CC BY
87
О. Р. Каратаев, А. А. Лапин, М. Е. Галеева,
М. Л. Калайда
АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ВОДЫ ПЛАВАТЕЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ
Ключевые слова: плавательные бассейны, вода, озонирование, ультразвук, антиоксидантная активность, кулонометрический метод, электрогенерированные радикалы брома, множественная регрессия.
Проведен сравнительный анализ общей активности антиоксидантов различных образцов воды, обрабанных озонированием и ультразвуком. Статистическая обработка экспериментальных данных с помощью простой и множественной регрессии, а также кластерный анализ выявили особенности всей выборки.
Keywords: Swimming pools, water, ozonation, ultrasound, antioxidant activity, method of culonometry, electrogenerated bromine,
multiple regression.
The comparative analysis of total аntioxidant activity of various samples of the water processed by ozonization and ultrasound is carried out. Statistical manipulation of experimental data by simple and multiple regression, and also clustering were revealed features of entire assembly.
Значительные успехи медицины, подмена защитных сил организма лекарствами, сохранение жизни людей с отягощенной наследственностью, стрессы, алкоголь и наркотики никак не способствуют сохранению здорового видового генофонда. Человечество накопило опасный генетический груз, чему также способствовала гиподинамия при большом избытке информации. При мало подвижном образе жизни повышается давление, хрупкость костей, утомляемость и, как следствие, наступает депрессия [1-2].
Проблема здорового образа жизни - одна из актуальнейших и приоритетных проблем на сегодняшний день. Одно из решений этой проблемы заключается в активном двигательном режиме, позволяющем улучшить выносливость сердечнососудистой и дыхательной систем, повысить работоспособность и приумножить запас жизненных сил. В этом плане плавание - наиболее естественная форма физической активности, что обуславливает широкое распространение плавательных бассейнов.
Плавательные бассейны относятся к объектам коллективного пользования и требуют особенно тщательного соблюдения технологических и санитарно-гигиенических требований, они ориентированные как на редкие купания, так и на массовые процедуры, должны обеспечиваться водой высокого качества очистки, поскольку она взаимодействует с кожей и невольно попадает в систему пищеварения.
Изменение состава поверхностных вод в результате антропогенной деятельности оказывает негативное влияние на показатели воды, используемой в плавательных бассейнах. Разнообразные химические соединения, вызывающие первичное загрязнение объекта, поступают в водные экосистемы, и многие из них обладают высокой степенью токсичности [3]. Кроме того, положение усугубляют метаболиты жизнедеятельности человека, попадающие в воду бассейнов во время купания.
Вода в бассейнах содержит различные примеси и микроорганизмы, поэтому требует регулярной очистки. Для обеззараживания воды в плава-
тельных бассейнах широко применяется процесс хлорирования газообразным хлором или препаратами, содержащими активный хлор или бром [4-5], но обеззараживание, особенно реагентами, может способствовать ускорению процессов вторичного загрязнения и образованию новых, в частности высокотоксичных соединений и, тем самым, повышать экологическую опасность вод плавательных бассейнов.
Озон по своему бактерицидному действию имеет ряд преимуществ перед хлором. Его высокие окислительные и бактерицидные действия обусловлены выделением активного атомарного кислорода и легкостью его диффузии в клетки микроорганизмов [6]. Экспериментально установлено, что озон по сравнению с хлором ускоряет все процессы минерализации и дезинфекции воды в 15-20 раз, при этом он обеспечивает полную стерилизацию воды. На процесс озонирования оказывают меньшее влияние колебания температур обрабатываемой воды, ее мутность и цветность, величины рН и др. показатели, что значительно облегчает регулирование доз вводимого озона. На практике, в зависимости от характера и степени органического загрязнения воды, расход озона на обеззараживание составляет от 0,5 до 5 мг/л [7].
В настоящее время процесс озонирования рассматривается как наиболее перспективный метод комплексной обработки воды, способный одновременно обеспечить ее глубокую дезинфекцию, повысить вкусовые качества и даже служить эффективным средством для борьбы с канцерогенными веществами, снижая их концентрацию в десятки раз [8].
В последнее время все большее внимание уделяется совокупному действию озонирования и ультразвука, а также использованию озона в комбинации с облучением воды ультрафиолетом. Эколо-го-экономическое сравнение вышеперечисленных методов по данным зарубежных исследований показало, что использование комбинированного способа экономически более эффективно для обеззараживания вод объемом выше 40000 м3/сут [9]. Значитель-
ное повышение бактерицидного эффекта достигается комбинацией методов термо- и ультразвуковой обработки. Авторы работы [10] выявили синергизм одновременного действия ультразвука и гипертермии от интенсивности ультразвука.
Многие антиоксидантные вещества характеризуются способностью снижать окислительновосстановительный потенциал (ОВП) водных растворов, в том числе жидких внутренних сред организма, что усиливает активность экзогенных и эндогенных антиоксидантов (АО) за счет снятия различных термодинамических ограничений. Антиокси-дантные свойства воды с отрицательным ОВП многократно сильнее обычных АО. Поскольку молекулярная масса воды существенно меньше, чем у других АО, поэтому общее количество молекулярных единиц восстановительного действия в определенном ее объеме, намного больше по сравнению с эквивалентным объемом обычных АО [11].
Проведенное нами гидрохимическое исследование водоема физическими и электрохимическими методами выявило, что отсутствует зависимость антиоксидантной активности (АОА) воды, определяемой кулонометрическим методом от температуры воды и концентрации О2; выявлена линейная зависимость с коэффициентом корреляции 0,85 между температурой воды и концентрацией О2. В лабораторных условиях показатели температуры воды и АОА начинают коррелировать при приближении температуры к 100 0С из-за ее структурирования. С увеличением температуры воды ее АОА снижается [12].
Впервые явление структурирования воды и водосодержащих сред было экспериментально обнаружено в 2003 г. в опытах с тонкими слоями воды, находящимися в контакте с поверхностью природных или искусственных материалов, не растворимых в воде. Обнаруженное явление структуризации водосодержащих сред, широко обсуждается в мировой литературе [13].
Для оценки суммарной антиоксидантной активности образцов артезианской воды плавательных бассейнов, обработанной озонированием и ультразвуком, нами проведен сравнительный анализ экспериментальных данных с помощью простой и множественной регрессии. Обработку воды озоном проводили в бассейне объемом 20 м3 на установке <Юзон-20ПВ-2Б-С» НПО «Пульсар», предназначенной для поддержания качества воды в бассейнах в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.2.1188-03. «Плавательные бассейны. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды. Контроль качества», которая была вмонтирована в типовую оборотную схему фильтрации воды бассейна скиммерного типа.
Нами изучались антиоксидантные свойства воды, обработанной ультразвуком в ультразвуковой ванне вУ 3560, работающей в двух режимах мощности: 35 Вт и 60 Вт с рабочей частотой 40 кГц. Суммарную антиоксидантную активность (САОА)
образцов воды определяли кулонометрическим методом анализа с помощью электрогенерированных радикалов брома на кулонометре «Эксперт-006-антиоксиданты» по сертифицированной методике (МВИ-001-44538054) в пересчете на стандартный образец рутин [5]. Для замеров pH среды использовали рН-метр марки рН-150МИ. Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием компьютерных программ Microsoft Excel и Statgraphics Plus 5.1.
Кластерный анализ данных проводился метод ближайшего соседа, расстояние между классами вычислялось с помощью «Евклидова расстояния».
Основными проблемами использования воды для плавательных бассейнов артезианских скважин являются содержащиеся в ней примеси оксидов железа, марганца и других растворенных веществ. И если от некоторых можно избавиться с помощью несложной водоподготовки, то лучшим вариантом считается озонирование. Очистка воды от железа озоном производится за считанные минуты. Кластерный анализ артезианской воды (АВ) из плавательного бассейна (рис.1) показал на однородность генеральной совокупности САОА по анализируемому признаку. Было выделено 5 типов кластеров (КЛ) со значениями 5,3699 (3 КЛ) и 4,6443 (3 КЛ) (преобладающие), 6,0955 (2 КЛ), 4,0637 (1 Кл) и 3,9186 (1 КЛ) мг рутина на 1 дм3 воды. Проведение серии определений САОА воды во времени (рис.2) показало, что система была неравновесной.
Nearest Neighbor Method,Euclidean
со со со in in in
Рис. 1 - Дендрограмма значений суммарной антиоксидантной активности пробы артезианской воды из плавательного бассейна в
л 3
мг рутина на 1 дм
При озонировании АВ за счет окисления САОА снижается на 17,34% относительно среднего значения исходной воды, при этом было выделено 3 типа КЛ (рис.3) со значениями 3,9186 (6 КЛ) (преобладающие), количество КЛ со значениями 4,6443 и 4,0637 остается неизменным. Система осталась неравновесной (рис. 4). При озонировании рН воды снизилась на 1,7% относительно исходного значения - 7,09.
Рис. 2 - Изменение суммарной антиокси-дантной активности проб артезианской воды из плавательного бассейна в мг рутина на І дм3 во времени (мин)
После выдержки воды в течение 17 суток в закрытой емкости, САОА становится ниже на 0,58% относительно среднего значения исходной воды, при этом было выделено 4 типа КЛ со значениями 5,3699 (3 КЛ) и 4,6443 (4 КЛ) (преобладающие), зафиксированы новые КЛ со значениями 5,2248 (2 КЛ) и 4,7894 (1 КЛ). Значение рН воды увеличилось на 2,11% относительно значения исходной воды.
с
Я
(Л
Q
1,8
1,5
1,2
0,9
0,6
0,3
0
Nearest Neighbor Method,Euclidean
333666666 ^■^■^■00 00 00 00 00 00
3 ,91 9,1 ,91 ,91 9,1 91,
4, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 3, 3,
Рис. З - Дендрограмма значений суммарной антиоксидантной активности пробы артезианской воды из плавательного бассейна после
-і з
озонирования в мг рутина на І дм
При анализе другого образца АВ было выявлено в неравновесной системе 3 типа КЛ со значениями 3,1929 (6 КЛ) (преобладающие), по 2 КЛ со значениями 2,6124 и 3,3181 мг рутина на 1 дм3 воды.
При обработке АВ объемом 150 см3 ультразвуком мощностью 30 Вт САОА увеличивается на 38,35% относительно среднего значения исходной АВ, при этом было выявлено также 3 типа КЛ со значениями 3,9186 (5 КЛ) (преобладающие), 5,6446 (3 КЛ) и 3,1929 (2 КЛ) мг рутина на 1 дм3 воды.
При увеличении мощности до 60 Вт САОА уменьшается на 68,78% относительно среднего значения исходной АВ, при этом было выявлено 4 типа
КЛ со значениями 1,88б7 (5 КЛ) (преобладающие), по 2 КЛ со значениями 2,4б73 и 2,б124, 1 КЛ -1,741б мг рутина на 1 дм3 воды.
<
О
<
О
0:00 3:20 6:40 10:00 13:20 16:40 20:00
время
Рис. 4 - Изменение суммарной антиоксидантной активности проб артезианской воды из плавательного бассейна после озонирования в мг рутина на 1 дм3 во времени (мин)
Выводы
Проведен сравнительный анализ суммарной антиоксидантной активности различных образцов воды, обработанной озонированием и ультразвуком. При этом достоверно показано снижение активности воды, что связано с увеличением размера кластеров воды, чем и обусловлен их бактерицидный эффект. Статистическая обработка экспериментальных данных с помощью простой и множественной регрессии, а также кластерный анализ выявили особенности генеральной совокупности данных.
Литература
1. Ревелль, П. Среда нашего обитания: Здоровье и среда, в которой мы живем // П. Ревелль. - Пер. с англ. - М.: Мир, 1995. - 191с.
2. Половняк, В.К. Современные технические и технологические подходы к решению экологических проблем /
В.К. Половняк, С.В. Фридланд // Вестн. Казан. технол. ун-та. - 2009. - №4. - С. 17-26.
3. Гайфуллин, Р.А. Регенеративные методы в процессе очистки сточных вод / Р. А. Гайфуллин, Т.Н. Преображенская, А.А. Гайфуллин, Х.Э. Харлампиди // Вестн. Казан. технол. ун-та. - 2008. - №4. - С.59-66.
4. Каратаев, Сравнительная оценка хлорирующих препаратов при обработке воды плавательных бассейнов / О.Р. Каратаев // Известия КазГАСУ. - 2009. - №1. - С. 221-225.
5. Каратаев, О.Р. Сравнительная характеристика эффективности реагентов для обезвреживания воды плавательных бассейнов / О.Р. Каратаев, А.А. Лапин, Е.С. Пе-рикова, В.Ф. Новиков // Известия КазГАСУ. - 2009. -№2. - С. 223-226.
6. Patru Costel Folosirea ozonului in tratarea apei proprietatile si chimismul ozonizarii // Hidrotehnica. - 1993. - V.38 -№6. - Р. 35-46.
7. Савельев, С.Н. Особенности каталитической очистки сточных вод озонированием / С.Н. Савельев, Р.Н. Зият-динов, С.В. Фридланд // Вестн. Казан. технол. ун-та. -2008. - №6. - С.48-55.
8. Доливо-Добровольский, Л.Б. Химия и микробиология воды / Л.Б. Доливо-Добровольский, Л.А. Кульский, В.Ф.
Накорчевская. - Киев.: Вища школа, 1971. - 305 с.
9. Иванова, М.С. Экономические аспекты обеззараживания больших объемов сточных вод / М.С. Иванова // Труды Сев.-Зап. заоч. политехн. ин-та. - Л.: - 1991. -
С. 55-57.
10. Комаров, Л.Н. Зависимость синергизма одновременного действия ультразвука и гипертермии от интенсивности ультразвука / Л.Н. Комаров, Г.П. Жураковская, В.Г. Петин // Биофизика. - 2000. - Т.45. - №1. - С. 125-129.
11. Гайнутдинов, Р.Р. Разработка методики анализа анти-оксидантной активности вод электрохимическим методом / Р.Р. Гайнутдинов, А.А. Лапин, М.Э. Галеева, М. Л. Калайда // Материалы всероссийской молодежной науч-
но-практической конференции «Экологобезопасные и ресурсосберегающие технологии и материалы». - Улан-Удэ: Изд-во Бурятского гос. ун-та. - 2011. - С. 121-123.
12. Калайда, М.Л. Абиотические факторы среды рыбохозяйственного водоема / М.Л. Калайда, А.А. Лапин, М.Э. Галеева // Вестн. Государственной полярной академии. Научный журнал. - 2011. - №1(12). - С. 42.
13. Синицин, Н.И. Структуризация воды аминокислотами - биологически активными молекулярными наноструктурными образованиями. Инновации РАН-2010 / Н.И. Синицин, В.А. Елкин, Р.В. Синицина, О.В. Бецкий // Материалы ежегодной научно-практической конференции. - Казань: Слово. - 2010. - С. 124-126.
© О. Р. Каратаев - доц. каф. машиноведения КНИТУ, oskar_karataev@mail.ru, А. А. Лапин - доц. каф. водные биоресурсы и аквакультуры КГЭУ, М. Э. Галеева - асп. той же кафедры, М. Л. Калайда - проф., зав. каф. водные биоресурсы и аквакультуры КГЭУ.
