítja. A kontinentális vizekben található összes ionos alkatrész töménysége ezrelékben kifejezve a szalinitás (S%o, ezt is g/m3-re számítjuk át. A vizek szalinitás szerinti főbb csoportjai az alábbiak: Halinikus vizek: a tengerek, óceánok vize. Szalinitása átlagosan 35 000 g/m3, 35%o. Mixohalinikus vizek: a tenger és édesvíz keverékéből higított tengervizek (brackvíz, S%o 0,5−30 között).
A biológiai vízminőség – halobitás Halóbikus vizek: a tengerrel össze nem függő kontinentális sós vizek. Koncentrációjuk és ionösszetételük nagyon változatos (S%o 0,5−330 között). Limnikus vizek: a tulajdonképpeni édesvizek, melyek összes ionkoncentrációja kisebb, mint 600 mg/l, S%o < 0,6. Az összes ion mennyisége: szűrt víz párlási maradéka, ill. a víz fajlagos vezetőképességének a mérése. Mindkét módszerrel, alkalmas táblázat segítségével, a vizsgált víz halobitásértéke jól megadható. A halobitás minőségi megközelítése módszertanilag bonyolultabb,mivel itt már mérni kell a nyolc fő ion mennyiségét és az uralkodó ionok alapján lehet tipizálni a vizeket (K, Na, Ca, Mg, CO3, HCO3, Cl, SO4). A halobitás hidrobiológiailag fontos adatait ábrázolni is lehet a Maucha-féle csillagdiagramokkal. A halobitás ökológiai módszerekkel is megközelíthető az ún. halobionta élőlények segítségével. Ezek létezésének legfontosabb feltétele, hogy vannak (lehetnek) olyan élőlények, melyekre a növekvő sótartalom jelentős hatást gyakorol. Ennek alapján az élőlénytársulás fajösszetételét halobionta indikátorfajok listájával összehasonlítva meg lehet állapítani az adott víz halobitását.
Maucha-féle csillagábra Nagybaracskai Holt-Duna
HCO3
Maucha-diagram, Főionok a vízben 8 CO3 K 7 6 5 4 3 2 1 0
Cl
Riha-tó Maucha-diagram, Főionok a vízben 10 CO3
Na
CO3
10
6
8
4
Na
6 HCO3
2 0
Cl
Ca
SO4
Cl
Mg
CO3
Maucha-diagram , Főionok a vízben
K
25
6
CO3
14 K
12
20
10
5
15
4
HCO3
3
8
Na
10
Na
2
6
HCO3
Na
4
5
2
1
0
0
Cl
Ca
SO4
Mg
Szelidi-tó
Maucha-diagram, Főionok a vízben 30
K
Ca
SO4
Böddi-szék
7
Na
4
0
Maucha-diagram , Főionok a vízben
HCO3
K
8
2
Mg
Vadkerti-tó CO3
Maucha-diagram, Főionok a vízben 12
K
HCO3
Ca
SO4
Kolon-tó
Mg
0
Cl
Ca
Cl
Ca
SO4
SO4
Mg
Mg
Biológiai indikátor
A biológiai vízminőség – halobitás Halobionta fokozatok és jellemzésük: 1. Polihalobionta − 30%o vagy még nagyobb sótartalmat kívánó és csak itt élő fajok (egyes eurihalin formák is elérhetik a 30%o-et). 2. Mezohalobionta − közepes sókoncentrációt igénylő élőlények 3.euri-mezohalobionta: 0,2-30%o közti sótartalom-fokozatot tűrő élőlények, indikátorértékük nincs; 4.alfa-mezohalobionta: 10%o fölötti sókoncectrációt igénylő fajok, az alsó Csökkentsós tengervízi szint lakói a halobionta rendszerben;. 5.béta-mezohalobionta: 0,6-10%o közötti sókoncentrációt igénylő fajok. A halobionta rendszerben a fölső csökkentsós tengervízi szinten élnek. 6. Oligohalobionta − sóban szegény vizekre jellemző, édesvízi élőlények (0,6%o alatt) 7. Halofobikus fajok − sókerülő, igen lágy édesvizet igénylő élőlények, töményebb vízben legfeljebb rövid ideig életképesek, ott vendégként találhatók (haloxenikus elemek).
A biológiai vízminőség – trofitás
A trofitás a szervetlenből szerves anyagot létrehozó, ezzel a víz minőségét befolyásoló adottságok, jelenségek gyűjtőfogalma: a szervetlen növényi tápanyagok minősége, mennyisége és változása a vízben, a szerves anyagot építő fotoautotrofikus élőlények (algák, vízinövények) minősége és mennyisége, működésüknek a vízminőséget alakító, befolyásoló folyamatai. Elméleti és gyakorlati szempontból egyaránt fontos, hogy megkülönböztessük a potenciális és aktuális trofitás fogalmát, lényegét. Potenciális trofitás – a növekvő tápanyagkínálat mértéke (kiemelten az ásványi N és P). Aktuális trofitás – az adott pillanatban megvalósult (kialakult) trofitás (trofitási szint), mely a termelés erősségével, a növények mennyiségével, a klorofill koncentrációval jellemezhető. A trofitás nem csupán egy éven belül változik, változhat, hanem hosszabb távon is. Növekedése az eutrofizálódás. Az eutrofizálódás a trofitás emelkedését jelző biológiai reakció, ami mindig allochton anyagok bejutásán múlik. Vagy közvetlenül növényi tápanyagok jutnak a vízbe, vagy a szerves anyagok lebomlásaként keletkeznek. Leggyakrabban a kettő együtt jelentkezik, s okozza a potenciális trofitás növekedését, s ezzel az eutrofizálódást.
A biológiai vízminőség – trofitás
Az eutrofizálódásnak két formáját kell megkülönböztetnünk: természetes és mesterséges. A természetes eutrofizálódás alapvetően a tavakra jellemző, lassú természetes folyamat, a mesterséges gyors, tavak, folyók egyaránt „szenvednek tőle”. A limnológiai irodalomban gyakran olvashatjuk, hogy egy tó trofitását akár ránézéssel is meg lehet állapítani, sőt talán úgy könnyebb, mint konkrét mérésekkel. Kétségtelen tény, hogy pl. tiszta, mély tavakban akár a Secchi átlátszóság mérésével a trofitás mértéke elfogadható pontossággal megállapítható. Természetesen a pontos megközelítés csak mérésekkel érhető el. Első lépésként a növényi tápanyagkínálatot kell megismerni. Ez az oldott ásványi N és P vizsgálatát jelenti, mivel vizeinkben a C mindig bőséges mennyiségben jelen van. Vizsgálata, mérése: algavizsgálatok (algaszám; alga-biomassza; a-klorofill; (algaindex) -Elsődleges termelés (C14) mérés -Oxigén termelés mérés
Természetes, politróf, “lassú halál” a szukcesszió során, nagy diverzitás, életközösségen belüli kapcsolatok, „stabil”
Erősen befolyásolt, politróf,“gyors halál” a szukcesszió során, vagy “üzemi csatorna”, kis diverzitás, szegényes kapcsolatok az életközösségek között, „instabil”
A biológiai vízminőség – szaprobitás A szaprobitás a szerves anyagokat szervetlen összetevőikre bontó és ezzel a vízminőséget befolyásoló adottságok és jelenségek gyűjtőfogalma, a heterotrofikus élőlények számára táplálékul szolgáló, hozzáférhető szerves tápanyagok minősége, mennyisége és változása a vízben, a szerves anyagot bontó, heterotrofikus élőlények minősége, mennyisége és működésüknek a vízminőséget alakító folyamatai. A szaprobitásnak két formáját különböztetjük meg. Az autoszaprobitás a vízi élővilág által termelt, a vízben keletkezett autochton szerves anyagok bomlásának folyamata. Az alloszaprobitás a vízbe kívülről kerülő, idegen, allochton szerves anyagok jelenlétének függvénye. Az autoszaprobitást természetes szaprobitásnak is nevezhetjük, mivel a növényi szervesanyag-termelés (trófia) során keletkezett szerves anyag lebomlásának folyamata. Így a trófia és az autoszaprobitás a vízi ökoszisztéma anyagforgalmában egymást föltételező, egymást kiegészítő folyamatok. Az alloszaprobitás is lehet természetes (vízbe hulló avar, vándormadarak trágyája), de ez ritkán eredményezi a vízminőség jelentős változását, alapvetően emberi tevékenységhatására alakul ki
A biológiai vízminőség – szaprobitás A természetes tisztulási folyamat a következő szakaszokra, zónákra bontható folyóvizekben : A poliszaprobikus zónára a biológiai bontásra alkalmas szerves anyagok nagy mennyisége jellemző. Erős oxidáció miatt a víz oxigénmentes. Kén-hidrogén és fekete, szulfidtartalmú üledék jellemzi. A víz biokémiai oxigénigénye j g g y (BOI) 50−100 mg/l fölötti lehet. Élővilága egyhangú, főleg baktériumok, állati egysejtűek jellemzik, nagy mennyiségben találhatók (csíraszám 150 000 fölötti milliliterenként). A bomlásból még nem szabadulnak föl növényi tápanyagok, az autotrófia teljes hiánya is gyakori. Az alfa-mezoszaprobikus zóna vizében a fehérjék bomlástermékeként még sok aminosav. A víz már tartalmaz oxigént, a szaporodni kezdő algák fotoszintézise miatt. Az oxigéntartalomnak éles napi ritmusa van, a maximum ~ 50%. A BOI 10−20 mg/l. Az üledékfelszín oxidált, a víz kén-hidrogént nem tartalmaz. Az élővilág változatosabb, a csíraszám már 100 000 alá csökken. Az allo- és autoszaprobitás közel azonos szerepet játszik, a lebomlás igen élénk, de még nem teljes, és részben anaerobikusan történik.
A biológiai vízminőség – szaprobitás
A béta-mezoszaprobikus zónában az oxidálódás és ásványosodás tovább folytatódik. Az oxigéntartalom már jóval felülmúlja az 50%-os telítettséget, de még határozott napi ritmusa van. Itt már változatos flóra és fauna alakul ki. Legtöbb természetes vizünk ide tartozik, és a lebontás már csak aerobikus úton folyik. Az oligoszaprobikus zónában teljes az oxidáció, az ásványosodás. Az üledék oxidálódott, a víz átlátszó, az oxigéntartalomnak nincs napi ritmusa. A vizet a tiszta vizekre jellemző természetes élővilág népesíti be. Ez a víztípus hazánkban nagyon ritka.
A bevezetés helye Bokodi Kígyós
A vizsgált szakasz biológiai állapota - a vízfolyás válasza - mikroszkópon át
S-index: 2,7 a-b mezoszapróbikus Kis vízfolyásnak adott időszakban megfelelő (algák)
A vizsgált szakasz biológiai állapota - a vízfolyás válasza
S-index: 2,7 a-b mezoszapróbikus
S-index: 4,4 euszapróbikus Szennyvíz (csak baktérium sejtek, pelyhek és fonalak)
A vizsgált szakasz biológiai állapota - a vízfolyás válasza
S-index: 2,7 a-b mezoszapróbikus
S-index: 4,4 euszapróbikus
S-index: 4,0 poliszapróbikus Szennyvíz terhelést mutató baktériumok mellett csillósok és ostoros állati egysejtűek
A vizsgált szakasz biológiai állapota - a vízfolyás válasza
S-index: 2,7 a-b mezoszapróbikus
S-index: 4,4 euszapróbikus
S-index: 4,0 poliszapróbikus
S-index:3,7 hasonlóan poliszapróbikus Szennyvíz terhelést mutató baktériumok mellett több csillós és ostoros állati egysejtű, megjelennek az algák
Toxicitás
Toxikológia: „méregtan”, a mérgezések, mérgek tudománya Toxicitás: a víz mérgezőképessége, amit a mérgek okoznak. A mérgek eredete: exogén, endogén Méreg fogalma: fizikai, kémiai, biokémiai úton ható anyagok, amelyek minőség, mennyiség, vagy töménység szempontjából test, vagy szervidegenek, ezért az élő szervezetben működési zavarokat okoznak, vagy halált idéznek elő. Relatív fogalom, minden kémiai anyag okozhat zavart. Méreg hatása: mérgezés, függ: töménységtől hatás időtartamától lehet: reverzibilis írreverzibilis helyileg: lokális (közvetlenül a szervre, testrészre hat) felszívódó
hatásmechanizmus szerint: azonnal ható (heveny, akut) hosszantartó (krónikus) felhalmozódó hatásuk: vizi élőlényekre vizet használókra természetes tisztulást gátolják Eredetük szerint: természetes eredetűek szennyezéssel bekerültek Kimutatásuk: biokémiai eljárással biológiai teszttel (kevésbé specifikus, de érzékeny) Biológiai teszt: élőlényállomány, élőlény élettani reakciói segítségével jut számszerű adatokhoz valamely környezeti tényező hatékonyságáról. Célszerű többféle, egymástól eltérő rendszertani helyű szervezettel végezni (különböző érzékenység)
Tesztszervezetek: mikroorganizmusok (baktériumok, algák, gombák, virágos növények, csíranövények), állatok (egysejtűek, gyűrűsférgek, puhatestűek, alacsonyabbrendű rákok, lárvák, kétéltűek, halak) Fontos a tesztállomány származása Érzékenység tesztelése – minőségbiztosítás! Az érzékenység eltérő lehet egyes fejlődési stádiumokban, évszakokban, hím, v. nőstény egyednél, vedlőknél stb. Teszt időtartama szerint: rövid lejáratú(6-96 ó) hosszantaró (25-200 nap, folyamatos) Helye szerint: laboratóriumi élő környezetben Tesztek eredménye: élőlény viselkedésének, elváltozásainak megfigyelése, küszöbérték, határkoncentráció megállapítása
Toxikológiai mutatószám: halálos adag (LD) – súlyban adja meg a halálos mennyiséget, az állat testsúlyegységére vonatkoztatva Víztoxikológiában: LC – nem tudjuk a szervezetbe kerülő méreg mennyiségét, a vízben lévő koncentrációt jelzik. LC 100 – minden állat elpusztul (hatékony konc: EC) LC50 – félhalálos dózis (TLm24) Meghatározása grafikusan: a válaszok értékét ábrázoljuk a hatások mennyiségére (logaritmusos papíron - lineáris tengely: válaszok értékei %, logaritmusos tengely: hatások értékei Az ártalmatlan koncentráció és a teljes gátlás között, a pontokat összekötve, az 50 %-nál: TLm
Toxikológiai határértékek grafikus meghatározása
