CC BY
24
НАРОДНЫЙ КОМИССАРИАТ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СССР
ГИГИЕНА и САНИТАРИЯ
Отв. редактор А. Я. КУЗНЕЦОВ, зам. отв. редактора А. Н. СЫСИН Члены редколлегии: Н. А. БАРАН, Ф. Е. БУДАГЯН, Н. П. КОМИССАРОВА, А. В. МОЛЬКОВ, Н. А. СЕМАШКО, З.Б. СМЕЛЯНСКИЙ, Т. Я. ТКАЧЕВ Отв. секретари: Р. М. БРЕЙНИНА, Ц. Д. ПИК
1945
70-й ГОД ИЗДАНИЯ
№ 4—5
Проф. М. М. КАЛАБИНА
Метод определения токсичности промышленных сточных вод и их отдельных компоненто
Из Института ВОДГЕО (Москва)
Г^сумргтм« Н«дгч*а» Медицин библиотека
«КЗ СССР
В большинстве сточных вод промышленных предприятий содержатся вещества, 'действующие ядовито на живые организмы. В зависимости от. технологического процесса состав и количество ядовито действующих веществ в сточных водах могут быть различны. Концентрация веществ в растворе играет очень большую роль в отношении воздействия на организмы. Известно, что безобидные, казалось бы, вещества, как, например, поваренная соль, в больших дозах ядовиты и, наоборот, многие яды в малых количествах не только не вредны, но являются необходимыми для организма и часто служат лечебным целям. При больших концентрациях даже легко усвояемых бактериями органических веществ в сточных водах происходит задержка развития бактерий и для очистки таких вод требуется их разбавление.
Знание степени ядовитости той или иной промышленной воды или входящих в 1ее состав отдельных ингредиентов необходимо при решении вопросов о биологической очистке сточных вод и выпуске их в водоемы общественного пользования. В первом случае нас будет интересовать, какое действие оказывает данная сточная вода или вещество на микроорганизмы и биохимические процессы самоочищения воды, вызываемые ими. При решении же вопроса о выпуске сточных во(д в водоем, помимо выяснения влияния их на микроорганизмы и биохимические процессы, необходимо определить их действие, прямое или косвенное, на более высоко организованные водные формы, в том числе на рыб и пищевые ресурсы водоема!; и обладать знанием влияния отдельных ингредиентов на человека и животных, испСЙьзующих воду, водоема для питья.
Опыты с развитием микроорганизмов в промышленных сточных водах были введены в практику биологической лаборатории Временного комитета! по охране водоемов (ныне Институт ВОДГЕО) проф. Я. Я- Никитинским в 1912 г. как метод определения пригодности данной воды для биологической! очистки и возможности спуска 'е»е в ¡водоем. Метод был основан на следующем. Известно; что при достаточном содержании в сточной воде легкоусвояемых органических веществ в ней быстро развиваются микроорганизмы, питаю-
щиеся этими органическими веществами и переводящие их в более простые соединения. Следовательно, по степени развития микроорганизмов в жидкости, можно судить о содержании в ней легко усвояемых органических веществ и о пригодности ее для биологической очистки. В случае преобладания в сточной жидкости минеральных веществ или трудно минерализующихся органических соединений, а также ядовитых веществ развитие микроорганизмов в сточной воде не произойдет совсем или будет выражено ,очень слабо. Для решения вопроса о возможности применения биологических методов очистки необходимо убедиться в отсутствии ядовитых веществ в стоке, поставив для этого специальный опыт.
Методика проведения опытов была очень проста. Испытуемые воды наливались в цилиндрические сосуды и хранились в лаборатории несколько дней, в течение которых производилось микроскопическое исследование развивающегося населения. Опыты ставились параллельно с натуральной жидкостью и жидкостью, разбавленной чистой водой в разных соотношениях, с целью выяснить степень разбавления, достаточную для того, чтобы парализовать вредное действие на микроорганизмы ядовитых веществ в случае присутствия их в сточной воде.
В 1912 и 1913 гг. биологическая лаборатория провела ряд таких опытов со сточными водами текстильных фабрик. Сточная жидкость разводилась дестиллированной водой, водопроводной водой и мясным бульоном.
Посте длительного перерыва лаборатория в 1927 г. использовала методику для решения вопроса о влиянии щелочной реакции на развитие организмов с целью найти оптимальные условия реакции для очистки сточных вод. Помимо наблюдений за развитием организмов, производилось определение активной реакции и окисляемости жидкости в начале, середине и конце опыта.
В связи со строительством Магнитогорского комбината в 1931 г. перед институтом встал вопрос об очистке фенольных вод. Хотя в заграничной литературе вопрос о природе процесса распада фенола нашел свое освещение, нам пришлось вновь его поставить ввиду появившихся у нас в Союзе противоположных взглядов. Для решения этого вопроса были применены опыты с развитием микроорганизмов в стерильных и нестерильных растворах фенола с учетом количества его в начале и конце опыта.
Помимо выяснения природы процесса, опытами с развитием микроорганизмов был освещен ряд вопросов, необходимых для выработки условий-очистки фенольных вод, как-то: влияние концентрации фенола на скорость распада его, выяснение необходимости минеральных солей, влияние разных источников азота, значение добавок фекальной жидкости и ее оптимальные количества, влияние температуры. Для выяснения приспособления микроорганизмов к фенолу производились повторные добавки его к раствору, в котором уже произошел распад первой порции. Методика опытов была несколько усовершенствована введением количественного учета бактерий по способу Виноградского ^ разные сроки с интервалом в несколько суток. Помимо наблюдений за развитием организмов, производились определения активной реакции.
Аналогичные опыты были проведены в 1933 г. с сырыми и обработанными хлором газогенераторными сточными водами от газификации торфа,, а также с отдельными компонентами их—с уксусной кислотой, метиловым спиртЙЯги пириди^эм. Кроме определений, указанных для опытов с фенолом, производились наблюдения за процессом нитрификации (качественно).
С 1935 г. учет бактерий стали производить посевом на мясо-пептонном агаре, причем интервалы между посевами в начале опыта сократились сначала до двух, а затем до одних суток. Начиная с 1939 г., в методику опытов было введено определение ВПК сточных вод в начале и конце наблюдений. За время с 1935 по 1939 г, по такой методике исследованы воды от газификации древесины, номерных заводов, заводов растительного-каучука, никотинового и др.
Основной целью приведенных выше опытов было выяснение возможности применения биологических методов очистки к сырым или предварительно обработанным сточным водам и установление допустимых концентраций этих стоков в смеси их с фекальными или чистыми водами для напуска на очистные сооружения.
О том, насколько настоящий метод отвечает своему назначению, можно судить, сравнивая полученные этим методом результаты с данными лабораторных опытов по очистке тех же сточных вод. Такие параллельные работы были проведены с водами, содержащими ОВ, водами никотинового завода, газогенераторных станций и меланжевого комбината (работа 1942 г.). Во всех этих случаях получились совпадающие результаты в отношении допустимой для биологической очистки концентрации испытуемых сточных вод.
При решении вопроса о возможности спуска тех или иных промышленных сточных вод в водоемы описанная выше методика постановки опытов с развитием микроорганизмов может дать лишь ориентировочные указания на те изменения, какие произойдут в водоеме ниже спуска сточных вод при том или ином разведении в потоке, но материала для выработки норм спуска сточных вод при помощи производившихся нами определений прлучить нельзя. Для этого требуется более тонкая методика. Исследование рек в районе Риддеровского полиметаллкомбината (в 1938 г.) показало нам, что некоторые ядовитые вещества, входящие в состав промышленных стоков^ исчезают из воды водоемов в результате физико-химических и биологических процессов весьма быстро — за первые часы пробега воды. Поэтому при постановке опытов по выяснению влияния на развитие микроорганизмов ядовитых компонентов сточных вод цветной металлургии в методику было введено наблюдение за изменением содержания испытуемого ингредиента в растворах и более частое определение числа бактерий в опытных смесях, а именно несколько раз в течение первых суток опыта, а1 затем сначала через каждые сутки и несколько реже в конце опыта.
Помимо влияния на бактерий, необходимо также знать, как влияют сточные воды или их ядовитые компоненты на биохимические процессы самоочищения воды, вызываемые микроорганизмами. С этой целью производились определения окисляемости, аммиака, нитратов и активной реакции по ходу опыта, а также ставился отдельный опыт по выяснению влияния разных количеств испытуемого вещества на ВПК. Полученные данные уже могут служить основанием для выработки норм спуска сточных вод. В таком же виде методика была с успехом применена и при решении вопроса о допустимых нагрузках сточных вод от анилинового и сернистого крашения на биологические очистные сооружения.
Применяемая нами в настоящее время методика опытов с развитием микроорганизмов состоит в следующем.
Промышленная сточная вода или испытуемое вещество смешивается с жидкостью, служащей для разведения, в различных соотношениях; смеси в объеме около 2 л наливают в широкогорлые склянки емкостью около 4 л и оставляют стоять при более или менее постоянной температуре в темном или огабо освещенном месте.
Для разведения могут служить, в зависимости от поставленной задачи, дестнллированная или водопроводная вода, питательный минеральный раствор, мясной бульон, фекалъно-хозяйственная жидкость. Наиболее часто мы применяем для разведения фекальную воду, разбавленную по окисляемости приблизительно до 15 мг/л 02- Жидкость, применяемая для приготовления испытуемых растворов, служит контролем при последующих наблюдениях. 'Концентрация сточной воды или вещества в смесях берется большей частью на основании химических анализов производственной воды гл ориентировочных сведений о токсичности вещества. Однако угадать сразу нужные степени разведения не всегда удается, поэтому иногда бывает необходимо повторить опыт уже в более узких наметившихся интервалах концентраций.
В наших опытах количество испытуемых растворов обычно не превышает десяти.
■Серийность опытов обеспечивает получение надежных результатов; в громадном большинстве случаев они получаются настолько логичными и увязанными между собой, что нет никакой необходимости повторять опыт или дублировать его.
Сейчас же после приготовления смесей производится посев на мясо-пептонный агар для учета бактерий, просмотр микроскопического населения жидкости и некоторые химические анализы; определяются: рН, тжисляемость, азог аммонийный и испытуемое вещество. Следующие бактериологические Лосевы делаются обязательно .через 1 час и далее- три-четыре посева в те-.чение первых 12 часов и два посева за вторую половину суток. На вторые сутки делается обязательно два посева, примерно через 36 и 48 .часов от начала опыта. Затем посевы идут с -интервалами в одни сутки, а в конце опыта —реже. Перед посевом жидкость в сосуде равномерно размешивается.
Микроскопические анализы производятся один раз в день, в дни бактериологических посевов. Просматриваются центрифужный планктон и пленка, если таковая имеется, просчитывается количество организмов. Определения рН, окисляемости фильтрованной воды, испытуемого вещества производятся по возможности в те же сроки. Аммиак, нитриты 'И нитраты определяются один раз в 3 дня. Нитриты и нитраты появляются в фекальной жидкости обычно на 8—10-й день опыта, поэтому первые дни определения их можно не делать.
Бактериолопгческие посевы заканчиваются после того, как произойдет снижение числа бактерий, следующее за максимумом их развития. Микроскопические анализы могут быть окончены одновременно с бактериологическими или несколько позже, так же, как и определения рН и окисляемости. За процессами нитрификации и испытуемым веществом необходимо Следить 3—4 недели. «
Помимо наблюдения за растворами в открытых сосудах, ставится отдельный опыт по выяснению влияния испытуемого вещества на биохими-неское потребление кислорода фекальной жидкостью по обычно принятой методике.
Приспособляемость микроорганизмов к испытуемой воде или веществу определяется вторичными добавками этих веществ посте снижения .числа бактерий. Таких добавок можно сделать одну или две.
Масштабом для оценки результатов применяемой нами методики является ход развития микроорганизмов и биохимических процессов в фе-кально-хозяйственной жидкости, который достаточно известен и с которым сравнивается ход процессов в присутствии испытуемых веществ. Опыт показывает нам, что в свежей фекалъно-хозяйственной воде содержится некоторое количество микроорганизмов. В течение первых часов стояния жидкости происходит размножение бактерий, .число которых достигает максимума обычно к концу первых суток, после чего количество .их падает.
При дальнейшем стоянии жидкости чисто бактерий в ней подвергается незначительным колебаниям, причем небольшие подъемы вызваны вторичным загрязнением жидкости за счет отмирания микроорганизмов. ,Через некоторое время после начала опыта, обычно на 2—3-й день, в жидкости развиваются бесцветные жгутиковые и реснитчатые инфузории. С развитием микроорганизмов начинается самоочищение жидкости, в котором принимают участие как бактерии, так и более высоко организованные формы. Органические вещества жидкости разрушаются в процессе жизнедеятельности микроорганизмов и переходят в более простые соединения. Происходящие при этом биохимические процессы находят отражение в изменении реакции жидкости, уменьшении окисляемости и биохимического потребления кислорода, увеличении в первое время количества солевого аммиака и последующего окисления его в нитриты и нитраты и т. д.
Прибавление того или иного количества испытуемого вещества или производственной воды к фекально-хозяйственнои жидкости может произвести различные изменения в микронаселении жидкости и в процессе ее самоочищения. Легко усвояемое органическое вещество или богатая такими соединениями производственная вода, будучи прибавлены в известных дозах к фекальной жидкости, вызовут повышение окисляемости и ВПК жидкости и значительное увеличите числа микроорганизмов в ней по сравнению с фекальной (контрольной) водой. При слишком большой первоначальной концентрации органических веществ в смеси может произойти, наоборот, задержка на некоторое время развития микроорганизмов, тем большая, чем концентрированнее получится испытуемая смесь". Вследствие этого затормозятся и все биохимические процессы самоочищения воды. Наличие в -испытуемых смесях ядовито действующих веществ может привести, в зависимости от концентрации их, к торможению или полной остановке процессов.
При сравнении полученных бактериологических данных, помимо построения кривых развития бактерий, бывает полезным вычисление продолжительности фазы приспособления бактерий (лагфазы) и коэфицнентов размножения и отмирания их по существующим формулам. Эта математик .ческая обработка позволяет более объективно определить степень токсичности отдельных веществ и понять сущность происходящих процессов, связанных с отмиранием и размножением бактерий.
Основанием для такой обработки является .закономерность развития и отмирания бактерий в растворах, содержащих питательные вещества и зараженных бактериями.
Процессы развития и отмирания идут по кривой, которая разделяется на четыре части. Первая часть называется фазой приспособления или лаг,-фазой, когда развития бактерий почти нет, так как в это время происходит приспособление микрофлоры к новым условиям существования. В некоторых случаях эта фаза может отсутствовать. Вторая фаза — логарифмическая — характеризует период быстрого размножения бактерий и выражается формулой:
0 = -1%А '
где б—¡время генерации, т. е. .интервал между двумя последующими делениями клетки, А — начальное число бактерий и В — их число через Ь минут.
Следующая фаза—стационарная, когда количество живых клеток более или менее постоянно; за ней следует фаза угасания —снижения числа! бактерий. Для характеристики этой последней фазы применяется уравнение мономолекулярной реакции:
где ГА —- начальное количество бактерий, В — число их через Ь минут, К— константа процесса (коэфициент скорости отмирания).
В присутствии ядовитых веществ в растворах отмирание бактерий может иметь место и перед лагфазой.
В отношении развития жгутиковых и реснитчатых инфузорий необходимо отметить, что качественный состав их в испытуемых смесях и контрольной жидкости может быть различен даже при небольших колебаниях в химическом составе жидкостей. Необходимо помнить о конкуренции организмов и подавлении одних форм другими, а также о цикличности развития того или иного организма. Следствием биохимических процессов в испытуемых жидкостях при длительном стоянии их является уменьшение питательных веществ в них и накопление, часто ядовитых, лро-
дуктов жизнедеятельности организмов, ,что определенным образом сказывается на микронаселении растворов. Вторичная добавка питательных веществ, новое увеличение числа бактерий еще больше усложняют обстановку. Поэтому при оценке той или иной воды или вещества в отношении их ядовитости для Protozoa надо по возможности учитывать все эти факторы и быть очень осторожным в выводах, особенно имея в виду весьма слабую изученность физиологии этих организмов. Наиболее важным моментом при решении вопроса о ядовитости того или иного раствора для Protozoa является скорость появления организмов в испытуемой воде и степень их развития по сравнению с контролем, а также реакция микроорганизмов на прибавление новой порции испытуемой воды или вещества в ближайшее после добавки время.
Кроме наблюдения за развитием микрооргатшюв в фекально-быто-вой жидкости в присутствии испытуемых веществ, ставятся опыты с водой, взятой из водоемов, к которой добавляются разные количества интересующего вас компонента сточных вод. Сосуды выставляются на свет и время от времени проводится или качественный учет организмов центрифужным методом, или количественный учет камерным методом.
Этими опытами определяется влияние испытуемого вещества на организмы, находящиеся в воде водоема. Опыт должен продолжаться не более 5—7 дней.
Окончательный вывод о допустимой концентрации промышленной воды или отдельного вещества для напуска на очистные сооружения или сброса в водоем делается путем сопоставления всех полученных результатов.
Как видно из изложенного, предлагаемая нами методика вырабатывалась постепенно, и в настоящее время нельзя еще говорить о ее достаточной полноте. В частности, дальнейшее усовершенствование ее может итти по линии тщательного изучения судьбы испытуемого вещества, рати образующихся осадков и т. д.
I
Н. Л. ТЕРЕНТЬЕВА
Химические показатели загрязнения и самоочищения черноземных почв
• Из Украинского института коммунальной гигпены (Харьков)
В большинстве работ по сашгтарному изучению почв авторы их пользуются следующими химическими показателями: органическим углеродом, общим фосфором, общим азотом, окисляемостью водной вытяжки, хлоридами, аммиаком, нитратами, нитритами, сульфатами. Руководства по санитарным исследованиям также рекомендуют указанные показатели для санитарного изучения почв.
Однако доказательств тому, насколько >все - эти показатели отвечают своему назначению — выявлять санитарное состояние . почвы, равноценны ли они в этом смысле ; между собой, отражают ли ход самоочищения почвы и давность ее загрязнения,—в литературе не имеется, за исключением работ Драчева. Этот автор научно подходит к изучению перечисленных вопросов и дает некоторую характеристику отдельных показателей по отношению к подзолистым почвам. к ,
