CC BY
5
УДК 628.162.533
Канд. хим. наук Ю. И. Вейцер, канд. биол. наук В. А. Рябченко,
Н. А. Арбузова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАТИОННЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ для очистки воды
ОТ ВИРУСОВ
Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, Москва
С целью повышения эффективности барьерной роли водоочистных сооружений в научно-исследовательском институте коммунального водоснабжения и очистки воды ведутся работы по изысканию и испытанию Новых коагулянтов и флокулянтов, усовершенствованию технологии коагулирования и обеззараживания воды. Изыскание новых коагулянтов и флокулянтов направлено на то, чтобы улучшить свойства традиционных веществ и получить новые органические реагенты — катионные полиэлектролиты, обладающие одновременно коагулирующими и флокулирующими свойствами (Ю. И. Вейцер и Д. М. Минц).
Из катионных полиэлектролитов наибольший интерес представляют поливинил-Ы-бензил-триметиламмоний хлорид (ВА-2), полиэтиленимин (ПЭИ-К) и полидиметиламинометил-Ы-акрилоамид (КФ-4). Их краткие характеристики представлены в табл. 1.
Полиэлектролиты ВА-2 и КФ-4 изучены на кафедре коммунальной гигиены I Московского медицинского института им. И. М. Сеченова в са-нитарно-токсикологическом отношении; ПДК этих полиэлектролитов в воде, прошедшей очистные сооружения, равны соответственно 0,5 и 2 мг/л.
Для изучения действия катионных полиэлектролитов (ПЭИ-К, ВА-2 и КФ-4) на вирусы в воде в качестве вирусных моделей служили фаги кишечной палочки Т1 и Т2. Белки названных колифагов, как и подавляющего большинства вирусов, в том числе и особо опасных в эпидемическом отношении возбудителей вирусных кишечных инфекций, характеризуются отчетливо выраженными кислыми свойствами, их изоэлектрические точки расположены в кислой зоне рН (3,9—6,5) (Т. И. Тихоненко). Кислый характер вирусных белков определяется наличием свободных карбоксильных групп дикарбоновых кислот, по-видимому, способных взаимодействовать с катионными полиэлектролитами (СЬапсИшп и Engelbгecht).
Катионные полиэлектролиты использовали в виде водных растворов с исходной концентрацией 0,1 и 0,01% в диапазоне доз от 0,5 до 10 мг/л.) Исследования проводили на водопроводной воде, искусственно замутнен-
Таблица 1
Краткие характеристики полиэлектролитов
Марка Химическая формула Способ получения рН Молекулярный вес
ВА-2 —СН2—СН— с]н4-СН^+(СНз)зС1 Хлорметилирование и аминирование полистирола 11,3 50 000
ПЭИ-К ~СНг—СН-.-Ы-СН.-СН,—ын~ 1 СН, сн^н, Поликонденсация этиленимина 9,02— —9,10 40 000
КФ-4 —СН,—СН 1 СО—NН—СН,—N (СН,), Оксилметилирование и аминирование по-лиакриламида 8,40 5 000 000
ной иллитом воде (мутность 50—100 мг/л) и природной воде, отбираемой из Москвы-реки (мутность 6—10 мг/л). Водопроводную воду предварительно кипятили и охлаждали до комнатной температуры, речную воду использовали в естественном виде.
Заражение воды фагами производили до концентрации 103—10® БОЕ/мл. В отдельных опытах воду дополнительно заражали аттенуированным штаммом вируса полиомиелита LSc 2ab. Зараженную вирусами воду разливали в цилиндры и в каждый цилиндр в зависимости от условий опыта вносили исследуемый флокулянт от 0,5 до 10 мг/л. Воду в цилиндрах энергично перемешивали и отстаивали в течение 30—60 мин, после чего фильтровали через бумажные фильтры. Пробы отбирали из исходной зараженной воды после отстаивания с флокулянтом и после фильтрования. В исходной воде, обработанной различными дозами флокулянтов, с целью определения эффекта осветления измеряли поглощение света в видимой области спектра (360 нм) фотоэлектроколориметром ФЭК-М.
Исследуемую воду, обработанную флокулянтом, и исходную необработанную воду подвергали вирусологическому анализу. Количественную оценку активности колифагов, присутствующих в воде, производили с использованием метода агаровых слоев по Грациа (М. Адаме). В качестве индикаторной культуры бактерии-хозяина применяли Е. coli «В» в виде свежеприготовленной на физиологическом растворе суспензии клеток с концентрацией 109—Ю10 микробных тел в 1 мл. Титрование проб воды, содержащих вирус полиомиелита (вакцинный штамм), проводили по общепринятой методике с использованием первичной культуры ткани почек обезьян (М. К. Ворошилова и соавт.) Об эффективности действия катионных полиэлектролитов судили по снижению титра фага и отсутствию цитопати-ческого действия вируса полиомиелита на тканевую культуру в обработанной флокулянтом воде по сравнению с исходной. Исследовано около 300 проб воды. Средние данные из 3—6 проб представлены в табл. 2 и 3.
В экспериментах с питьевой водой использовали все исследуемые полиэлектролиты в диапазоне доз от 0,5 до 10 мг/л. Полный эффект очистки воды от вирусов наблюдался при дозе ПЭИ-К, равной 1—2 мг/л, и при дозе ВА-2, равной 4—5 мг/л. Доза 0,5 мг/л снижала содержание фага Т1 на 4 порядка, дозы ВА-2 0,5 мг/л — на 3 порядка; в обоих случаях вирус
Таблица 2
Действие флокулянтов ПЭИ-К, ВА-2 и КФ-4 на бактериофаги Т1, Т2 и вирус полиомиелита (аттенуированный штамм ЬБ с 2 аЬ) в воде
Вода Вирус Исходное содержание вируса в 1 мл воды Флокулянт Содержание фага Tl. Т2 (БОЕ/мл) и вируса полиомиелита (ЦПД) в пробах воды
марка Доза (в мг/л) ДО фильтрования после фильтрования
Питьевяя Полиомиелита » Бактериофаг Т1 » » > » 103.66 ЦП д60 103.66 ЦП Дво 1,37x10» 1,37x10» 1,14x10» ПЭИ-К ВА-2 пэи-к ВА-2 КФ-4 0,5 0,5 0,5 1.0 1.0 Нет Нет 22 2,82x10« 3,78x10* Нет Нет 0 0 6.80x10»
Речная (мут- Бактериофаг Т1 2,10x10» пэи-к з.о 13 6
ность » i 2,10x10» ВА-2 3,0 9,20x10« 1 8.00x10» 1
6—10 мг/л) » » 2,10x10» пэи-к 5,0
1 1 2,10x10» ВА-2 6,0 18 0
Бактериофаг Т2 5.50x10* пэи-к 3,0 4,48x102 95
» > 5,50x10* ВА-2 3,0 1,04x103 1.20X10*
> 1 5,50x10« пэи-к 6,0 1 0
> » 5,50X10 ВА-2 6,0 16 0
Таблица 3
Действие флокулянтов ПЭИ-К и ВА-2 на ФАГ Т1 в замутненной водопроводной воде
(мутность 50 мг/д)
Исходное содержание фага Т1 а воде (БОЕ/ил) Марка флокулянта Содержание фага Т1 в воде, обработанное флокуляитом в дозах (в мг/л)
2 3 4 2 3 4
до фильтрования после фильтрования
2,10x10' ВА-2 34 15 2 1—0 1-0 1—0
1,20X101 ВА-2 166 33 12 1 1—0 0
1,14X10' ВА-2 1 740 550 126 1 0—1 0
1,02X104 ПЭИ-К 4 0 0 0 0 0
1,14X10' ПЭИ-К 40 2 1 0 0 0
полиомиелита не обнаруживался. В сочетании с фильтрованием полный эффект очистки воды от вирусов достигался применением ПЭИ-К в концентрации 0,5 мг/л и ВА-2 в концентрации 1 мг/л. Полиэлектролит КФ-4 в диапазоне доз от 0,5 до 10 мг/л не обеспечивал полной очистки воды от колифагов (см. табл. 2). Очистка речной воды от фагов Т1 и Т2 Е. coli при использовании катионных полиэлектролитов проходила менее эффективно по сравнению с питьевой водой. Для полного освобождения речной воды от колифагов требовались дозы ПЭИ-К и ВА-2 порядка 6—7 мг/л без фильтрования и 5—6 мг/л — в сочетании с фильтрованием. Действие флокулянта КФ-4 на колифаги в речной воде, как и в питьевой воде, малоэффективно (см. табл. 2).
Изучение действия наиболее эффективных флокулянтов ПЭИ-К и ВА-2 проводили с искусственно замутненной иллитом водой. Оптимальные дозы этих флокулянтов, обеспечивающие наибольший эффект при осветлении воды с мутностью 50—100 мг/л, определяли по кривым поглощения видимого света. Замутненную воду обрабатывали дозами флокулянтов, больше оптимальных или равными им. Действие флокулянтов ВА-2 и ПЭИ-К на фаг T1 Е. coli в замутненной водопроводной воде более эффективно, чем в речной воде при меньшей мутности, и менее эффективно, чем в чистой водопроводной воде.
Максимальное снижение мутности исследуемой воды, как правило, достигалось при введении оптимальных (2 мг/л) доз флокулянтов, тогда как эффект очистки воды от фага Т1 повышался с увеличением дозы вводимого флокулянта и уменьшением начальной концентрации фага. В замутненной воде, обработанной ПЭИ-К в концентрации 2 мг/л, фаг Т1 не обнаруживался, если исходная концентрация его составляла 103— 10* БОЕ/мл и процесс очистки сопровождался фильтрованием. Тот же эффект очистки достигался при использовании ВА-2 в дозе 2—3 мг/л. Высокий эффект очистки замутненной воды в отношении фага Т1 достигался и при использовании невысоких доз флокулянтов (1 мг/л). Обработка воды ПЭИ-К в дозе 1 мг/л без последующего фильтрования снижала титр фага с 1 х 105до 6х Ю2 БОЕ/мл, а в сочетании с фильтрованием—доЗ БОЕ/мл. Применение ВА-2 для обработки воды приводило к снижению титра фага Т1 соответственно до 2х 103 и 6х 102 БОЕ/мл. Надежность очистки воды ка-тионными полиэлектролитами от вирусов проверяли экспериментами по реактивации фага Т1 в искусственно замутненной воде, обработанной фло-куляитом ВА-2. Показано, что реактивации фага Т1 в процессе выдерживания воды в течение 3 сут после обработки флокулянтом ВА-2 не происходит.
Эффект очистки воды от вирусов при использовании катионных полиэлектролитов даже без последующего фильтрования объясняется, очевидно, взаимодействием аминогрупп полиэлектролитов с карбоксильными группа-
ми дикарбоновых кислот белковой оболочки вирусов (Chandhuri), в результате чего вирусы прочно адсорбируют молекулы флокулянта. Взаимодействуя одновременно с несколькими фаговыми частицами, макромолекулы полиэлектролитов, возможно, связывают их в более крупные трехмерные структуры, которые хорошо задерживаются при фильтровании. Это и объясняет повышение эффекта очистки воды при пропускании через бумажный фильтр.
Ухудшение процесса очистки речной воды от фагов Т1 и Т2 по сравнению с питьевой водой определяется в основном конкурирующим влиянием органических загрязнений, присутствующих в природной воде и способных взаимодействовать с катионными полиэлектролитами (Ю. И. Вей-цер и Р. Н. Стерина). Частично указанный эффект отмечается и в искусственно замутненной иллитом водопроводной воде, содержащей твердые коллоидные частицы.
Результаты исследований, касающихся влияния катионных полиэлектролитов на процессы очистки воды от вирусов, не противоречат выводам других авторов, проводивших работы в этой области (Manwaring и соавт.; Thorup и соавт.).
Выводы
1. Наиболее эффективными из исследованных флокулянтов являются полиэлектролиты ПЭИ-К и ВА-2.
2. Эффективность очистки воды от вирусов при использовании катионных флокулянтов зависит от дозы последних и качества исходной воды.
ЛИТЕРАТУРА. Адаме М. (A dams М.) Бактериофаги. М., 1961. — В е fill е р Ю. И., Минц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. М., 1974, с. 8. — В е й ц е р Ю. И., С т е р и н а Р. М. Взаимодействие флокулянта ВА-2 с гуминовыми кислотами. — «Научные труды Академии коммунального хозяйства:», 1969, вып. 52, № 5, с. 27—38. — Ворошилова М. К., ЖевандроваВ. И., Ба-, лаян М. С. Методы лабораторной диагностики энтеровирусных инфекций. М., 1964, с. 61. — Т и х о н е н к о Т. И. Биохимия вирусов. М., 1966, с. 12. — Chandhuri М., Е п q е 1 b г е с h t R. S. — «J. Am. Waver Works Ass.», 1970, v. 62, p. 563. — M a n w a -rinqj. E., Chandhuri M., EnqelbrechtR. S. — Ibid., 1971, v. 63, т. 298. — T h о r u p R. Т., N i x o n F., W e n t w о г t h D. et a. — Ibid., 1970, v. 62, p. 97.
Поступила 20/V 1975 r.
USE OF CATION POLYELECTROLYTES FOR WATER PURIFICATION
FROM VIRUSES
Yu. I. Veitser, V. A. Ryabchenko, N. A. Arbuzova
The authors investigated the action of cation polyelectrolytes on coli phages and the vaccine strain of poliomyelitis virus in water for the purpose of determining the possibility of the practical use of the above mentioned polymers in the processes of the water treatment.
УДК 6М.777:[б74.вЗ-Ь574.58
В. М. Орловский, Ю. А. Кириенко
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ СИНЕЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ
Киевский научно-исследовательский институт общей и коммунальной гигиены
им. А. Н. Марзеева
Во время вегетации синезеленые водоросли выделяют органические вещества. Известны случаи, когда они отрицательно влияли на рыб, птиц и животных (Н. Н. Смирнов и О. И. Феоктистова; 2еИпс1ег и ¿огИаш, и др.). Некоторые заболевания человека также связываются с опосредованным действием синезеленых водорослей (Т. И. Биргер и соавт., и др.)
