Экспресс-биотестирование токсичности двухкомпонентных смесей загрязнителей

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.

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-

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: i1,2>i1+i2-i1·i2;

при аддитивности (суммировании):

• i_{1 ,2} = i₁+i₂-i₁·i₂;

при антагонизме: i1,2

• i₁    – то же в присутствии первого ингибитора; i₂ – 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 (P=0,001), фенолом (P=0,003), сульфатом цинка (Р=0,002) и бихроматом калия (P=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 бихроматом 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

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