Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

3.3. Результаты биотестирования

Результаты биотестирования проб воды по створам ливневых сточных вод. В исследованных на биотестирование пробах воды получены данные по оптической плотности суспензии водоросли до и после культивирования. Прирост водоросли Chlorella vulgaris в пробах воды определялся как отношение оптической плотности суспензии водоросли после культивирования к оптической плотности суспензии водоросли до культивирования.

.

Рис.3.2. Динамика прироста водоросли Chlorella vulgaris в пробах воды ливневой канализации №2

Динамика прироста суспензии водоросли в пробах ливневых сточных вод по датам отбора проб приведены на рис.3.2 для створа № 2.

По результатам анализа динамики прироста суспензии водоросли по створам ливневых сточных вод предельные значения за период наблюдения 2003-2006гг. представлены в данных табл.3.4.

Наибольшие значения прироста суспензии водоросли отмечены в пробах воды створов № 1 и № 6 ливневой канализации (самая чистая проба), наименьшее значение прироста суспензии водоросли в пробах воды створа № 3 (самая грязная проба).

Предельные значения прироста суспензии водоросли по створам ливневой канализации за 2003-2006 гг. уменьшаются, следовательно, загрязненность ливневых сточных вод со временем увеличивается.

Таблица 3.4.

Предельные значения прироста водоросли Chlorella vulgaris по створам ливневой канализации за 2003-2006 гг.

створы

 

год

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

№ 6

мах

min

мах

min

мах

min

мах

min

мах

min

мах

min

2003

3,20

1,20

5,86

1,75

4,73

3,81

6,02

1,31

0,74

0,43

5,60

5,17

2004

7,00

1,67

4,20

1,50

7,00

0,91

7,29

1,14

5,71

2,43

13,67

1,55

2005

8,60

5,43

7,33

1,40

2,64

1,95

3,07

1,95

2,03

1,26

3,25

1,91

2006

3,62

1,20

2,24

0,71

2,50

0,22

2,62

0,40

2,45

0,88

1,54

0,46

Результаты биотестирования проб воды по створам сточных вод канализации. Прирост водоросли Chlorella vulgaris в пробах воды точечного источника загрязнения поверхностных вод определялся аналогично как для створов ливневой канализации.

Динамика изменения прироста суспензии водоросли в пробах воды, взятых в створах сточных вод канализации (точечный источник загрязнения) по дням отбора приведена в табл.3.5 и на рис.3.3.

В результате биотестирования проб воды были получены данные, по которым построены диаграммы изменения относительного прироста суспензии водоросли по точечному источнику загрязнения, рис. 3.3.

.

Рис.3.3. Динамика изменения прироста суспензии водоросли по створам сточных вод канализации

Динамика относительного прироста водорослей по всем створам описывается устойчивым законом экспоненциального роста, что позволяет делать вывод о медленном снижении концентрации загрязняющих веществ в речной воде. Конструирование статистической модели проводится по заданным числовым данным по переменной x (время с начала опыта) и показателю ŷ (относительный прирост). График зависимости прироста суспензии водоросли в створе №1, пробы 1.1 по дням отбора проб воды представлен на рис.3.4, изменение прироста суспензии водоросли происходит по статистической формуле (3.3).

               (3.3)

Таблица 3.5.

Относительный прирост суспензии водоросли по створам очистные сооружения канализации

Прирост водорослей по створам (среднее) D/Do

Время,

сутки

№1 створ (до слива)

№2 створ (на сливе)

№3 створ (после слива)

1

1,12

1,50

2,03

7

4,37

0,98

2,72

15

0,29

0,66

1,48

21

1,52

1,28

1,10

36

2,92

2,03

1,33

49

3,79

2,32

2,35

85

2,27

1,58

1,39

189

0,62

0,84

0,81

198

0,85

0,89

0,84

228

0,60

1,57

1,56

236

2,11

3,23

2,16

312

1,77

1,45

1,00

317

1,44

1,29

1,16

324

1,12

1,08

1,05

332

1,06

1,23

1,24

339

1,17

1,03

1,05

345

1,91

1,24

1,85

606

2,66

3,31

2,26

619

2,59

1,83

2,07

626

5,15

4,06

6,20

664

2,69

2,72

3,69

689

3,76

1,95

3,02

698

3,29

2,04

3,31

705

2,79

2,02

2,75

733

3,04

2,96

2,13

786

1,13

0,48

0,57

 .

Рис.3.4. График зависимости изменения прироста водорослей в створе №1, проба 1.1. по дням отбора

Из данных табл. 3.6 видно, что действует только первая составляющая n1 уравнения (3.3), которая характеризует естественное изменение состояния речного потока.

Значительный скачок волновой составляющей n2 зафиксирован осенью 2003 года, амплитуда колебательного возмущения получила максимальное значение, в дальнейшем происходит спад.

Таблица 3.6.

Изменение прироста водоросли в пробах 1.1 створа № 1 по дням отбора

Время с начала опытов, сутки

Прирост суспензии водоросли, эксперимент

Расчетный прирост суспензии водоросли

Остаток

Относит.

погрешность.

Составляющие модели

n1

n2

1

1,31

0,30

1,01

77,46

1,15

0,86

21

1,40

1,65

-0,25

-17,87

1,16

-0,49

36

3,14

2,34

0,80

25,53

1,17

-1,17

49

2,72

2,59

0,13

4,84

1,17

-1,41

85

2,89

1,73

1,16

40,24

1,20

-0,52

189

0,66

1,79

-1,13

-170,47

1,33

-0,46

198

0,85

1,76

-0,91

-106,70

1,34

-0,41

228

0,56

1,21

-0,65

-115,77

1,39

0,19

236

1

1,12

-0,12

-12,48

1,41

0,28

312

1,26

1,45

-0,19

-14,89

1,56

0,12

317

1,18

1,42

-0,24

-20,70

1,58

0,15

324

1,19

1,45

-0,26

-21,74

1,59

0,14

332

1,4

1,55

-0,15

-10,64

1,61

0,06

339

1,18

1,66

-0,48

-40,95

1,63

-0,03

345

1,86

1,74

0,12

6,23

1,65

-0,10

606

2,78

2,66

0,12

4,42

2,67

0,01

619

2,93

2,75

0,18

5,98

2,74

-0,01

626

4,29

2,80

1,49

34,84

2,78

-0,01

664

3,47

3,02

0,45

12,96

3,02

0,00

689

3,67

3,20

0,47

12,83

3,20

-0,00

698

3,11

3,26

-0,15

-4,78

3,26

0,00

705

2,26

3,31

-1,05

-46,36

3,31

0,01

733

4,15

3,54

0,61

14,74

3,53

-0,00

786

2,88

4,00

-1,12

-39,00

4,01

0,00

Анализ адекватности представленной модели выполняется сравнением фактического и табличного (критического) F –критерия Фишера. При уровне значимости q =0,05 F-критерий Фишера табличное составляет 1,98 F-критерий Фишера расчетное равно 0,9956, из этого следует, что уравнение (3.3) адекватно описывает результаты эксперимента, ряды считаются однородными.

Значения относительного прироста суспензии водоросли по всем пробам воды, взятых в створе №1 (сточных вод канализации) в р. М. Кокшага показаны виде совокупности точек рис.3.6. Графики зависимости динамики относительного прироста суспензии водоросли с начала проведения опытов рис.3.5;3.6а;3.5б.

После параметрической идентификации была получена биотехническая закономерность (рис. 3.5) вида

.                  (3.4)

.

Рис. 3.5. Динамика относительного прироста водорослей в створе № 1 реки Малая Кокшага по уравнению (3.4)

Разброс наблюдений относительно среднестатистической линии (тренда) регрессии значителен. На рис.3.5 и далее в правом верхнем углу приведены показатели:   – сумма квадратов отклонений;  – коэффициент корреляции.

После удаления резко отклоняющихся точек была получена модифицированная зависимость (рис.3.6а) для характеристики динамики относительного прироста количества водорослей в пробах речной воды в виде формулы (3.5а).

Изменение прироста суспензии водоросли (по средним значениям) для створа № 1 до сброса сточных вод канализации (точечного источника загрязнения) описывается по статистической формуле (3.5а), расчетные параметры приведены в табл.3.7:

.    (3.5а)

Коэффициент корреляции выбранной модели с экспериментальными данными составляет r=0,847 стандартное отклонение s=0,546 при уровне значимости q=0,05 при числе степеней свободы n=16 F-критерий Фишера расчетное 1,294, F-критерий Фишера табличное 2,31. Следует, что уравнение адекватно описывает результаты эксперимента.

.

Рис. 3.6. Рой точек относительного прироста суспензии водорослей для створа № 1

.

Рис. 3.6а. График зависимости изменения прироста суспензии водоросли для створа №1

Таблица 3.7

Зависимость изменения прироста суспензии водоросли в пробах воды створа №1 до сброса сточных вод канализации по времени

Время с начала опытов, сутки

Прирост суспензии водоросли эксперимент.

Прирост суспензии водоросли расчетный

е, остаток

Относительная погрешность.

Δ, %

Доверительная вероятность

1 (30.09.03)

1,1224

0,9975

0,1248

11,12

88,88

21

1,5204

1,0063

0,5141

33,82

66,18

198

0,8478

1,2148

-0,3669

-43,28

56,72

236

2,1111

1,2824

0,8287

39,25

60,75

312

1,7740

1,4438

0,3302

18,61

81,39

317

1,4440

1,4557

-0,0117

-0,81

99,19

324

1,1172

1,4727

-0,3555

-31,82

68,18

332

1,0633

1,4925

-0,4292

-40,36

59,64

339

1,1662

1,5103

-0,3440

-29,50

70,50

345

1,9130

1,5257

0,3873

20,25

79,75

606

2,6572

2,5197

0,1375

5,17

94,83

619

2,5862

2,5903

-0,0040

-0,16

99,84

664

2,6889

2,8550

-0,1661

-6,18

93,82

689

3,7630

3,0170

0,7460

19,82

80,18

698

3,2870

3,0781

0,2090

6,36

93,64

705

2,7906

3,1267

-0,3361

-12,04

87,96

733

3,0396

3,3308

-0,2912

-9,58

90,42

Относительный прирост суспензии водорослей в пробах воды, взятых в створе №1 (сточные воды канализации), за период наблюдения изменяется в пределах от 0,80-3,76.

Наибольший прирост суспензии водорослей наблюдался в 2005 году. Модель характеризует естественное изменение состояния речного потока.

Сравнение совокупности точек относительного прироста водоросли на рис. 3.6 и рис. 3.6а показывает, что залповые сбросы ливневых стоков в 2005 г. дают разброс, какой наблюдался в 2003 г. Поэтому нужно усиливать внимание к залповым загрязнениям речной воды, например, от ливневой канализации.

Если бы ливневые стоки были чистыми, то закономерность (3.5а) превратилась бы, после исключения резко отклоняющихся точек (рис. 3.6б), в формулу

                       (3.5б)

с коэффициентом корреляции 0,938.

Высокая адекватность модели (рис. 3.6б) показывает, что до загрязнения реки канализационными стоками загрязнителем являются ливневые воды.

.

Рис.3.6б. Динамика относительного прироста водорослей в створе № 1 реки Малая Кокшага по уравнению (3.6б)

Поэтому рекомендуется регулярно очищать город от мусора, попадающего после сильных дождей в ливневую канализацию.

Непосредственно в створе сброса канализационных вод численность тест-объекта изменяется (рис. 3.7) по формуле закона относительного экспоненциального роста

.                (3.6)

Разброс точек во времени одинаков, то есть ситуация со сбросом канализационных вод за три сезона мало изменилась.

Резко отклоняющиеся точки показывают, что предприятия, как и до принятия экологических наставлений, выполняют залповые задержки и сбросы сточных вод через городскую канализацию.

На это указывает увеличение коэффициента корреляции с 0,375 на створе № 1 до 0,572 на створе № 2.

Хотя, в целом, качество речной воды улучшается, но слежение за залповыми сливами остается главной задачей городской санитарно-эпидемиологической службы.

.

Рис. 3.7. Динамика относительного прироста водорослей в створе № 2 реки Малая Кокшага по уравнению (3.7)

Расчет статистических данных по изменению прироста суспензии водоросли в пробах воды створа №2 по (3.7) представлен табл. 3.8.

Наибольший прирост суспензии водоросли наблюдается 2005г и составляет 4,06 (7.06.2005г).

Ниже очистных сооружений (створ №3) относительный прирост водорослей в пробах речной воды изменяется (рис. 3.8) по формуле

.                      (3.7)

Таблица 3.8

Зависимость изменения прироста суспензии водоросли в пробах воды створа №2 в точке сброса сточных вод канализации по времени

Время с начала опытов, сутки

Прирост суспензии водоросли экспериментальный.

Прирост суспензии водоросли расчетный.

остаток

Относит. погрешность

1 (30.09.03)

1,50

1,33

0,17

11,34

7 (6.10.03)

0,98

1,33

-0,34

-35,00

21

1,28

1,33

-0,05

-4,11

36

2,03

1,34

0,69

34,04

49

2,32

1,34

0,98

42,22

85

1,58

1,36

0,22

13,69

189

0,84

1,46

-0,61

-72,89

198

0,89

1,47

-0,58

-65,22

228

1,57

1,50

0,06

3,97

236

3,23

1,51

1,71

3,04

312

1,45

1,62

-0,18

-12,16

317

1,29

1,63

-0,34

-26,79

324

1,08

1,64

-0,56

-51,80

332

1,23

1,66

-0,43

-34,55

339

1,03

1,67

-0,64

-62,02

345

1,24

1,68

-0,44

-35,25

606

3,31

2,30

1,02

30,69

619

1,83

2,34

-0,51

-28,03

626

4,06

2,36

1,70

41,80

664

2,72

2,49

0,22

8,26

689

1,95

2,58

-0,64

-32,72

698

2,04

2,62

-0,57

-28,17

705

2,02

2,64

-0,62

-30,82

733

2,96

2,76

0,21

6,96

           

.

Рис.3.8. Динамика относительного прироста водорослей в створе № 3 реки Малая Кокшага по уравнению (3.8)

На рис. 3.8 видны отклоняющиеся точки. Они показывают залповые задержки (верхняя точка) и залповые сбросы (нижняя точка) в реку от городских очистных сооружений.

Без резко отклоняющихся двух точек получится уравнение (рис. 3.8а) биотехнической закономерности вида общеизвестного закона экспоненциального роста

                    (3.7а)

по которому происходит улучшение качества воды (хуже в 2004 г.).

.

Рис. 3.8а. Динамика относительного прироста водорослей в створе № 3 реки Малая Кокшага по уравнению (3.4а)

Изменение прироста суспензии водоросли в пробах воды створа № 3 после сброса сточных вод канализации описывается (рис.3.8), уравнением: (3.8а)

Расчет статистических данных по изменению прироста суспензии водоросли в пробах воды створа №3 сточных вод канализации по статистической формуле (3.7а) представлен в данных табл.3.9.

В результате проведенного моделирования динамика изменения прироста суспензии водорослей в пробах воды по створам сточных вод канализации характеризует естественное улучшение качественного состояния речного потока двояко: во-первых, еще до слива канализационных стоков (створ №1) среда обитания для водорослей улучшается; во-вторых, слежение за качеством речной воды за три года позволил существенно снизить разброс данных.

Разброс точек по всем трем годам одинаков, то есть ситуация со сбросом канализационных вод мало изменилась за три года. Резко отклоняющиеся точки показывают, что предприятия, осуществляют залповые сбросы сточных вод через городскую канализацию.

Таблица 3.9

Статистические данные по изменению относительного прироста суспензии водоросли для створа №3 (после сброса сточных вод канализации)

Время с начала опытов, сутки

Прирост суспензии водоросли экспериментальный.

Прирост суспензии водоросли расчетный

остаток

Относит.

погрешность

1

2,03

1,47

0,56

27,44

7

2,72

1,47

1,25

45,81

15

1,48

1,48

-0,00

-0,07

21

1,10

1,48

-0,37

-33,92

36

1,33

1,49

-0,15

-11,49

49

2,35

1,49

0,85

36,36

85

1,39

1,52

-0,13

-8,98

198

0,84

1,63

-0,79

-93,40

228

1,56

1,67

-0,11

-6,97

236

2,16

1,68

0,49

22,48

312

1,00

1,78

-0,78

-78,30

317

1,16

1,79

-0,63

-53,86

324

1,05

1,80

-0,75

-71,75

332

1,24

1,81

-0,58

-46,79

339

1,05

1,83

-0,77

-73,38

345

1,85

1,84

0,02

0,86

606

2,26

2,39

-0,13

-5,62

619

2,07

2,42

-0,35

-16,80

626

6,02

2,44

3,58

59,46

664

3,69

2,55

1,15

31,02

689

3,02

2,62

0,39

13,05

698

3,31

2,65

0,66

19,93

705

2,75

2,67

0,07

2,68

733

2,13

2,76

-0,63

-29,45

.

Рис.3.9 График изменения прироста водорослей для створа №3 после сброса сточных вод канализации от ИЗВ

Графики зависимости относительного прироста суспензии водорослей по данным створа № 3 (сточных вод канализации) от гидрохимических показателей качества воды по ИЗВ и БПК у реки Малая Кокшага за рассматриваемый период времени (2003-2006 гг.) представлены на рис. 3.9 и рис. 3.10 и они описываются зависимостями (3.8а, 3.8б) показательного роста в виде уравнения

 

.                     (3.8а)

Между показателями прироста суспензии водоросли в створе №3 сточных вод канализации и индексом загрязнения вод (ИЗВ) существует рис.3.9 зависимость (3.8а).

.                    (3.8б)

.

Рис.3.10. График зависимости изменения прироста водорослей от БПК

Между относительным приростом суспензии водоросли в створе №3 сточных вод канализации и БПК существует пропорциональная зависимость (3.8б), с увеличением содержания БПК относительный прирост суспензии водоросли уменьшается.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074