Сарқынды суларды іске асырудың ғылыми негіздерін әзірлеу үшін оң жағалаудағы Сорбұлақ каналы жинақтағыштарының экологиялық жағдайын бағалау

Жоба жетекшісі: Крупа Елена Григорьевна

Іске асыру мерзімі: 2020 – 2022 жж.

Өзектілігі:

Климаттық және әлеуметтік-экономикалық себептерге байланысты бүкіл әлемде қайта пайдаланылатын ағынды сулардың көлемі артып келеді. Ағынды суларды қайталама пайдалануды енгізу халықтың өсуіне, баламалы энергия көздерін іздеу қажеттілігіне, климаттың өзгеруіне, су көздерінің жаһандық ластануына, соның ішінде тұздануға, тұщы ауыз су тапшылығының өсуіне, қол жетімді судың жалпы қорындағы ағынды сулардың үлесінің артуына және т. б.

Ағынды суларды пайдалану тәжірибесі қазірдің өзінде кең таралған, әсіресе халқы көп дамушы елдерде және құрғақ аймақтарда. Алайда, ағынды суларды қайталама пайдалану адам денсаулығы мен қоршаған ортаға қауіп төндіреді, сондықтан оларды қауіпсіз жою үшін ғылыми негіздеме қажет. Сарқынды суларды іске асыру проблемалары климаттық тұрғыдан су ресурстарының тапшылығы бар Қазақстанға да толық көлемде жатады. Тек республикада ғана емес, сонымен қатар әлемде техникалық мақсаттағы ең ірі жасанды су айдындарының бірі Алматы қаласы мен облыстың (Сорбұлақ және Сорбұлақ каналының оң жағалауындағы тоғандар – ПСК) сарқынды суларының жинақтаушылары болып табылады. Олар тұщы, бірақ таза емес судың үлкен қорын жинайды, оны экономикалық мақсатта пайдалануға болады. Ағынды суларды қауіпсіз пайдаланудың алғашқы қадамы-дискілердің экологиялық жағдайы туралы объективті ақпарат алу. Мұндай ақпаратты ағынды сулардың көп компонентті құрамына және химиялық қосылыстардың (синергетикалық, бейтарап немесе антагонистік) өзара әрекеттесу жылдамдығы мен сипатына әсер ететін физикалық жағдайлардың әртүрлілігіне байланысты тек химиялық әдістер негізінде алу мүмкін емес. Нәтижесінде ластаушы заттардың құрамы туралы мәліметтер ағынды суларды қайта пайдалану мүмкіндігі мен тәуекелдерін толық бағалауға, сондай-ақ оларды жоюдың ең қауіпсіз әдісін анықтауға мүмкіндік бермейді. Сондықтан Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің қаржылық қолдауымен Зоология институты ШЖҚ РМК-ның жетекші ғылыми қызметкерлері химиялық және индикаторлық биологиялық көрсеткіштерді (фитопланктон, зоопланктон, энтомофауна, орнитофауна) талдауға негізделген “сарқынды суларды іске асырудың ғылыми негіздерін әзірлеу үшін оң жағалауындағы Сорбұлақ каналы жүйесі жинақтағыштарының экологиялық жай-күйін бағалау” атты жобаны іске асыруда. Ұсынылып отырған кешенді тәсіл су объектілерінің көп компонентті ластануы жағдайында олардың экологиялық жай-күйін бағалаудың қолданыстағы критерийлерін жетілдіруге, судың сапасын және су экожүйелерінің абиотикалық және биотикалық компоненттерінде (Сорбұлақ және ПСК тоғандары) ластаушы заттардың жинақталу деңгейін бағалауға мүмкіндік береді. Трофикалық пирамиданың әртүрлі деңгейлерінде орналасқан су және су маңындағы қауымдастықтардың (фитопланктон, зоопланктон, энтомофауна, орнитофауна) құрылымы бойынша деректерді талдау олардың күрделі көп компонентті ластануы жағдайында су экожүйелерінде болып жатқан процестерді тереңірек түсінуге ықпал етеді. Суды табиғи биологиялық тазартудың ағымдағы жай-күйі мен тиімділігін объективті бағалаудың практикалық маңызы бар, өйткені ол Сорбұлақ каналының оң жағалауы жүйесінің жинақтауыштарының сарқынды суларын қайта пайдалану мүмкіндіктері мен тәуекелдерін ғылыми негіздеуге мүмкіндік береді. Микробалдырлардағы ластаушы заттардың жалпы қорлары мен жинақталу деңгейін анықтау оларды одан әрі қауіпсіз қайта өңдеу мүмкіндігін ағынды суларды кәдеге жарату және бір мезгілде толық тазарту тәсілдерінің бірі ретінде бағалауға мүмкіндік береді.

Жобаның мақсаты:

Ластаушы заттардың көп компонентті құрамы бар су айдындарының экологиялық жай-күйін бағалау критерийлерін жетілдіру; өңірдің су ресурстарын ұтымды пайдалану үшін Сорбұлақ каналының оң жағалауы жүйесінің жинақтауыштарының сарқынды суларын іске асырудың ғылыми негіздерін әзірлеу

Жобаның міндеттері:

  1. Ағынды суларды қайта пайдаланудың әлемдік тәжірибесін талдау.
  2. Сорбұлақ су қоймасын гидрохимиялық және биологиялық сипаттау.
  3. ПСК тоғандарының гидрохимиялық және биологиялық сипаттамалары.
  4. Сорбұлақ су қоймасы мен ПСК тоғандарындағы суды табиғи тазарту тиімділігін бағалау.
  5. Техникалық су айдындарының көп компонентті ластануы жағдайында олардың экологиялық жай-күйін бағалау критерийлерін әзірлеу
  6. ПСК жинақтауыштарының экологиялық жай-күйін кешенді бағалау және сарқынды сулар, органикалық шикізат қорларын қайта пайдаланудың ғылыми негіздерін әзірлеу.

Күтілетін нәтижелер:

Кешенді көп компонентті ластану жағдайында су және су маңы фаунасының қалыптасу заңдылықтары, су экожүйелерінің әртүрлі абиотикалық және биологиялық компоненттерінде ластаушы заттардың жинақталуы, табиғи өзін-өзі тазартудың тиімділігі, Сорбұлақ су қоймасы мен жинақтаушы тоғандардың қайталама ластану қаупі туралы жаңа іргелі білім беру. Алынған нәтижелер негізінде келіп түсетін ластаушы заттардың көп компонентті құрамымен сипатталатын техникалық мақсаттағы су айдындарының су сапасын бағалау критерийлері ұсынылатын болады; сарқынды су жинақтағыштардың экологиялық жай-күйіне объективті баға беріледі; Сорбұлақ және ПСК жинақтауыштарының органикалық шикізат және сарқынды су қорларын пайдалану мүмкіндіктеріне/тәуекелдеріне ғылыми негізделген баға беріледі. Алынған нәтижелер әлеуметтік мәселелерді шешуге (халықты қауіпсіз сумен қамтамасыз ету, жаңа жұмыс орындарын құру) бағытталған “жасыл” технологияларды әзірлеуге негіз бола алады. Биогендік элементтер мен органикалық заттардың жинақтауыштарында жоғары мазмұн жағдайында қарқынды өндірілетін тегін органикалық шикізат қорларын бағалау мүдделі тараптардың назарын оны одан әрі пайдалануға және экономикалық пайда алуына аударуға бағытталған. Нәтижелер рецензияланған Web of Science және SCOPUS журналдарында жарияланады.

Аралық нәтижелер:

Ағынды суларды қайта пайдаланудың әлемдік тәжірибесіне талдау жасалды. Әлемдік тәжірибені талдау ағынды суларды қайта пайдалану мүмкіндіктері мен тәуекелдері олардың көп компонентті құрамына байланысты екенін көрсетті. Ағынды суларды ауыз сумен қамтамасыз ету, жер асты суларын толықтыру, гидропоника, суару, аквамәдениет өндірісі, балық тағамдары үшін пайдалануға болады. Ағынды суларда өсірілген балдырлар сұйық тыңайтқыштар, жаңартылатын энергия көзі ретінде биодизель, глицерин және биогаз өндіруге арналған шикізат болып табылады. Ағынды суларды қайта пайдалану қаупі патогендік микроорганизмдердің, канцерогендік, мутагендік және генотоксикалық қосылыстардың (ауыр металл тұздары, пестицидтер мен мұнай өнімдері) жоғары болуына байланысты. Ластанған суды немесе ағынды суларда өсірілген тағамды тұтыну жұқпалы, тері, тыныс алу және онкологиялық аурулардың, әйелдердің түсік түсіруінің, эндокриндік бұзылулардың және метаболикалық бұзылулардың себебі болуы мүмкін. Ағынды суларды пайдалану қаупінің төмендеуі оларды тазарту тиімділігіне байланысты. Оның кезеңдеріне механикалық, физика-химиялық, химиялық және биологиялық тазарту жатады. Тазарту әдістері ағынды сулардың құрамына байланысты, олардың жоғары құнына байланысты. Табиғи сорбенттерді (туфтар, бентонит саздары, цеолиттер) биологиялық әдістермен (микробалдырлармен, макрофиттермен, ағаш өсімдіктерімен сіңіру) пайдалану шығындарды азайтуға және көптеген жағдайларда тазарту тиімділігі мен оның қоршаған ортаға қауіпсіздігін арттыруға мүмкіндік береді.

Алғаш рет ластаушы заттардың маусымдық динамикасы, фитопланктон, зоопланктон құрылымы, супралиторальды энтомофауна мен орнитофаунаның түр байлығы туралы мәліметтер алынды. Сақтау суында органикалық заттардың, азот пен фосфор қосылыстарының көбеюі көрсетілген. Төмен концентрацияда Cd, Cr, Pb, Co, Cu мазмұны ШРК-дан жоғары болды (0,002-0,0188 мг/дм3). Фитопланктон 640,7-ден 79210,0 млн.кла/м3-ке дейінгі және биомассасы 428,9-11046,0 мг/м3 болатын 60 түрмен (Сорбұлақта 42 түрі және ПСК-да 35 түрі) ұсынылды. Цианобактериялар мен жасыл балдырлар басым болды. Зоопланктон 62 түрмен ұсынылған (Сорбұлақта 35 және ПСК-да 54). Зоопланктонның саны 92430-1483117 дана/м3, биомассасы 6158,3-20349,9 мг/м3 болды. Шаян тәрізділер басым болды. ПСК тоғандарындағы фитопланктон мен зоопланктонның сандық көрсеткіштері Сорбұлаққа қарағанда жоғары болды. Жағалаудағы сақтау аймағында негізінен аралдарда ұя салатын құстардың 140 түрі тіркелген. Жәндіктердің супралиторальды фаунасы 75 түрмен ұсынылды, сапрофагтар мен копрофагтардың түрлеріне бай. Алынған аралық нәтижелер жинақтағыштардың экологиялық жай-күйін бағалау және ағынды суларды іске асырудың ғылыми негіздерін әзірлеу үшін пайдаланылатын болады.

Қорытынды нәтижелер:

Жоба нәтижесінде гидрофизикалық (температура, рН, тереңдік, мөлдірлік, оттегінің мөлшері, шөгінділердің түрі), гидрохимиялық (иондық құрамы, минералдануы, нитриттердің, нитраттардың, фосфаттардың, оңай тотығатын Органикалық заттардың, Fe, Si, Mn), токсикологиялық (ауыр металдардың құрамы CD, Co, Cr, Cu, Pb, Zn суда, түбіндегі шөгінділерде, макрофиттерде, планктондық организмдерде, қабықта, бұйра пеликан мен көл шағаласының балапандары мен ересектерінің қауырсын жамылғысында) және гидробиологиялық зерттеулерде (түр құрамы, көптігі, биомассасы, фитопланктон мен зоопланктонның басым топтарының/бөлімдерінің/түрлерінің құрамы) индикаторлық көрсеткіштердің тізбесі ұсынылды және ластану сипаты аралас су айдындарындағы судың сапасын бағалау үшін оларды пайдалану критерийлері әзірленді. Алғаш рет жинақтауыштардағы суды кіретін ластанудан тазарту тиімділігіне баға берілді;  алғаш рет А) химиялық және токсикологиялық талдау нәтижелерін шркк-мен салыстыру, б) түбіндегі шөгінділер мен биологиялық үлгілерде ауыр металдардың жиналуын бағалау, в) химиялық, токсикологиялық және биологиялық талдау нәтижелерін “ауыр металдар” бөліміндегі су сапасының өңірлік шкалаларын қоса алғанда, жіктеу шкалаларымен салыстыру және т. б. негізінде ШРК жинақтаушыларының экологиялық жай-күйіне кешенді бағалау жүргізілді. “Зоопланктон”, г) абиотикалық және биотикалық көрсеткіштер арасындағы байланысты көп өлшемді статистикалық талдау, д) биологиялық қауымдастықтардың құрылымын сипаттау (биоиндикация).

Азот қосылыстарының, фосфордың, оңай тотығатын Органикалық заттардың құрамына сәйкес, су қоймалары лас немесе өте лас деп бағаланды. 2021 жылдың сәуірінен қыркүйегіне дейін Cu және CR мазмұны, кейбір жағдайларда Zn (PSK 7) дискілердің қатты ластану деңгейін сипаттады. CD, Pb, Co мазмұны өте таза су деңгейінде болды. 2021 жылдан бастап 2022 жылға қарай су қоймаларының органикалық ластануы өсті, ал ауыр металдардың мөлшері, керісінше, анықтау шегінен төмен деңгейге дейін төмендеді. Zn және Cr шөгінділерінің ластануы жоғарылаған, Co – орташа. Құстардың қауырсындарындағы Pb құрамының жоғарылауы қоршаған құрлық аумағының қорғасынмен ластануын көрсетті (қорғасын атуы мүмкін), ағынды суларда оның мөлшері аз. Жалпы биологиялық қауымдастықтардың құрылымы химиялық мәліметтерден алынған тұжырымдарды растады. Зоопланктондық қауымдастықтар құрамындағы ұсқынсыз шаян тәрізділердің тұрақты тіркелуі, дегенмен, табиғатын анықтау әрдайым мүмкін емес улы мутагенді сақтау ластануын көрсетті. Жәндіктердің супралиторальды фаунасындағы сапрофагтар мен копрофагтардың жоғары үлесі жағалаудағы сақтау аймағының органикалық заттармен қанықтылығын көрсетті. Нәтижелер су объектілерінің экологиялық жағдайын, әсіресе аралас ластану жағдайында бағалау үшін биологиялық деректерді тартудың шұғыл қажеттілігін көрсетеді.

Жинақтаушы экожүйелердің абиотикалық және биотикалық компоненттерінің кіретін ағынды суларды құрамындағы ластаушы заттардан тазартудағы рөлі қарастырылған. Су бағанын тазарту қолайлы физика-химиялық жағдайларға (минералдану, РН, терең теңіз Сорбұлақ стратификациясы), түбіндегі шөгінділер мен биологиялық үлгілерде ауыр металдардың жиналуына байланысты жүреді. Төменгі шөгінділер суды Co және Pb – ден тазартуда белсенді рөл атқарады; тірі организмдер негізінен Zn жинайды.

Биогендік элементтердің тұрақты ағыны жағдайында PSC жинақтағыштары бастапқы органикалық заттарды өндіретін табиғи зауыттар болып табылады, олардың мөлшері негізінен фитопланктон биомассасы арқылы көрінеді. Планктоникалық балдырлардың биомассасының қалдық қоры, жинақтағыштардың батиметриясын ескере отырып, 6439,1 тоннаға бағаланады. Олар вегетациялық кезеңде үздіксіз толтырылады және оларды органикалық тыңайтқыштар мен биодизель жасау үшін пайдалануға болады.

Жобаның нәтижелері КҚК жинақтауыштарындағы сарқынды суларды және органикалық шикізат қорларын қайталама пайдалану бойынша ғылыми негізделген әдістемелік ұсынымдардың негізіне айналды. Дәнді дақылдарды суару, үй жануарларын суару, балық аулау және сату үшін жинақтағыш суды қайталама пайдалану биологиялық үлгілер мен суармалы жерлерді тұрақты токсикологиялық, паразитологиялық және санитарлық-гигиеналық бақылау кезінде ғана жүзеге асырылуы тиіс.

Жоба бойынша төрт мақала және бір монография жарияланды:

  1. Krupa E., Barinova S., Aubakirova M. Tracking pollution and its sources in the catchment-lake system of major waterbodies in Kazakhstan // Lakes and Reservoirs: Research and Management. – 2020. – P. 1–13. https://doi:10.1111/lre.12302
  2. Krupa E.G. The ecological preferences of Eurytemora affinis (Poppe, 1880) in the Kazakhstan’s water bodies (Central Asia) // Crustaceana. – 2020. – № 93 (3-5). – P. 405–428. (Scopus процентиль: 32, Web of Science квартиль: Q3)
  3. Krupa E., Romanova S., Berkinbaev G., Yakovleva N., Sadvakasov E. Zooplankton as indicator of the ecological state of protected aquatic ecosystems (Lake Borovoe, Burabay National Nature Park, Northern Kazakhstan) // Water. – 2020. – № 12. – P. 2580. https://doi:10.3390/w12092580 (Scopus процентиль: Agricultural and Biological Sciences – 72, Web of science квартиль: Q2)
  4. Krupa E., Barinova S., Romanova S., Aubakirova M., Ainabaeva N. Planktonic invertebrates in the assessment of long-term change in water quality of the Sorbulak wastewater disposal system (Kazakhstan) // Water. – 2020. – № 12. – P. 1–24. https://doi:10.3390/w12123409 (Scopus процентиль: Agricultural and Biological Sciences – 72, Web of science квартиль: Q2)
  5. Аубакирова М.О., Крупа Е.Г., Минат А., Абилов Б.И. Видовое богатство зоопланктона малых озёр Алматинской области // Вестн. КазНУ. Сер. биологическая. – 2020. – №3 (84). – С. 108–118. https://doi.org/10.26577/eb.2020.v84.i3.10 (КОКСОН)
  6. Крупа Е., Баринова С.С., Аубакирова М., Айнабаева Н. Тяжелые металлы в пресных водах Казахстана и методологические подходы к разработке региональной классификации качества воды // Центральноазиатский журнал исследований водных ресурсов. – 2020. – № 6 (2). – С. 87-110. https://doi:10.29258/CAJWR/2020-R1.v6-2/87-110.rus.
  7. Krupa, E., Barinova, S., Romanova, S., Aubakirova, M., & Ainabaeva, N. Heavy Metals in Fresh Waters of Kazakhstan and Methodological Approaches to Developing a Regional Water Quality Classification // Central Asian Journal of Water Research. – 2020. – № 6(2). – Р. 19–41. https://doi.org/10.29258/cajwr/2020-r1.v6-2/19-41.eng
  8. Krupa E., Aubakirova M. Acanthocyclops trajani Mirabdullayev et Defaye (Copepoda, Cyclopoida) as an indicator of the ecological state of water bodies in Kazakhstan IOP // Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. – 2021. – P. 690. https://doi.org/10.1088/1755-1315/690/1/012050 (Web of Science квартиля нет, Scopus процентиль: Environmental Science – 17)
  9. Aubakirova M., Krupa Е., Mazhibayeva Zh., Isbekov K., Assylbekova S. The role of external factors in the variability of the structure of the zooplankton community of small lakes (South‐East Kazakhstan) // Water. – 2021. – №13. – Р. 962. https://doi.org/10.3390/w13070962 (Scopus процентиль: Agricultural and Biological Sciences – 72, Web of science квартиль: Q2)
  10. Krupa E., Aubakirova M. Checklist and Distribution of Calanoida (Crustacea: Copepoda) in Kazakhstan (Central Asia) // Water. – 2021. – №13. – P. 2015. https://doi.org/10.3390/w13152015 (Scopus процентиль: Agricultural and Biological Sciences- 72, Web of Science квартиль: Q2)
  11. Тлеппаева А.М. К таксономическому составу насекомых супралиторали водохранилища Сорбулак и системы прудов Правобережного Сорбулакского канала // Извест. НАН РК. Сер. биологическая и медицинская. – 2021. – Т. 5–6, № 347. – С. 78–84. https://doi.org/10.32014/2021.2519-1629.104
  12. Крупа Е.Г., Баринова С.С., Романова С.М., Хитрова Е.А. Гидрохимическая и гидробиологическая характеристика озёр Щучинско-Боровской курортной зоны (Северный Казахстан) и основные методологические подходы к оценке экологического состояния малых водоемов. – Алматы: ИП «Волкова Е.В.», 2021. – 330 с.
  13. Krupa E., Aubakirova M., Romanova S. Factors affecting water quality and the structure of zooplankton communities in wastewater reservoirs of the Right-Bank Sorbulak Canal System (South-Eastern Kazakhstan) // Water. – 2022. – № 14(11). – P. 1784. https://doi.org/10.3390/w14111784 (Scopus процентиль: Agricultural and Biological Sciences- 72, Web of Science квартиль: Q2)
  14. Krupa E.G., Aubakirova M.O., Romanova S.M. Seasonal dynamics of environmental variables and zooplankton structure in wastewater reservoirs of the Right-bank Sorbulak canal system // Вестн. КазНУ. Сер. биологическая. – 2022. – №3(92).  –  С.159–177. (КОКСОН)

Монография: Крупа Е.Г., Баринова С.С., Романова С.М., Хитрова Е.А. Гидрохимическая и гидробиологическая характеристика озёр Щучинско-Боровской курортной зоны (Северный Казахстан) и основные методологические подходы к оценке экологического состояния малых водоемов. Алматы: ИП «Волкова Е.В.», 2021. – 330 с.

Зерттеу тобының мүшелері:

  1. Крупа Елена Григорьевна. ОРСИД: https://orcid.org/0000-0001-9401-0258, Ссылка на БД Скопус: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=15048204000
  2. Гаврилов Андрей Эдуардович.  ОРСИД:  https://orcid.org/0000-0002-6808-1949
  3. Тлеппаева Айжан Мылтыкбаевна. ОРСИД: https://orcid.org/0000-0002-9754-2177
  4. Аубакирова Молдир Орныкбаевна. ОРСИД: https://orcid.org/0000-0001-7818-4469, ResearcherID: AAV-7036-2020. Ссылка на БД Скопус: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56835701200, Ссылка на профиль publons: https://publons.com/researcher/3821730/moldir-aubakirova/.
  5. Зарипова Сарымгуль Хайруллаевна. ОРСИД: https://orcid.org/my-orcid?orcid=0000-0002-6627-6101
  6. Аргынбаева Еркежан Мухтаровна. ОРСИД: https://orcid.org/0000-0002-5978-6445
  7. Орманова Гаухар Журсинбековна. ОРСИД: https://orcid.org/0000-0002-6567-2858, http://www.researcherid.com/rid/B-7516-2015, Web of Science,  ID:B-7516-2015
Әкімші