CC BY
4
УДК &2S. 195.067
Ю. А. Рахманин, С. Б. Селиванов, К■ П. Ершова
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ОБРАТНООСМОТИЧЕСКОМ ОПРЕСНЕНИИ ВОДЫ НА УСТАНОВКАХ ТИПА «ФИЛЬТР-ПРЕСС»
Институт общей и коммунальной гигиены им А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Важным этапом широкого практического внедрения перспективного обратноосмотического метода опреснения воды (разделения через полупроницаемые мембраны под влиянием высокого давления) является всесторонняя гигиеническая оценка полимерных материалов, в частности аце-тилцеллюлозных мембран МГА марки «Владипор» и МОО, мипластовых подложек и прокладок из паронита, применяемых в опреснительных установках типа «фильтр-пресс».
Экспериментальные исследования включали изучение влияния вымываемых из указанных полимеров органических веществ на качество и химический состав контактирующей с ними воды и организм теплокровных животных. Для этого нами были модифицированы как общепринятая схема комплексных исследований, применяемая при гигиенической оценке синтетических материалов, намечаемых к использованию в области водоснабжения (В. О. Шефтель), так и отдельные методические приемы. При изучении водных вытяжек использовали воду различной минерализации (дистиллированную и водопроводную, имитаты с уровнем минерализации 5 и 10 г/л). Влияние полимеров на качество воды оценивали дополнительно в лабораторных условиях на модельных опресни-' тельных установках, в эксперименте на животных исследовали не только водные вытяжки из полимеров, но и возможное воздействие на организм самой опресненной воды, содержащей комплекс органических веществ, вымываемых одновременно из всех имеющихся в опреснительном аппарате полимерных материалов в реальных технологических условиях эксплуатаци и обратноосмотиче-ских установок с учетом Ьоотношения объемов фильтрата и сброса, влияния определенного гидравлического давления, сапрофитной микрофлоры, х шля чес ко го состава исходной воды. Для выяснения влияния специфических факторов (физических, химических, биологических) на скорость миграции химических веществ из полимеров проведены сравнительные экспериментальные исследования с использованием как новых образцов, так п старых, которые в течение длительного времени эксплуатировались в обратноосмотических установках.
Проведенное на первом этапе комплексных исследований изучение химической стабильности аце-тилцеллюлозных мембран МГА марки «Владипор» (смесь омыленной трнацетатцеллюлозы, ацетона, уксусной кислоты и трнэтаноламнна) и MOQ (смесь диацетатцеллюлозы, ацетона, формамида), мнпла-ста (поливинилхлоридный материал) и паронита
марки ПОН (смесь натурального каучука, асбеста, серы, каптакса, тиурама, окиси цинка, сажи, железного сурика, аморфного графита, каолина и парафина) в водной среде показало, что в агравирован-ных условиях водных вытяжек (при соотношении полимер/вода 1:2) все полимерные материалы вследствие интенсивного вымывания из них химических веществ оказывали неблагоприятное влияние на качество контактировавшей с ними воды как при 20—22 "С. так и особенно при 37—40 "С.
Наиболее существенные изменения отмечались при испытании паронита. При длительном контакте с ним ухудшались органолептические свойства воды: появлялся стойкий специфический резиновый запах, интенсивность которого уже в 1-е сутки настаивания превышала допустимый пороговый уровень, а к 15—30-м суткам достигала 4—5 баллов. Существенно возрастала цветность водных вытяжек. При настаивании на водопроводной воде при 20—22 °С из паронита вымывалось почти в 5 раз больше легкоокисляющихся (пер-манганатная окисляемость до 35 мг 02/л) и труд-ноокисляющихся (химическое потребление кислорода до 135 мг/л) веществ, чем в тех же условиях из образцов остальных изучавшихся полимеров. Наибольшее количество веществ, экстрагируемых четыреххлористым углеродом (полярные и неполярные углеводороды), обнаруживалось на 1—3-й сутки' настаивания (до 0,33 мг/л). Процесс их миграции на 7—15-е сутки практически прекращался. Значительную часть комплекса мигрировавших в воду соединений составляли бромирующнеся вещества (до 105 мг/л), что свидетельствует, по-видимому, об интенсивном Ёымывании непредельных соединений за счет ускорителей вулканизации и остаточных мономеров каучука.
Влияние других полимерных материалов на физико-химические свойства воды было более выраженным по сравнению с изменением органолепти-ческнх свойств, мипласт и ацетилцеллюлозные мембраны, существенно не ухудшая органолепти-ческих свойств воды и слегка сдвигая рН в щелочную сторону, значительно (до 7 раз по сравнению с контролем) повышали окисляемость контактировавшей с ними воды (в основном за счет ми грации веществ с низкой реакционной способностью). Полярных и неполярных углеводородов в вытяжках из мипласта обнаружено до 0,2 мг/л, в вытяжках из ацетилцеллюлозных мембран — до 0,16 мг/л.
Определение специфических химических компонентов, используемых при производстве фильтрующих полупроницаемых мембран МГА (аце-
тон, уксусная кислота) и МОО (ацетон, форма-мид), показало, что они мигрировали из этих полимерных материалов в незначительных количествах, близких к следовым, а некоторые из них (уксусная кислота) вообще не были выявлены. Вместе с тем из новых ацетилцеллюлозных мембран МГА при температуре настаивания 37—40 °С триэтаноламин мигрировал в количествах, в 2 раза превышающих ГЩК (1,4 мг/л). В связи с этим указанный ингредиент по' нашей рекомендации был. изъят из технологии производства мембран МГА.
При изучении влияния паронита на химический состав воды использованы только интегральные методы саннтарно-химических исследований, так как идентификация вымывающихся веществ из вулканизированных материалов, по данным ряда авторов (Д. М. Климова; С. И. Ялкут), затруднена из-за сложности химического состава взаимодействия и трансформации отдельных их компонентов, Таким образом, результаты исследований показали, что специфические химические ингредиенты могут использоваться 6 основном лишь как показатели степени отмывки полимерных материалов от остаточных количеств загрязняющих примесей.
При повышении температуры до 37—40 °С в вытяжках из паронита при непрерывном настаивании наблюдалось увеличение (в 2—21/2 раза) би-хроматной и перманганатной окисляемости, содержания бромирующихся веществ, интенсивности запаха (примерно на 1 балл) и цветности (на 20°).
При сдвиге реакции среды в щелочную сторону уровень миграции органических веществ из полимеров также возрастал, хотя и менее выражен-но, чем при изменении температурного режима. Влияние уровня минерализации воды проявлялось главным образом в некотором изменении скорости миграции органических вместе из изученных полимеров: с увеличением уровня минерализации воды снижалась скорость миграции. Так, при экстракции водопроводной воды содержание органических веществ в воде достигало наиболее высокого уровня уже на 3-й сутки, а в вытяжках с уровнем минерализации воды 5 и 10 г/л — соответственно на 7-е и 15-е сутки.
В отличие от непрерывного настаивание водных вытяжек из полимеров, при котором качество воды ухудшалось, как правило, в прямой зависимости от времени контакта полимеров с водой, в условиях проточного режима, создаваемого ежесуточной сменой воды, и в условиях, близких к производственным (при опреснении вод с уровнем минерализации от 0,4 до 20 г/л на модульных обрат-ноосмотических аппаратах), полимерные материалы не оказывали существенного влияния на ор-ганолентические и изученные фузико-химнчеекие показатели качества воды.
Таким образом, установлено, что при сокращении времени контакта изученных полимеров с водой их неблагоприятное влияние на качество
MtOsh
32\-
28 24
20 16 12 8 4
Г \
I I
I __
и==
Тотчас 2-е 1-е 3-*/
7-е
—и
15-е сутки
Рис. 1. Динамика бихроматной (А) и перманганатной (Б) окисляемости водных вытяжек из различных образцов ми пласта.
/ — новый мнпласт; 2 — мнпласт после 1200 ч работы; 3 — кекс-роль.
воды может быть уменьшено. В связи с этим существенный интерес представлял также вопрос о стабильности полимерных материалов в зависимости от сроков их эксплуатации.
При исследовании образцов мипласта, ацетил-целлюлозных мембран МГА и МОО, ранее использовавшихся в обратноосмотических опреснительных установках, обнаружено изменение химической стабильности полимерных материалов: с увеличением срока эксплуатации количество вымываемых в водные вытяжки трудноокнслякмцих-ся веществ значительно уменьшалось, а содержание легкоокисляющихся соединений увеличивалось (рис. 1). Значительно возрастала также концентрация в воде бромирующихсЪ веществ. Суммарный же показатель окисляемости указывает на то, что вымывание органических веществ тем меньше, чем «старее» мембраны.
Относительная химическая нестабильность полимерных материалов, предлагаемых к применению в опреснительных аппаратах, обусловила необходимость изучения потенциальной опасности в токсикологическом отношении вымываемых из них веществ.
Биологическое действие полимерных материалов на'организм белых крыс (по 10 животных в группе) изучали в 2 сериях хронического токсикологического эксперимента длительностью 8—9 мес: в I серии исследовали влияние на организм водных вытяжек из ацетилцеллюлозных мембран МГА и мипласта, во II — влияние водных вытяжек из паронита и комплексное воздействие веществ, вымываемых из мембран МГА, паронита марки ПОН и пищевого винипласта в условиях эксплуатации опреснительного модуля. При изучении общеток-снческого действия определяли динамику массы
Г- 9 -
8 мое
Рис. 2. Динамика СПП у белых крыс при' потреблении фильтрата и водной вытяжки из паронита в условиях
хронического эксперимента. / — паронит: 2 — фильтрат; 3 — контроль; перпендикулярные линии — доверительные границы.
тела и водопотребление животных, количество эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина и эозино-филов в крови, фагоцитарную активность лейкоцитов, диаметр эритроцитов, активность холин-эстеразы и щелочной фосфатазы крови, активность кислой фосфатазы, аспартат- и аланин-аминотрзнс-феразы и содержание общего белка в сыворотке крови, йодфиксируюшую функцию щитовидной железы, суммационно-пороговый показатель (СПП), состояние аутофлоры кожи. В конце экспериментов после декапитации животных изучали коэффициенты массы, внутренних органов, содержание в них аскорбиновой кислоты и их гистоморфологи-ческую картину.
Учитывая актуальность изучения отдаленных последствий. влияния полимеров на организм (В. Л, Гноёвая и соавт., и др.), а также исходя из токсико-динамической характеристики химических веществ, входящих в рецептуру исследуемых полимерных материалов, исследовали не только общетоксическое, но и возможное сенсибилизирующее, мутагенное и гонадотоксическое воздействие исследованных вод.
Результаты исследований показали, что водные вытяжки из мипласта и ацетилцеллюлозных мембран МГА марки «Владипор» ни по одному из использованных в опыте тестов не оказывали неблагоприятного биологического воздействия на организм подопытных животных.
В то же время, как было установлено во II серии хронического токсикологического эксперимента, в агравированных условиях (водные вытяжки) химические вещества, мигрирующие из паронита, могут неблагоприятно влиять на организм, что выражалось в отдельных' проявлениях общетоксического действия: статистически достоверном (Р^0,01—0,001) повышении активности кислой фосфатазы крови на 26% на 8-м месяце опыта, снижении СПП на 27 и 22% соответственно на 2-м и 6-м месяцах (рис. 2) и ^исла лейкоцитов в крови на 42 и 28% на 6-м и 8-м месяцах эксперимента, а также гемодинамических и дистрофических изменениях в ряде внутренних органов (печени, почках, желудке, тонкой кишке). Отмеченные сдвиги, по-видимому, связаны с воздействием органических веществ, прежде всего не-
предельных соединении, переходящих в воду в значительных количествах. Аналогичная зависимость отмечена между токсичностью водных вытяжек из резиновых изделий и повышенным содержанием в них бромирующихся веществ (В. В. Станкевич и Е. А. Шурупова).
В обеих сериях саннтарно-токсикологических исследований не обнаружены отклонения, свидетельствующие о возможном появлении отдаленных эффектов. Это позволяет заключить; что комплекс соединений, вымываемых из паронита, оказывает преимущественно общетоксическое действие и не относится к группе особенно опасных веществ. Учитывая, что выявленные изменения были кратковременными, обратимыми и проявлялись лишь по отдельным показателям, токсическое воздействие водных вытяжек из паронита на организм подопытных, животных можно рассматривать как близкое к пороговому.
В условиях, максимально приближенных к натурным, т. е. при спаивании животным фильтрата, полученного на опреснительной установке с использованием ацетилцеллюлозной мембраны МГА» винипласта и прокладок из паронита марки ПОН, установлено, что ни по одному из показателей, примененных для изучения общетоксического действия комплекса вымываемых из этих полимерных материалов органических веществ и их возможных отдаленных последствий, не выявлено достоверных отклонений от контроля.
Таким образом, анализ полученных результатов дает основание прийти к заключению, что паронит марки ПОН, мембраны МГА и-мипласт могут применяться в обратноосмотических установках для получения питьевой воды при типовом для аппаратов «фильтр-пресс» отношении их производительности к общей массе (площади) изученных конструкционных полимерных материалов. Вместе с тем с целью уменьшения возможности попадания в опресненную воду химических соединений из полимерных материалов при пуске в эксплуатацию новых опреснительных установок, а также после их длительного вынужденного простаивания необходимо производить предварительный «холостой» прогон установок, исключающий возможность использования фильтрата в питьевых целях.
Необходимая длительность «холостого» прогона установки, как правило, не превышает нескольких часов и должна обеспечивать отсутствие заметного ухудшения качества воды в процессе ее опреснения по органолептическим (запах, цветность) и физико-химическим (перманганатная и бихроматная окнсляемость либо содержание бромирующихся веществ) показателям.
Выводы. 1. Модифицированная нами методика изучения полимеров,, предусматривающая необходимость исследований на модульных опреснительных аппаратах, т. е. в специфических условиях, максимально приближенных к рабочему технологическому режиму обработки воды в про-
цессе опреснения, дала возможность провести более полную гигиеническую оценку изученных полимерных материалов и может быть рекомендована для использования в научных исследованиях по гигиенической оценке новых полимерных материалов, предлагаемых к применению при опреснении воды.
2. Результаты комплексных натурных и экспериментальных гигиенических исследований позволяют рекомендовать . ацетилцеллюлозные мембраны МГА марки «Владнпор», мипласт и паро-нит марки ПОН к применению в обратноосмотн-ческих опреснительных установках типа «фпльтр-пресс».
Литература. Гноевая В. Л., Боков А. Н., Дружинина В. А. и др. «— Гиг. и сан., 1976, № 2, с. 31—34. Климова Д. М. Гигиеническая оценка полимерных строительных и текстильных материалов на основе синтетического каучука. Автореф. дне. канд. М., 1970.
Станкевич В. В., Шурупова Е. А. — Гиг. и сан., 1976 , № 9. с. 24—27.
Шефтель В. О. Гигиена применения полимерных материалов в водоснабжении. Автореф. дис. докт. М., 1977.
Ялкут С. И. Сравнительное токсиколого-гигиеническое исследование некоторых дитиокарбаматов и продуктов их превращения в резинах. Автореф. дис. канд. Минск, 1971.
. Поступила 02.03.81
Summary. The authors demonstrate, on a scientific basis, the possibility of using certain polymeric materials (Miplast, paronite of the «PON» brand, cellulose acetate MGA membranes of the «Vladipor» brand) in reverse-osmosis facilities of the filter-press» type intended for obtaining drinking Water. For scientific studies designed to provide hygienic evaluations of new polymeric materials proposed for water desalination purposes, they recommend a modified procedure providing for the use of modular desalinating devices, i. e., for carrying out research under specific conditions that are similar, as far as- possible, to those existing during water treatment in the process of desalination.
УДК 614.7-078:1579:574.4
Г. А. Багдасарьян, К. В. Гениатулин
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ В КОНТРОЛЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, НИИ физико-технических и радиотехнических измерений, ст. Крюково
При контроле окружающей среды, особенно когда загрязнитель трудно измерим существующими техническими средствами, все большее значение приобретают методы, основанные на использовании способности живых организмов реагировать на внешнее воздействие, в том числе на факторы загрязнения среды.
В настоящее время имеется значительное количество данных литературы о возможности применения биоорганизмов разного уровня организации (растештй, гидробионтов, микроорганизмов-и др.) в качестве чувствительных индикаторов загрязнений (В.Д.Федоров).'
Роль микроорганизмов как чувствительного индикатора загрязнений может оказаться в силу присущих им особенностей (а вместе с тем и общности со всеми другими живыми организмами) уникальной.
Поскольку основными задачами санитарной микробиологии в настоящее время являются изучение влияния биологического загрязнения на здоровье населения и процессы самоочищения и его гигиеническая регламентация, дальнейшая разработка методов индикации биологического загрязнения в условиях сочетанного воздействия физических и химических факторов с помощью микроорганизмов, наиболее чувствительных к загрязнению, внесла бы новый вклад в контроль состояния окружающей среды.
Рассмотрение только двух особенностей микроорганизмов — изменения обмена веществ и на-
следственности под воздействием факторов загрязнения — доказывает необходимость проведения исследований по установлению критериев отбора среди микрооганизмов для использования их в качестве биоиндикаторов загрязнения.
Питание — важнейшая сторона' обмена веществ. Подавляющее большинство микроорганизмов могут усваивать органические вещества. Отсюда ясно, что органические загрязнители окружающей среды (нефтепродукты, каменный уголь и др.), являющиеся токсичными веществами для многих других живых организмов, для микроорганизмов в определенных концентрациях служат источником питания. Процесс минерализации этих химических загрязнителей микроорганизмами, скорость минерализации могут свидетельствовать о наличии этих органических загрязнителей в объектах окружающей среды.
На примере очистки сточных вод с помощью активного ила, основной состав которого определяют различные мнкробиоценозы, можно проследить, как но мере очистки сточных вод меняется качественный и количественный состав ила — изменяются численность и виды микроорганизмов. Эти два фактора и могут играть роль индикаторов загрязнения.
В зависимости от вида загрязнителя и его концентрации происходит стимулирование либо угнетение отдельных групп микроорганизмов. Экспериментальные исследования показали, что различные по своему химическому воздействию вещества
