Экспресс-биотестирование токсичности двухкомпонентных смесей загрязнителей

УДК 628.35

ЭКСПРЕСС-БИОТЕСТИРОВАНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

© 2010 Н.И. Шаталаев

Самарский государственный медицинский университет

Поступила в редакцию 14.07.2010

Разработан метод определения токсичности двухкомпонентных смесей загрязнителей. В работе представлены данные о комплексном воздействии некоторых органических и неорганических соединений на микросообщества гидроэкосистем.

Ключевые слова: двухкомпонентные смеси, токсичность, биотестирование.

В настоящее время охрана природы и водной среды в нашей стране является важнейшей социально-экономической задачей. Это связано с постоянным развитием химической и нефтехимической промышленности в Российской Федерации.

Химические и нефтехимические производства относятся к предприятиям с высоким уровнем потребления воды, как свежей, так и оборотной. Около половины общего промышленного водопотребления приходится на долю химической промышленности, и в дальнейшем эта доля будет только возрастать, в связи с развитием отрасли. Это делает охрану водных ресурсов территории РФ от загрязнения отходами нефтехимической промышленности особенно актуальной.

Промышленные воды большинства современных химических и нефтехимических производств представляют собой высококонцентрированные, сложные и многокомпонентные системы, в состав которых входят органические и неорганические соединения различных классов.

Большая часть этих веществ является серьезной угрозой для водоемов. Они в состоянии оказывать токсическое действие на живые организмы водоемов, приводить к гибели рыб, пагубно влиять на микрофлору очистных сооружений, ухудшая тем самым биологическую очистку. Ряд компонентов сточных вод нефтехимическим производств обладает канцерогенным действием.

В настоящее время стоки химических и нефтехимических предприятий подвергаются локальной, физико-химической и биологической очистке. Применяемые методы, как показывает практика, могут обеспечить снижение концентрации органических загрязнений лишь на 75-80%. В то же время, допуск в водоемы отдельных токсических органических компонентов даже в незначительных концентрациях

Шаталаев Никита Иванович, аспирант кафедры обшей, бионеорганической и биоорганической химии. E-mail: info@samsmu.ru.

может вызвать нарушения внутриводоемных процессов.

Поступление стоков на биоочистные сооружения носит дискретный характер; это предусмотрено технологией многих производств. Кроме того, зачастую наблюдаются залповые сбросы вследствие аварийных ситуаций и профилактических работ. Это приводит к изменению состава ценозов активного ила, глубоким нарушениям процессов биологической очистки, вплоть до вывода из строя биоочистных сооружений. Применяемые в настоящее время традиционные методы контроля состояния промышленных вод, поступающих на биологическую очистку (такие, как БПК, ХПК, скорость потребления кислорода и пр.), не дают исчерпывающей информации о степени токсичности вод отдельных производств, и, в особенности, индивидуальных компонентов сточных вод и их смесей. В литературе практически нет данных по исследованию характера комбинированного действия двухкомпонентных систем на активный ил, которые имеют особый теоретический и практический интерес при разработке требований к биологической очистке. Все это указывает на необходимость более глубокого изучения данной проблемы.

Целью настоящей работы является определение характера действия двухкомпонентных систем загрязнителей промышленных вод на де-гидрогеназную активность ила.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В 4 центрифужные пробирки вносили по 5 мл тщательно перемешанной иловой суспензии, 1 мл фосфатного буферного раствора и по 0,1 мл 1%-ного раствора ТТХ. Первую пробирку оставляли в качестве контроля, во вторую и третью добавляли по 1 мл растворов компонентов заг-

1581

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 12, №1(6), 2010

рязнителей определенной концентрации. В четвертую пробирку приливали по 1 мл растворов определяемых компонентов. Содержимое пробирок тщательно перемешивали, инкубацию проводили в термостате при температуре 37°С в течение 30 минут. По истечении 30 минут пробы центрифугировали, надосадочную жидкость сливали, а к осадку приливали по 5 мл этанола. Затем энергичным перемешиванием проводили экстракцию формазана, после чего пробы центрифугировали 3 минуты при 3000-4000 оборотов в минуту. Окрашенные спиртовые растворы колометрировали на ФЭКе с зеленым светофильтром № 5 (490 нм) в кювете толщиной слоя 1,00 см. О степени и характере комбинированного токсического действия двух компонентов судили по величине изменения дегидрогеназной активности ила в сравнении с контрольной пробой и пробами, содержащими отдельные компоненты загрязнителей.

Для количественного выражения результатов исследований использовали метод Уэбба, согласно которому, действие, производимое двумя токсическими соединениями, определяется следующим образом:

при синергизме: 112>11+12-11'121 при аддитивности (суммировании):

11,2 11 + 12-11'12'

при антагонизме: 112<11+12-11'12, где 1 - ингибирующее действие в присутствии двух ингибиторов;

^ - то же в присутствии первого ингибитора; 12 - то же в присутствии второго ингибитора.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В табл. 1 приведены результаты изучения совместного действия пара-хлорфенола с соля-

ми никеля и цинка. Во всех проведенных экспериментах наблюдалось усиление токсического эффекта. В экспериментах по изучению совместного действия пара-хлорфенола с органическими загрязнителями, такими как формальдегид и фурфурол удалось получить стойкий эффект антагонизма.

В табл. 2 приводятся результаты исследования характера комбинированного действия фурфурола в сочетании с некоторыми органическими и неорганическими загрязнителями: сульфатом кобальта (Р=0,001), фенолом (Р=0,003), сульфатом цинка (Р=0,002) и бих-роматом калия (Р=0,011). В комбинациях с сульфатом кобальта, хлоридом бария и фенолом наблюдается усиление токсического действия. Эффект антагонизма был получен в комбинациях с сульфатом цинка и бихрома-том калия.

ВЫВОДЫ

1. Полученные в экспериментах данные позволяют предположить, что соединения с четко выраженным токсическим влиянием являются синергистами при их совместном воздействии на микросообщества гидроэкосистем.

2. Соединения с менее выраженным токсическим действием являются антагонистами при их совместном влиянии на микросообщества гидроэкосистем, или дают эффект аддитивности.

3. При наличии достаточной информации о двухкомпонентных взаимодействиях можно определить не только допустимые концентрации отдельных загрязнителей при приеме на биологическую очистку, но и выявить существенные межкомпонентные взаимодействия.

Таблица 1. Характер комбинированного действия пара-хлорфенола с некоторыми органическими и неорганическими соединениями на дегидрогеназную активность ила

Название компонента Статистический показатель Контроль мг формачана/г ила, п = 9-11 Опыт пара-хлорфенол 16-20 мг/г ила Компонент Смесь Эффект по Уэббу

п = 9-11

Никеля сульфат 8 М 1,98±0,20 1,44±0.21 1,59±0,19 0,69±0,10 0,65>0,42

мг/г ила Р <0.001

Цинка сульфат 12,5 М 1,61±0,26 1,22±0,17 1,35±0,19 0,88±0,17 0,45>0,36

мг/г ила Р 0.03

Формальдегид 1000 М 1,15±0,18 0,73±0,10 1,03±0,16 0,90±0,12 0,220,43

мг/г ила Р 0,06

Фурфурол 4000 мг/г м 1,27±0Д4 0,35±0.06 1,19±0,13 0,90±0,07 0,29<0,74

ила р 0,001 0.03

1582

Таблица 2. Характер комбинированного действия фурфурола с некоторыми органическими и неорганическими соединениями на дегидрогеназную активность ила

Название компонента Статистический показатель Контроль мг формазана/г ила, п = 9-11 Опыт фурфурол 4000-6000 мг/г ила п=9-11 Компонент Смесь Эффект по Уэббу

Сульфат кобальта 25-30 мг/г ила М Р 1,61±0,23 0,71±0,1б 0,006 1,45±0,18 0,57±0,1 0,65Х),60

Фенол м 1,37±0,15 1,10±0,08 1,09±0,13 0,81±0,05 0,41Х).36

70 мг/г ила р 0,13 0.003

Цинка сульфат 12,5 мг/г ила м р 1,44±0,21 0,54±0,10 <0,001 0,95±0,1б 0,07 0,52±0,13 0,002 0,64<0,7б

Калия бихромат 2-3 мг/г ила м р 1,53±0,20 1,36±0,17 0,85±0,14 0,014 0,82±0,14 0,011 0,46<0,51

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Короленко П.И., Федорова Л.С. [и др. ]. Прогностическое значение изучения временной организации ферментативной активности водных организмов // Комплексные оценки качества поверхностных вод. Л., 1984. С. 89-101.

2. Наумова Р.П., Усманова Л.П. [и др.]. Окислительная

активность бактерий при биологической очистке промышленных сточных вод / / Химия и технология воды. 1983. Вып. 5. №1. С. 71-74.

3. Тимофеева С.С. Окислительно-восстановительные ферменты активных илов. Способы определения и их значения в очистке сточных вод // Химия и технология воды. 1984. Вып. 6. №4. С. 367-370.

EXPRESS-BIOTESTING OF BICOMPONENT SYSTEMS OF POLLUTANTS

© 2010 N.I. Shatalaev The Samara State Medical University

A toxicity measurement method of bicomponent systems of pollutants is developed. Article describes data concerning combined influence of some organic and inorganic associations on microcommunities of hydroecosystems.

Key words: two-componental mixes, toxicity, biotesting.

Nikita Shatalaev, the Post-Graduate Student of General, Bioinorganic and Bioorganic Chemistry Faculty. E-mail: info@samsmu.ru.

1583