ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НОВОГО ФЛОКУЛЯНТА ПОЛИЭТИЛЕНИМИНА И ЕГО НОРМИРОВАНИЕ В ВОДЕ ВОДОЕМОВ Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

УДК 928.346.33:614.777

А. С. Кинзирский

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НОВОГО ФЛОКУЛЯНТА ПОЛИЭТИЛЕНИМИНА И ЕГО НОРМИРОВАНИЕ В ВОДЕ ВОДОЕМОВ

Кафедра коммунальной гигиены I Московского медицинского института им. И. М. Сеченова

Полиэтиленимин (ПЭИ) представляет собой слабоокрашенную смолу с неопределенным запахом, хорошо растворяющуюся в органических растворителях. Полимер весьма перспективен в процессе физико-химической очистки бытовых и промышленных сточных вод. Исследования, проведенные в Научно-исследовательском институте коммунального водоснабжения и очистки воды Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, показали, что с помощью ПЭИ удалось снизить содержание взвешенных веществ в сточной жидкости Тушинской станции аэрации на 97,8%, ХПК на 73,2%, БПК5 на 81%, нефтепродуктов на 99,8% и красителей на 88% (Ю. И. Вейцер и соавт.). ПЭИ находит широкое применение в целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве ионообменных смол, пленок, мембран (П. А. Гембицкий и соавт.) и можете производственными сточными водами поступать в водоемы хозяйственно-питьевого назначения. В связи с отсутствием гигиенического норматива ПЭИ нами были проведены экспериментальные исследования с целью установления предельно допустимой концентрации этого соединения в водоемах. Исследования проводили по общепринятой схеме С. Н. Черкинского.

Установлено, что ПЭИ придает воде неприятный запах и горько-вяжущий привкус. Пороговая концентрация (1 балл) по запаху определена на уровне 6,14 мг/л и по привкусу — на уровне 3,8 мг/л. ПЭИ может длительное время сохраняться в воде, изменяя ее органолептические свойства. Так, при наблюдении за водными растворами ПЭИ в концентрациях 22— 1250 мг/л, что соответствовало 2, 3 и 4 баллам по привкусу и запаху, не отмечалось заметного уменьшения интенсивности органолептических показателей на протяжении 20 дней. Достаточная стабильность водных растворов флокулянта подтверждена работами по определению кинематической вязкости 1 % водного раствора, показавшими, что последняя практически не изменялась на протяжении 1 мес при 20°. В концентрациях, которые в 100 раз выше порога по привкусу, растворы ПЭИ при взбалтывании образовывали стойкую пену. Водные растворы в концентрации 3000 мг/л придавали воде мутность.

ПЭИ в концентрациях от 0,5 до 10 мг/л влияет на динамику БПК5; лишь в концентрациях от 10 до 100 мг/л ПЭИ, окисляясь биохимически, повышает потребление кислорода на 15—44%. Наблюдения за динамикой БПКао показали, что в концентрациях 0,1, 0,5 и 2,5 мг/л потребление кислорода не превышает 12%. Однако концентрация ПЭИ, равная 2,5 мг/л, оказывает тормозящее действие на процессы минерализации органических загрязнений. Менее выраженное влияние (12%) на процессы нитрификации оказывает концентрация ПЭИ 0,5 мг/л, что дает основание рассматривать ее в качестве пороговой по воздействию на санитарный режим водоемов.

В развернутых опытах на белых мышах, крысах и морских свинках изучена острая токсичность различных образцов ПЭИ при пероральном введении. Расчет ЬО50 по методам Литчфилда и Уилкоксона, Дейхмана и Ле Бланка показал, что все изученные образцы умеренно токсичны (табл. 1).

В острых опытах не выявлено видовой и половой чувствительности мелких лабораторных животных к действию различных образцов флокулянта. Клиническая картина острого отравления характерна для поражения центральной нервной системы.

Опыты по изучению кумулятивных свойств ПЭИ ставили с 3 образцами флокулянта молекулярного веса от 20 000 до 40 000 на белых крысах с

Таблица 1

Величины ЬО60 различных образцов ПЭИ при пероральном введении (в мг/кг)

Белые мыши Белые крысы

Молекуляр-ыП вес ПЭИ самцы самки Морские свинки

М±т

10 000 20 000 35 000 40 000 1150— 300 1400=t700 1400=!= 223 1600— 500 1350—230 2200— 400 2300=t555 2200=£700 1600=1=270 2350^490 2600=±530 2650—270 940 1400 1400 1400

использованием доз, равных х/,0 и 1/50 ЬО50. Эксперимент продолжался 1х/2 мес. Состояние животных оценивали по ряду показателей, включающих динамику веса, количество эритроцитов и лейкоцитов, содержание гемоглобина, активность пероксидазы, холинэстеразы, аланиновои и аспара-гиновой трансаминаз, величину суммационно-порогового показателя. В конце эксперимента изучали цитогенетическую активность клеток костного мозга методом ана-телофазного анализа.

Для изучения гонадотоксического действия ПЭИ применяли количественную оценку состояния сперматогенного эпителия по следующим показателям: индекс сперматогенеза, суммарное количество нормальных сперма-тогоний, количество канальцев со спущенным семяродным эпителием и 12-й стадией мейоза. Функцию сперматозоидов определяли по длительности их движения, количеству сперматозоидов в хвостовой части эпидидимиса. Регистрировали осмотическую и кислотную резистентность сперматозоидов.

Выбранные тесты, судя по литературным данным, во многом адекватны токсикодинамике мономера ПЭИ — этиленимина (Г. Н. Заева и Л. А. Ти-мофеевская; Г. Н. Заева и соавт., 1966, 1968) и полиэтиленполиамина — вещества, близкого по своему строению с ПЭИ (Н. И. Шуйская; Е. А. Соло-имская).

Оценивая результаты опытов по кумуляции, следует отметить, что ни в одной из испытанных нами доз не наблюдалось гибели животных. В то же время при интоксикации дозами ПЭИ, равными 1/10 и ¡^/¡д 1Л)60| наблюдались статистически достоверные (Р=0,05—0,01) изменения значительного числа изучавшихся показателей (СПП, число эритроцитов и ретикулоцитов в периферической крови, активность пероксидазы).

Цитогенетический анализ клеток костного мозга показал, что во всех опытных группах не обнаружилось учащения хромосомных перестроек по сравнению с контролем (табл. 2).

Таблица 2

Результаты цитогенетического анализа клеток костного мозга белых крыс после подострого

воздействия ПЭИ

Молекулярный вес ПЭИ Доза (в мг/кг) Количество проанализированных ана-телофаз Частота клеток (в %) Мнтотический индекс

с аберрациями со слипанием

М±т

20 000 200 2113 3,0=1=0,32 0,61 — 0,12 1,29^=0,18

40 2153 2,9—0,47 0,83^:0,24 1,24^=0,16

Контроль 1857 2,9=t0,39 0,54^0,17 l,54=t= 0,28

35 000 200 2157 2,8—0,62 0,71 — 0,24 1,5—0,2

40 1868 3,1^0,62 0,52=^0,12 1,4—0,11

Контроль 1857 2,9^0,39 0,59=!= 0,39 1,54—0,26

40 000 200 1909 3,9—0,43 0,66=i=0,18 1,1 — 0,16

40 1826 4,9=t0,41 0,51—0,07 1,3^=0,15

Контроль 1886 4,9—0,61 0,5—0,07 1,4=!=0,16

При исследовании функции гонад крыс-самцов изменений состояния семяродного эпителия и сперматозоидов не выявлено.

Результаты подострых опытов свидетельствуют о том, что все изученные образцы ПЭИ по токсикодинамическим свойствам и силе биологического действия идентичны; это позволяет отнести их к веществам с достаточно выраженными кумулятивными свойствами, с преимущественным характером действия на центральную нервную систему и систему красной крови.

Для выявления степени опасности изучавшихся веществ при их длительном поступлении в организм проведен хронический эксперимент с высокомолекулярным образцом ПЭИ (молекулярный вес 20 ООО) на белых крысах-самцах. Флокулянт испытывали в дозах 5, 0,5, 0,05 и 0,005 мг/кг. Такой диапазон доз позволял полностью перекрыть широту зоны хронического действия ПЭИ. При выборе тестов для хронического эксперимента мы в первую очередь остановились на тех показателях, которые наиболее чувствительны в подострых опытах. Кроме того, ввели дополнительные методы, такие, как метод изучения условнорефлекторной деятельности животных, вели наблюдение за активностью альдолазы сыворотки крови, определяли остаточный азот и креатинин в моче. В конце эксперимента измеряли весовые коэффициенты внутренних органов, проводили патогистологические исследования.

Наряду с изучением общетоксических свойств ПЭИ мы считали необходимым оценить длительное воздействие флокулянта в сравнительно малых дозах на репродуктивную функцию животных. С этой целью, как и в подостром опыте, изучали функциональное состояние сперматозоидов и морфологическую картину семяродного эпителия. Для характеристики возможного мутагенного действия подсчитывали общее число ана-телофаз с перестройками, а также абсолютное число отдельных видов перестроек. При оценке возможного аллергенного действия ПЭИ изучали реакцию агломерации лейкоцитов и преципитации в геле, вели наблюдение за содержанием гистамина в крови и органах.

Анализ экспериментальных данных (табл. 3) показал четко выраженную дозовую зависимость действия флокулянта. ПЭИ в условиях длительного поступления в организм животных в дозе 5 мг/кг вызывает значительные статистически достоверные (/>=0,05—0,01) изменения показателей условно-рефлекторной деятельности центральной нервной системы, величины сум-мационно-порогового показателя, увеличение числа ретикулоцитов в периферической крови, повышение активности каталазы, пероксидазы крови и альдолазы сыворотки крови. У животных, получавших ПЭИ в дозе 0,5 мг/кг, изменялось меньшее число показателей и глубина наблюдавшихся изменений была менее значительна. Однако все же при интоксикации ПЭИ в дозе 0,05 мг/кг наблюдались значимые изменения условнорефлекторной деятельности центральной нервной системы и увеличение количества ретикулоцитов, что дает нам основание считать эту дозу минимально действующей, а дозу ПЭИ, равную 0,005 мг/кг, которая не вызывала каких-либо изменений,— максимально недействующей. Патогистологические исследования показали незначительную жировую дистрофию печени крыс, которым вводили ПЭИ в дозе 5 мг/кг.

Оценка результатов изучения влияния испытанных доз ПЭИ на репродуктивную функцию животных позволила установить, что даже в максимально испытанной дозе (5 мг/кг), вызвавшей достоверные изменения целого ряда показателей, число хромосомных перестроек в клетках костного мозга подопытных животных не увеличивалось. ПЭИ в испытанных дозах не оказывает специфического действия на гонады самцов; не выявлено и его аллергенных свойств. Все изложенное выше дает возможность с большой надежностью обосновать максимально недействующую дозу и предельно допустимую концентрацию изучаемого вещества в водоемах.

Таблица 3

Результаты исследования действия ПЭИ на организм белых крыс в условиях хронического

опыта

Тесты, использованные в опыте Доза ПЭИ (в мг/кг)

5 0.5 0.05 0.005

Динамика веса животных + _ _ _

Морфологический состав крови: + +

содержание эритроцитов — —

» гемоглобина + + — —

» ретикулоцитов ++ ++ + —

» лейкоцитов — — — —

Лейкоцитарная формула — — — —

Артериальное давление — — — —

Активность каталазы крови ++ + — —

» пероксидазы » ++ + — —

» альдолазы сыворотки крови + — — —

» 8(}РТ > » ++ + — —

Содержание БН-групп в крови — — — —

» кальция в сыворотке крови — — — —

» неорганического фосфора » » » — — — —

» азота мочевины > » » — — — —

» глюкозы » » » — — — —

» альбуминов » » » — — — —

» креатинина в моче — —_ — —

Лизис лейкоцитов — —* — —

Агломерация лейкоцитов — — — —

Содержание гистамина в крови

и внутренних органах — — — —

Суммационно-пороговый показатель ++ + — —

Условнорефлекторная деятельность ++ ++ + —

Содержание витамина С во внутрен-

них органах — — —

Гонадотоксическое действие — — — —

Цитогенетическнй анализ клеток

костного мозга — — — —

Весовые коэффициенты внутренних

органов — — —

Патоморфологическое исследование + •

внутренних органов

Обозначения: -+—Ьсильно выраженное действие; -(-умеренно выраженное действие; — отсутствие действия.

Комплексная оценка экспериментального материала и сравнение пороговых концентраций по всем показателям позволили считать лимитирующим признаком вредности санитарно-токсикологический и рекомендовать предельно допустимую концентрацию ПЭИ на уровне 0,1 мг/л.

Выводы

1. Испытанные образцы ПЭИ являются умеренно токсичными соединениями с достаточно выраженными кумулятивными свойствами.

2. Изученные высокомолекулярные образцы ПЭИ в условиях эксперимента не оказывали специфического влияния на репродуктивную функцию белых крыс-самцов и не проявили цитогенетической активности в воздействии на клетки костного мозга.

3. Предельно допустимая концентрация ПЭИ установлена на уровне 0,1 мг/л. Лимитирующий признак вредности — санитарно-токсикологический.

ЛИТЕРАТУРА. Гембицкий П. А., Жук Д.С., К а р г и н В. А. Полиэтиленимин. М., 1971. — 3 а е в а Г. Н., Тимофиевская Л. А. — В кн.: Материалы 21-й Московской городской научно-практической конференции по промышленной гигиене. М., 1965, с. 101—102. — 3 а е в а Г. Н., Тимофиевская Л. А.,

Федорова В. И. и др. Токсикология новых промышленных химических веществ. Вып. 8, Л., 1966, с. 41—60. — 3 а е в а Г. Н., Тимофиевская Л. А., Базарова Л. А. и др. — В кн.: Токсикология новых промышленных химических веществ. Вып. 10. Л., 1968, с. 25—35. — Солоимская Е. А. — «Фармакол. и токсикол.», 1968, № 3, с. 364—365. — Черкинский CH. (ред.) Санитарная охрана водоемов от загрязнения промышленными сточными водами. Вып. 1. М., 1949.—Он же. (ред.) Промышленные загрязнения водоемов. М., 1967. — Ш у м с к а я Н. И. — В кн.: Токсикология новых промышленных химических веществ. Вып. 5. М., 1963, с. 35—44.

Поступила 25/XI 1975 г.

HYGIENIC CHARACTERISTICS OF A NEW FLOCULLATION AGENT POLYETHYLENIMINE AND ITS STANDARDIZATION IN WATER BODIES

A. S. Klnzlrsky

On the basis of experimental investigations the maximum permissible concentration of cationic flocullation agent polyethylenimine was found to amount to 0.1mg/l. Thelimitting index of noxiousness is sanitary-toxicologic.

УДК 613.32:978.744

Кандидаты мед. наук Е. Ai. Трофимович, Е. А. Струсевич, П. А. Колесников и В. И. Казанин, JI. Ф. Яншина, М. А. Молчанова

О ДОПУСТИМОМ СОДЕРЖАНИИ ФЛОКУЛЯНТА ПОЛИОКСИЭТИЛЕНА

В ВОДЕ ВОДОЕМОВ

Новосибирский научно-исследовательский санитарный институт

Флокулянт полиоксиэтилен (ПОЭ) является высокомолекулярным линейным полимером окиси этилена. При молекулярном весе более 1 млн. он представляет собой кристаллическое вещество с растворимостью в воде около 20 г/л. ПОЭ применяют для очистки оборотной воды и сточных вод в угольной и горнорудной промышленности от взвешенных веществ. В фармацевтической промышленности он используется как связующий компонент лекарств и консервант крови. ПОЭ имеет также широкое применение в сельском хозяйстве, пищевой, текстильной и машиностроительной промышленности.

Настоящие исследования проведены с ПОЭ, имеющим молекулярный вес от 2 до 5 млн.; флокулянт получен каталитической полимеризацией окиси этилена в среде бензина при 25°, он представлял собой порошок белого цвета с очень слабым запахом.

Установлено, что ПОЭ с молекулярным весом от 2 до 5 млн. в концентрациях до 100 мг/л при 20—60° не придает воде посторонних запахов и привкусов. Хлорирование воды, содержащей ПОЭ с молекулярным весом 2— 3—5 млн. в концентрациях 50 мг/л, приводит к появлению неспецифического ароматического запаха интенсивностью 1 балл. ПОЭ с молекулярным весом от 2 до 5 млн. в концентрациях до 100 мг/л не влияет на первую углеродистую фазу минерализации органических веществ бытового происхождения в воде (БПК2о)-

В связи с тем что ПОЭ обладает поверхностноактивными свойствами, исследовано влияние его на пенообразование воды. Вели наблюдение за появлением и исчезновением пузырьков на поверхности воды, содержащей ПОЭ, при встряхивании. Контролем служила водопроводная вода. Пороговую величину устанавливали по максимальной концентрации ПОЭ, при которой исчезновение пузырьков на поверхности воды совпадало с контролем. Опыты показали, что пороговые концентрации по пенообразованию зависят от молекулярного веса ПОЭ и составляют 0,125 (для 2 млн.), 0,1 (для 3 млн.) и 0,02 мг/л (для 5 млн.).

В течение первых 3 сут ПОЭ относительно стабилен в воде. Нагревание до 60—70° приводит к деструкции его молекулы и снижению молекулярного веса в 1V2 — 2 раза.