Устройство для безопасного экспериментального отбора дезинфицирующих средств для дезинвазии водной среды и водных стоков

Полезная модель относится к техническим устройствам для дезинфектологии, в частности к моделям водных экосистем, контаминированных возбудителями паразитозов, предназначенным для экспериментального отбора наиболее эффективных средств из числа известных и новых дезинфицирующих средств для дезинвазии воды и водных стоков от яиц гельминтов, цист и ооцист патогенных простейших.
Важным фактором передачи возбудителей паразитозов являются объекты внешней среды, контаминированные патогенными агентами. Яйца гельминтов, цисты и ооцисты паразитических простейших накапливаются в помещениях и на территории животноводческих комплексов, звероферм, на территории селитебной зоны. С паводковыми, грунтовыми водами, бытовыми стоками возбудители паразитарных заболеваний попадают в колодцы, пруды, озера и реки, затем с загрязненной водой яйца гельминтов попадают на зелень, овощи, в почву, в организм человека и животных.
При профилактике инфекционных болезней большое значение имеет обеззараживание воды и бытовых стоков от возбудителей паразитозов. В комплексе мероприятий по дезинвазии объектов внешней среды, включая источники питьевой воды и водоемы, бытовые стоки, особую роль отводится средствам с овицидным эффектом. Активно ведется работа по разработке эффективных противопаразитарных средств и поиск эффективных средств из числа известных дезинфектантов. Однако на сегодняшний день ассортимент таких средств весьма невелик. К тому же далеко не все из них обладают как широким спектром действия, удобством приготовления, надежность обеззараживающего эффекта. Поэтому поиск новых противопаразитарных препаратов остается весьма актуальным. В основе поиска лежит оценка эффективности действия дезинфектантов в отношении яиц гельминтов, цист и ооцист простейших.
Однако основным недостатком аналога (лабораторная посуда, применяемая для испытания дезинфицирующих средств в водной среде, контаминированной яйцами гельминтов и цистами простейших) является невозможность воспроизведения физико-химических и биологических свойств и характеристик воды в больших водоемах. Установлено также, что положительные результаты испытаний дезинфицирующих средств в лабораторной посуде довольно часто не воспроизводимы при дезинвазии искусственных и природных водоемов, а также бытовых стоков.
Одним из аналогов заявляемой полезной модели является искусственный или природный водоем, представляющий собой углубленный участок земли, заполненный водой, объемом от нескольких десятков кубических метров до одной тысячи и более кубических метров, с четкими краями (берегами) или границами. Романенко Н.А., Гафурова З.М. Осадок сточных вод. Паразитологическая характеристика. Методы обеззараживания и использования в сельском хозяйстве// Материалы конференции «Почва, отходы производства потребления: проблемы охраны и контроля» - Пенза, 1995. - С. 7-10.
Основными недостатками аналога (водоема) для отработки и испытаний способов и технологий дезинвазии дезинфицирующими средствами воды, контаминированной яйцами гельминтов или цистами простейших, являются:
- значительные материальные затраты (от десяти до сотни и более кубических метров (тонн) раствора дорогостоящего дезинфицирующего средства) на выполнение одного пробного испытания дезинвазионной активности одного дезинфектанта на отдельно взятом водоеме;
- невозможность выполнения полноценного паразитологического контроля за качеством дезинвазии воды на различной глубине и в различных точках водоема;
- невозможность выполнения качественного химического контроля за содержанием активнодействующих веществ дезинфектанта на разных этапах дезинфекционной обработки воды и на различной глубине водоема;
- опасность возникновения экологической катастрофы, техногенной аварии при испытаний малоэффективных или токсичных дезинфектантов различной химической природы в водоемах или на больших объемах стоков.
Прототипом является устройство для экспериментального отбора дезинфектантов для дезинвазии грунта, зараженного яйцами гельминтов или цистами и ооцистами простейших. Патент на полезную модель № 198246. Недостаток прототипа - невозможность использования для качественного контроля эффективности дезинфектанта на разных этапах дезинфекционной обработки воды и водных стоков в различных климатических условиях.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание технического устройства, позволяющего моделировать состав, климатические условия, физические, биологические и химические свойства, а также другие характеристики воды в бытовых стоках, искусственных или природных водоемах, предназначенного для безопасного использования на стадиях экспериментального отбора наиболее эффективных дезинфектантов для дезинвазии воды в водоемах, контаминированных яйцами гельминтов или цистами и ооцистами простейших.
Технический результат в заявляемой полезной модели достигается за счет устройства для экспериментального отбора дезинфицирующих средств для дезинвазии водной среды и водных стоков, состоящего из емкости, изготовленной из стали, с размерами основания 1000×700 мм и высотой 1000 мм, с дном в форме воронки с углом наклона 3% относительно нормали основания, по углам корпуса предусмотрены опоры, в верхней части расположен ограничитель крышки, который служит ребром жесткости конструкции, на верхней части емкости располагается металлическая крышка, по периметру предусмотрены монтажные отверстия для установки форсунок оросительной системы, внутри конструкции корпуса предусмотрены установочные рейки, расположенные в верхней части под крышкой, и снабжены технологическими прорезями шириной 10 мм и конечным диаметром d=10 мм для монтажа пробоотборников в фиксированных положениях, представляющих собой две полусферы с радиусом R=50 мм, изготовленные из нержавеющей стальной сетки с размером ячейки 3 мм, соединенных между собой, в центральной части наклонного дна устройства расположена сливная горловина с резьбой и фильтрующей сеткой для отбора проб воды, обработанной дезинфицирующим средством для химических исследований, а так же для отвода объема экспериментальной жидкости в общую систему обеззараживания стоков, в устройстве на противоположной стороне корпуса предусмотрен монтажный короб с блоком контроля температуры и отверстия для датчиков температуры, в устройстве установлена система поддержания температуры водной среды, на основе термоэлектрических модулей Пельтье TEC1-12730 (12B, 30А), снабженных радиаторами в количестве 36 штук, мощность охлаждения каждого составляет 253 Ватт, а мощность нагрева 350 Ватт, модули чередуются по всей поверхности устройства, нагревательных модулей Пельтье - 18 штук и охлаждающих модулей 8 штук; диапазон поддерживаемых температур от минус 10°С до плюс 68°С, система поддержания температуры водной среды соединена с двумя блоками питания ГОРН-К-12В/500А. Управление системой осуществляется с помощью блока контроля температуры.
Устройство представляет собой емкость (корпус) (3) из нержавеющей коррозионностойкой аустенито-ферритной стали типа 08Х21Н6М2Т, толщиной 3 мм, имеющей форму прямого параллелепипеда с размерами основания 1000×700 мм и высотой 1000 мм, дно (6) выполнено в форме воронки с углом наклона 3% относительно нормали основания. По углам корпуса предусмотрены опоры (4) с нижним расширением (5) для придания устойчивости конструкции. В верхней части расположен ограничитель крышки (11), который служит ребром жесткости конструкции. На боковых стенках монтированы транспортировочные рукояти (13). На верхней части модели располагается металлическая крышка (1), габаритные размеры которой составляют 1010×710 мм, имеет полностью съемную конструкцию и снабжена рукоятями (2). По периметру корпуса предусмотрены монтажные отверстия (14) для установки форсунок оросительной системы. Внутри конструкции корпуса (3) предусмотрены установочные рейки (10), расположенные в верхней части под крышкой (1), которые снабжены технологическими прорезями шириной 10 мм и конечным диаметром d=10 мм для монтажа пробоотборников (12) в фиксированных положениях. На противоположной стороне корпуса (3) предусмотрен монтажный короб (7) с блоком контроля температуры. Там же расположены монтажные отверстия (8) датчиков температуры.
В устройстве для экспериментального отбора средств дезинвазии предусмотрена система поддержания температуры (15) рабочей жидкости до необходимых значений независимо от условий окружающей среды. В основе системы лежат термоэлектрические модули Пельтье TEC1-12730 (12B, 30А), снабженные радиаторами, в количестве 36 штук. Мощность охлаждения каждого составляет 253 Ватт, а мощность нагрева 350 Ватт. Модули чередуются по всей поверхности, нагревательных элементов Пельтье - 18 штук, охлаждающих элементов также 18 штук. Разность поддерживаемых температур составляет 78°С, от минус 10°С до плюс 68°С. Для обеспечения питания системы используются два промышленных блока питания(16) ГОРН-К-12В/500А. Управление системой осуществляется с помощью блока контроля температуры (7).
В центральной части наклонного дна (6) расположена сливная горловина (9) с резьбой и фильтрующей сеткой для отбора проб воды, содержащей дезинфицирующее средство, Материалы частей модели подобраны с учетом возможных критических напряжений на составляющие части, воздействия дезинфицирующих средств, сложных погодных условий. Учтены требования герметичности, а так же требования экологической и биологической безопасности в ходе экспериментов.
Пробоотборник представляет собой две полусферы с радиусом R=50 мм, изготовленные из нержавеющей стальной сетки с размером ячейки 3 мм, а затем соединенные между собой. Внутри сферы размещается испытуемый биообразец - тампон с яйцами гельминтов или цистами простейших. Для удобства расположения пробоотборника верхняя часть сферы жестко соединена с вертикальной металлической направляющей произвольной длины L и диаметром d=10 мм, на которой крепится регулируемый по высоте фиксатор в виде спаренных шайб. Данная конструкция позволяет жестко закрепить пробоотборник на корпусе модели (3) путем монтажа в технологические прорези установочных реек (10), но при этом контролировать заглубление образца в слой воды на любом этапе проведения эксперимента. На конце направляющей приварено кольцо диаметром D=42 мм.
На фиг. 1 изображена модель устройства для безопасного экспериментального отбора дезинфицирующих средств для дезинвазии бытовых стоков, воды в искусственных и природных водоемах.
Спецификация к эскизному проекту:
1. Крышка верхняя
2. Рукоять верхней крышки (2 шт.)
3. Корпус
4. Опора (4 шт.)
5. Расширение опоры
6. Дно наклонное
7. Монтажный короб блока контроля температуры
8. Монтажное отверстие датчика температуры (3 шт.)
9. Сливная горловина с резьбой
10. Установочная рейка (3 шт.)
11. Ограничитель крышки
12. Пробоотборник
13. Рукоять для транспортировки (2 шт.)
14. Монтажные отверстия для установки форсунок оросительной системы (4 шт.)
15. Система поддержания температуры
16. Блок питания (2 шт.)
На фиг. 2 изображен пробоотборник.
Пример 1. Для испытания возможностей устройства для безопасного экспериментального отбора дезинфицирующих средств для дезинвазии водной среды и бытовых стоков в летнее время, когда температура воды в водоемах составляет примерно 18°С, используют перекисное композиционное дезинфицирующее средство «Торицид» в концентрации 30% (по препарату). Емкость устройства наполняют водой из пруда, воду в устройстве с помощью системы поддержания температуры подогревают и поддерживают на уровне 18°С, затем на разной глубине устанавливают пробоотборники с биообразцами - яйцами свиной аскариды Askaris suum. С помощью форсунок оросительной системы проводят равномерную обработку воды в емкости устройства фиксированным количеством 30% (по препарату). Емкость устройства наполняют водой из пруда, воду в устройстве с помощью системы поддержания температуры подогревают и поддерживают на уровне 18°С, затем на разной глубине устанавливают пробоотборники с биообразцами - яйцами свиной аскариды Askaris suum. С помощью форсунок оросительной системы проводят равномерную обработку воды в емкости устройства фиксированным количеством 30% раствора средства (по препарату) из расчета 1:2 (объем дезинфектанта/объем обрабатываемой воды) и выдерживают в течение 24 часов.
После истечения времени воздействия дезинфектантом на воду открывают сливную горловину для отбора пробы отработанной жидкости и передачи ее в химическую лабораторию с целью определения остаточного содержания активнодействующих веществ дезинфектанта.
Из емкости устройства извлекают пробоотборники с биоагентом и передают в паразитологическую лабораторию для определения количества жизнеспособных и инактивированных яиц свиной аскариды. Для этого яйца гельминтов извлекают из микроконтейнеров и суспензируют в растворе универсального нейтрализатора для удаления остатков дезинфектанта, затем после центрифугирования осадок суспензируют в дистиллированной воде. Яйца перед культивированием считают в микрокамерах под микроскопом при увеличении 100 крат, затем инкубируют при 37°С в течение 7 и 14 суток.
Исследования овицидной эффективности дезинфектанта показали, что примерно 24% яиц оказались инактивированными, остальные яйца в водной среде были жизнеспособными. Химико-аналитические исследования воды после обработки раствором дезинфектанта показали отсутствие перекиси водорода в обработанной воде дезинфектантом.
Таким образом, полученные данные оценки овицидной эффективности 30% раствора перекисного композиционного средства «Торицид» на больших объемах воды, контаминированной яйцами гельминтов, в предлагаемом устройстве для безопасного экспериментального отбора эффективных средств для дезинвазии воды, позволяющая моделировать температурные условия, физико-химические и биологические свойства водной среды в любых климатических условиях года, свидетельствуют о том, что довольно концентрированный раствор перекисного дезинфицирующего средства при контакте с большим объемом воды теряет свою первоначальную обеззараживающую и окислительную активность, а большая часть яиц гельминтов в воде остаются жизнеспособными.
Пример 2. Для испытания устройства для безопасного экспериментального отбора дезинфицирующих средств для дезинвазии водной среды при температуре воды (3°С), моделирующее климатические условия в холодные весенне-осенние периоды года, используют 3% раствор (по активному хлору) хлорсодержащего дезинфектанта «Астера». Емкость устройства наполняют бытовыми сточными водами, на разной глубине в стоках устанавливают часть пробоотборников с образцами яиц свиной аскариды - Askaris suum, вторую часть пробоотборников устанавливают с образцами яиц возбудителя токсакароза - Toxocara canis. С помощью системы поддержания температуры водной среды в устройстве воду охлаждают до температуры 3°С и поддерживают на этом уровне на все время испытаний дезинфицирующего средства.
С помощью форсунок оросительной системы проводят равномерную обработку воды в емкости устройства фиксированным количеством 3% раствора дезинфицирующего средства «Астера» в соотношении 1:3 (объем дезинфектанта/объем обрабатываемой воды) и выдерживают в течение 24 часов. Среднесуточная температура воды в устройстве составляла 3°С. После обработки стоков дезинфектантом открывают сливную горловину емкости, проводят отбор пробы воды для химического определения в ней остаточного содержания активного хлора. Затем открывают сливную горловину для отвода жидкости из емкости устройства в общую систему обеззараживания стоков. Из емкости устройства извлекают пробоотборники с биоагентом и передают в паразитологическую лабораторию для определения количества жизнеспособных и инактивированных яиц свиной аскариды.
Для этого яйца гельминтов извлекают из микроконтейнеров, обрабатывают нейтрализатором, суспензируют в дистиллированной воде и культивируют при 37°С в течение 7 и 14 суток.
Исследования овицидной эффективности дезинфицирующего средства «Астера» показали, что 100% яиц возбудителей токсакароза и аскаридоза во всех пробах полностью инактивировались.
Химико-аналитические исследования воды после обработки раствором дезинфектанта показали наличие безопасных следов активного хлора в обработанной воде дезинфектантом.
Таким образом, полученные данные оценки овицидной эффективности 3% раствора хлорсодержащего средства «Астера» показали, что испытанное средство при температуре 3°С инактивирует все яйца гельминтов в стоках. Масштабированные испытания овицидной эффективности дезинфицирующего средства в предлагаемом устройстве для экспериментального отбора дезинфектантов, позволяющая моделировать температурные условия, физико-химические и биологические свойства водной среды в любые климатические периоды года, подтвердили практическую значимость устройства для безопасного испытания и отбора дезинфектантов, предназначенных для дезинвазии больших объектов стоков, контаминированных яйцами гельминтов.
Пример 3. Для испытания устройства для безопасного экспериментального отбора дезинфицирующих средств для дезинвазии сточных вод используют композиционное йодсодержащее дезинфицирующее средство «Фармадез» в концентрации 5% (по препарату). Емкость устройства наполняют бытовыми сточными водами, на разной глубине в стоках устанавливают пробоотборники с образцами яиц свиной аскариды Askaris suum. С помощью системы поддержания температуры водной среды в устройстве устанавливали температуру воды 5°С на все время испытаний дезинфицирующего средства.
С помощью форсунок оросительной системы проводят равномерную обработку воды в емкости устройства фиксированным количеством 5% раствора дезинфицирующего средства в соотношении 1:3 (объем дезинфектанта/объем обрабатываемой воды) и выдерживают в течение 24 часов при среднесуточной температуре воды 5°С. После обработки стоков дезинфектантом открывают сливную горловину емкости, проводят отбор пробы воды для химического определения в ней остаточного содержания дезинфектанта. Затем открывают сливную горловину для отвода жидкости из емкости устройства в общую систему обеззараживания стоков. Из емкости устройства извлекают пробоотборники с биоагентом и передают в паразитологическую лабораторию для определения количества жизнеспособных и инактивированных яиц свиной аскариды.
Для этого яйца гельминтов извлекают из микроконтейнеров, обрабатывают нейтрализатором, суспензируют в дистиллированной воде и культивируют при 37°С в течение 7 и 14 суток.
Исследования овицидной эффективности дезинфектанта показали, что 100% яиц в пробах инактивированы.
Химико-аналитические исследования воды после обработки раствором дезинфектанта показали отсутствие следов дезинфицирующего средства «Фармадез» в обеззараженных стоках.
Испытание овицидной эффективности 5 % раствора средства «Фармадез» на больших объемах бытовых стоках в предлагаемом устройстве показало, что дезинфицирующее средство инактивирует все яйца гельминтов на разной глубине стоков при низких температурах водной среды. Масштабированные испытания овицидной эффективности средства в предлагаемом устройстве, где моделируются температурные условия, физико-химические и биологические свойства конкретной водной экосистемы в любые климатические периоды года, подтвердили практическую значимость устройства для безопасного испытания и отбора дезинфектантов, предназначенных для дезинвазии больших объектов стоков, контаминированных яйцами гельминтов.
Таким образом, полученные экспериментальные результаты свидетельствуют, что предлагаемая полезная модель обеспечивает масштабированное моделирование больших объемов бытовых стоков, природных и искусственных водных экосистем, контаминированных яйцами гельминтов, цистами и ооцистами простейших, включая температурные условия, физико-химические и биологические свойства водной среды в любые климатические условия года, и может быть успешно использовано для безопасного испытания и отбора дезинфектантов, предназначенных для ликвидации опасных очагов паразитозов в различных водных экосистемах.