CC BY
5
2. Бостанджогло А. А., Воропаев Г. В., Исмайылов Г. X. // Вод. ресурсы,— 1980. —№ 6,—С. 5—27.
3. Вайсман Я■ И. // Прогноз состояния и управления качеством окружающей среды в районах промышленных узлов. — Пермь, 1980. — С. 3—5.
4. Родзиллер И. Д. Прогноз качества воды водоемов — приемников сточных вод. — М., 1984.
5. Сидоренко Г. И., Амрин К■ Р- // Актуальные вопросы гигиены и борьбь: с инфекционными заболеваниями в Казахстане. — Алма-Ата, 1980.— С. 87—92.
6. Черкинский С. Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы. — М., 1977.
7. Шпаков А. Е. // Гнг. и сан, — 1985. —№ 10, —С. 12—14.
Поступила 10.10.88
Summary. On the basis of the systems approach principles and a procedure of stage-by-stage space-time prediction of water quality of lengthy water sources were developed under their exposure to scattered sources of environment pollution. The proposed calculation procedure took account of the majority of natural and anthropogenic factors of water quality formation. The error constituted 10—34 % and grew according to the decrease of uniformity of polluti^ji effect or scattered sources at the predicted area of a water source.
© Н. Т. МУЗЫЧУК, 1990 УДК 613.31:614.481-07
Н. Т. Музычук
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ИОНАМИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ В МАЛЫХ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТАХ
(обзор)
Киевский медицинский институт
В нашей стране в комплексе мероприятий по охране здоровья человека важное место занимает подготовка доброкачественной питьевой воды на автономных объектах. Обеспечение питьевой водой лечебно-профилактических учреждений, совхозов, речного флота и т. д. — актуальная задача нашего времени. Особенности этой проблемы заключаются в том, что на небольших объектах ограничивается выбор источников водоснабжения. В то же время высокие темпы индустриализации и урбанизации приводят к поступлению в водные источники загрязняющих примесей многокомпонентного характера, токсичных веществ, возбудителей инфекционных заболеваний. Так, в последние годы артезианская вода, которая получила широкое применение в малых населенных пунктах, не всегда может подаваться потребителю без предварительного обеззараживания. Наряду с этим отмечено снижение способности поверхностных водоемов к самоочищению, что изменяет санитарный режим и обусловливает их вторичное загрязнение. Такое положение усложняет задачу очистки и обеззараживания воды в соответствии с предъявляемыми высокими гигиеническими требованиями к ее качеству и вызывает необходимость индивидуального подхода к составлению схем водо-обработки.
Как показала практика, применение на автономных объектах традиционных технологических приемов подготовки воды нецелесообразно из-за их громоздкости, наличия реагентного хозяйства, большого штата обслуживания. Реальная действительность требует простых и удобных, быстрых и надежных способов обеззараживания. Наиболее универсальным в этом отношении является использование электролитических растворов
серебра. Однако вследствие высокой стоимости^ серебра возникла необходимость замены его другими, более доступными и близкими по своей биологической активности тяжелыми металлами. Наряду с этим, поскольку воздействие предельно допустимых концентраций ионов тяжелых металлов на микроорганизмы малоэффективно, одновременно возник вопрос об интенсификации их действия электрическим полем. Уже первые работы по обеззараживанию воды методами, основанными на использовании электрического тока, привлекли к себе внимание. Так, в работе [20] изучены границы действия слабых токов на микроорганизмы. На основании проведенных исследований показано, что сила электрического тока в пределах 0,1—0,3 мА тотчас вызывала стимул ляцию клеточного деления дрожжей и Е. coli в* нативной водопроводной воде. Н. Г. Ткачук и со-авт. [13] установили интенсивное развитие Bact. agile в сточной воде при силе переменного тока от 9 до 21 мкА и pH среды 7,0. Стимулирующее влияние постоянного тока на свободноживущие, симбиотические азотфиксаторы установлено в работе [6]. Пропускание электрического тока в диапазоне 0,01—0,5 мА через культуру приводило к ускорению клеточного деления и возрастанию биомассы в 1,5 раза. При силе тока 10— 40 мА появлялись сильно вытянутые инволюционные формы и измельченные клетки с измененной биохимической активностью [17].
По данным [7], при напряженности поля 3 кВ/см и времени обработки 1200 с количество клеток Candida tropicalis в обработанной дрожжевой суспензии увеличивалось более чем в 14 раз по сравнению с контролем.
Незначительное обеззараживающее действие^ малоградиентного электрического поля вызвало
необходимость обратиться к полям высокой напряженности, токам высокой и ультравысокой частоты. Бактерицидное действие электрического поля высокой напряженности испытали авторы работы [19]. Было отмечено отмирание Candida utilis, Е. coli в водопроводной воде при 25 1^В/см. По данным (1], гибель Вас. mesentericus в водопроводной воде при исходном содержании 104 клеток в 1 мл наблюдали при напряженности поля 10 kB/см. При этом отмечено снижение pH среды от 7,2 до 4,0—5,0. Согласно данным сообщения [8], воздействие электрического поля 10 кВ/см в течение 30—45 мин приводило к полному отмиранию Вас. subtilis, Вас. mesentericus. В. И. Барабанов и соавт. [2], впервые испытав комплекс электрических воздействий для обеззараживания воды, установили наступавшее изменение фазового состояния дисперсионной среды, что резко уменьшало агрегативную устойчивость биологических примесей и приводило к их коагуляции. Эффект обеззараживания водопроводной воды, содержавшей Е. coli, Bas. anthracoides ^ (5,5-10 и 4,5-105 кл/'мл), составил 95% при оптимальной напряженности поля 40 В/см. О. М. Спивакова [12], проводя исследования на сточной воде, достигала обеззараживания на 99,9 % при затрате энергии 130 кДж/л, токе 12-103 А. Работа [lö] также подтверждает возможность доведения коли-титра сточной воды до его допускаемой величины в питьевой воде при обработке электроимпульсными разрядами (ЭИР). Сточная вода после воздействия ЭИР 50 кВ становилась стерильной при исходном содержании грамположительных кокков, споровых форм, в том числе сенной палочки, 100 млн/мл. При обработке питьевой воды, содержавшей 100 тыс/мл Е. coli, полное отмирание бактерий ^наступало через 7 мин. По данным [11], при "воздействии на сточную воду с исходным коли-титром 4-Ю-6, микробным числом 22-Ю6 — 5-108 1 000 ЭИР отмечали полное отмирание как сапрофитной, так и патогенной микрофлоры. Достижение высокого бактерицидного эффекта при 120 разрядах показано в [4]. После электрогидравлической обработки биологически очищенной сточной воды (с коли-титром 2-Ю4, микробным числом 14 500, БПКб 59) коли-титр равнялся 1, микробное число 15 и БПК5 24.
Наряду с достигаемым обеззараживающим действием исследователи обращают внимание и на консервирующие свойства воды, обработанной ЭИР. П. И. Шорман [15], оценивая консервирование воды ЭИР, пришел к выводу о значении материала электродов. Например, для того чтобы в 50 мл воды сохранялись консервирующие свойства в течение 3 сут, необходимо действие 1,9 Дж/л в течение 72 ч при использовании * медных электродов. По данным Е. Г. Жук и соавт. [5], ЭИР оказывали выраженное влияние на кишечную палочку, споры, золотистый стафилококк за считанные секунды. Вода, обработан-
ная при энергии 2 Дж/мл, приобретала дезинфицирующие свойства, которые сохранялись не менее 4 мес. Обеззараживающее действие разрядов сохранялось даже при значительном содержании органических примесей. По мнению исследователей, в основе бактерицидных свойств разрядов лежит два рода явлений — непосредственное действие разрядов и тяжелых металлов. Эту точку зрения поддерживают авторы [3]. Установление бактерицидного последействия нестационарного электродугового разряда между медными и железными электродами в отношении клеток УФ-резистентного штамма Е. coli нашло отражение в работе [18]. С. Н. Черкинский и соавт. [14] выявили, что вода, обработанная электрогидравлическим методом, приобретала пролонгированные свойства. Действию подвергали колодезную воду, содержавшую от 105 до 7,5-10® кл/л Е. coli. При энергии импульсов 80 Дж бактерицидный эффект составил 82 %, при 200 Дж — 99,85 %. Таким образом, изучаемый процесс обеззараживания является не чисто физическим, а электрохимическим.
В связи с этим возник вопрос о роли электролиза при обработке воды. Изучение бактерицидных свойств электролитического метода показало целесообразность применения его для обеззараживания воды различной степени загрязнения биологическими примесями. По данным Е. С. Мацкевича [9], кратковременное воздействие постоянного тока среднеградиентного электрического поля на культуру Mycrocistis aeruginosa в присутствии добавок неорганических солей, содержащих многозарядные катионы, обеспечивало эффект агрегирования всех клеток водорослей и приводило к их самопроизвольной флотации в объеме обработанной воды. По отношению к микроорганизмам метод способствовал удалению Е. coli и Staph, albus на 99,99 % при 30 В/см за 15—60 с.
О перспективности использования метода интенсификации бактерицидного действия незначительного количества катионов алюминия, железа, цинка электрическим полем сообщается в [19]. Выполненные нами исследования подтверждают, что степень инактивации электрическим полем как переменного, так и постоянного тока в диапазоне напряженности 5—30 В/см при времени воздействия 30—180 с возрастает, но обработанная вода остается эпидемически опасной. Самостоятельное воздействие таких тяжелых металлов, как медь, железо и др., также не обеспечивает надежного обеззараживания воды при инициальном содержании бактерий группы кишечной палочки 105 кл/л, концентрациях металлов, значительно превышающих их ПДК, и продолжительной экспозиции. Только путем интенсификации бактерицидного и вирулицидного действия тяжелых металлов электрическим полем достигается оптимальный режим получения доброкачественной питьевой воды. Так, при
проведении процесса в водопроводной воде отмирание Е. coli, S. typhimurium, Sil. sonnei (9,2-104—1,8-105 кл/л) на 99,99 % наблюдали при концентрации ионов меди 0,1 мг/л, наложении поля 30 В/см и экспозиции 30 с, железа —•: при 1 мг/л и 120 с, бактериофага Т2 Е. coli В — при 180 с [10].
При рассмотрении вопроса о влиянии исследуемых физико-химических факторов на состояние бактериальной клетки важное место занимает изучение ее культуральных, биохимических и серологических свойств. Наши экспериментальные данные свидетельствуют о том, что микроорганизмы, высеянные уже при обеззараживании воды в условиях С£+ =0,01 мг/л, С|+ =0,5 мг/л, Е = 20 В/см, отличались от контрольных. Колонии бактерий, подвергшихся воздействию электрического поля и ионов тяжелых металлов, были куполообразные и плоские, с глянцевой и матовой, сухой, шероховатой поверхностью, имели различный диаметр. Наблюдали крупные распластанные и мелкие точечные колонии, правильной круглой и ризоидной формы, с четким ровным и зазубренным контуром края. По характеру структуры отмечали прозрачные и непрозрачные, зернистые колонии. Изменялся также цвет колоний, появлялась способность субкультур продуцировать белый и желтый пигменты. По консистенции различали как вязкие, тянущиеся за петлей и плотные, с трудом снимающиеся с поверхности питательной среды в виде упругой пленки, так и сухие хрупкие колонии. Проявлялись типичные R-, S-формы колоний и переходящая G-форма. Наблюдали угнетение или отсутствие сбраживания специфичных для исследуемых культур углеводов с кислото- и газообразованием. Например, Е. coli и Е. coli 026 не разлагали глюкозу, лактозу и маннит с выделением газа и кислоты, не образовывали индол и сероводород. Бактерии S. typhimurium, Sh. sonnei либо слабо ферментировали, либо совсем не ферментировали глюкозу и маннит. Патогенные энтеробактерии теряли способность агглютинироваться типовыми адсорбированными сыворотками, что обусловливалось переходом их в R-форму. Полученные варианты изученных культур были стойкими в ряде пассажей на питательных средах. На основании выполненных исследований можно предположить представленный ниже механизм действия ионов тяжелых металлов при наложении электрического поля на бактериальную клетку.
В настоящее время бактериальная клетка рассматривается как коллоидная система, состоящая из воды, белков, нуклеиновых кислот и других веществ, которая несет на своей поверхности электрический заряд. Известно, что бактерии, суспендированные в водной среде, при физиологической величине pH заряжены отрицательно и в электрическом поле, приобретая упорядоченное движение, направляются в сторону анода.
Ионы металлов не только сорбируются цитоплаз-матической мембраной, но и химически связываются с ее функциональными реакционноспособ-ными группами. В своих внешних слоях ноны металлов содержат мало электронов, следовательно, много вакантных атомных орбиталек, что заставляет ионы образовывать максимально возможное число химических связей. При этом электроны внешних слоев обладают высокой энергией, так как они менее прочно связаны с ядром иона. Важную роль играют валентность и заряд металлов. Ионы металлов, содержащие в орби-талях неспаренные электроны, обладают реакционной способностью, проявляющейся в присоединении, замещении, и стремятся к установлению с субстратом клетки ковалентных связей. Ионы большего заряда, к которым относятся медь и железо, сильнее взаимодействуют с ионами противоположного знака, что ведет к уменьшению межионных расстояний и, следовательно, радиусов ионов. Ионы тяжелых металлов образуют с сульфгидрильиыми группами белков бак- ( терий меркаптиды. Потенциальными местами у присоединения ионов металлов к белку являются главным образом способные к ионизации боковые цепи и группы — Н и —С=0 остова пептидной цепи. Анионы аминокислот, нуклеотиды, аденозинтрифосфатаза дают устойчивые комплексы с ионами тяжелых металлов. Аминокислоты координируются к тяжелым металлам через амино- и карбоксильную группы, причем чем ниже значение константы диссоциации, тем выше способность донорного атома к образованию связи с металлом. В соответствии с этим тенденция к связыванию металлов будет изменяться в следующем порядке: карбоксил > аминогруппа. В свою очередь силы внешнего электрического поля повышают энергию электронов тяжелых ме-/ таллов и способствуют активному проникновению^ их в ультратонкие структуры клетки. Наблюдаемое на цейттраферной микрокиноустановке, состоящей из биологического инвертированного микроскопа МБИ-13, кинокамеры и телевизионного экрана, отсутствие подвижности бактерий в электрическом поле при воздействии на них бактерицидных доз металлов позволяет предположить полную утрату заряда с последующим агрегированием, коагуляцией содержимого цитоплазмы. Нарушение функциональной деятельности основных структурных единиц и ферментных систем бактериальной клетки приводило к ее гибели.
Данный метод водоподготовки на автономных объектах получил положительную гигиеническую оценку и по сравнению с использованием ЭИР, воздействием токов высокой и ультравысокой частоты является более доступным, простым, рентабельным, компактным в аппаратурном оформлении. ч
Литература
1. Абрамова И. В. // Электрон, обраб. металлов, — 1969.— № 6. — С. 63.
2. Барабанов В. И., Окинев Р. А., Рукобратский Н. И., Смирнова Л. Ф. // Оздоровление сред электрообработкой.—Л., 1976, —С. 22—26.
3. Бубенцов В. Н. // Электрон, обраб. материалов. — 1978, —№ 5, —С. 67-69.
4. Дольников А. Э., Мельникова К. В.// Гиг. и сан. — 1977, — № 3, —С. 88-89.
5. Жук Е. Г., Шорман П. И. // Предупредительная медицина.— Кемерово, 1973. — С. 115. Кравцов П. В., Кравцова Л. В. // Электрон, обраб. материалов. — 1971, — Кя 5.— С. 70—76.
Т. Краденое В. П. //Там же. — 1978. — № 3. — С. 66— 67.
8. Крепис И. Б., Суденко В. И., Руссу Е. И., Яворская Р. И. И Там же. — 1972. — № 4. — С. 78-81.
9. Мацкевич Е. С.// Гиг. и сан. — 1978. — № 2. —С. 98— 100.
10. Музычук Н. Т., Кульский Л. А.. Григорьева Л. В.// Информация. Новое в науке, технике и производстве.— Киев, 1979.
© В. М. ПЕРЕЛЫГИН. В. П. ПЛУГИН. 1990 УДК 614.771:669.018.674
{
Проблема гигиенического нормирования химических загрязнений в почве получила сзое развитие, начиная с 1976 г., т. е. с выходом первых «Методических рекомендаций по установлению ПДК химических веществ в почве». В связи с накопленным опытом по разработке гигиенических нормативов для веществ разной химической природы, имеющих различные физико-химические константы, токсичность и сроки сохранения во внешней среде, совершенствовались методические приемы и обогащалась теория гигиенического регламентирования [1]. Это нашло воплощение во втором выпуске методических рекомендаций, которые опубликованы в 1982 г. [6]. В них учтены замечания и предложения практической санитарной службы и научных учреждений гигиенического профиля, а также научных учреждений агропромышленного комплекса, гидрометеослужбы [5]. Все это позволило улучшить качество методического документа по нормированию и повысить достоверность разрабатываемых нормативов [13, 14]. Поскольку раздел пестицидов был выделен Минздравом СССР в самостоятельную общесоюзную проблему, то лаборатории гигиены почвы, входящие в общесоюзную проблемную комиссию «Научные основы гигиены окружающей среды», осуществляли нормирование всех остальных токсичных веществ в почве, в том числе тяжелых металлов, нефтепродуктов, сер-ф нистых соединений и других веществ органиче-4 ского синтеза [3]. Первые нормативы были разработаны в 1976 г., а затем стали периодиче-
11. Руденко Л. А., Бретош Р. С.// Электрон, обраб. материалов.— 1974. — № 4.— С. 69—71.
12. Спивакова О. М. // Санитарная техника. — Л., 1970.— С. 80—83.
13. Ткачук Н. Г. II Электрон, обраб. материалов.— 1976.— № 1, —С. 60-62.
14. Черкинский С. Н. и др.//Гиг. и сан.— 1976. — № 2.— С. 7—10.
15. Шорман П. И. И Гигиена и профпатология .— Кемерово, 1973. —С. 83—86.
16. Шпектор Я■ Б. II Электрон, обраб. материалов.—1971.— № 4. — С. 86—88.
17. Blair R. А. И Proc. Soc. exp. Biol. (N. Y.).— 1972. — Vol. 139, N 3, — P. 929—934.
18. Sale A. /.// Biochim. biophys. Acta.—1967, —Vol. 148. — P. 781.
19. Gilliland S. £., Speck M. L. // Appl. Microbiol.— 1967.— Vol. 15. N 5. — P. 1031 — 1037.
20. Stone G. E. //The Botanical Gazette.— 1909. —Vol. 48. — P. 359.
Поступила 10.10.88
ски утверждаться на пленарных заседаниях секции гигиены почвы, а затем представляться на утверждение Минздраву СССР [15—17]. По сообщению на 1980 г., разработаны и утверждены ПДК для 27 химических веществ [15], в том числе для мышьяка, свинца, хрома (VI), ртути. В 1982 г. утверждены нормативы для марганца и ванадия [2], в 1985 г. — для сурьмы, подвижных форм меди, никеля и цинка [17]. В 1987 г. утверждены ПДК. для 10 и в 1988 г. — для 2 химических веществ. Помимо нормативов, принятых для тяжелых металлов, разработаны ПДК для других токсичных веществ: для бенз(а)пирена, изопропилбензола, альфаметилстирола, изопропилбензола + аль-фаметилстирола, суперфосфата (Р2О5), аце-тальдегида, бензола, толуола, жидких комплексных удобрений, гранулированных удобрений и нитратов. В общей сложности в настоящее время разработаны и утверждены ПДК для 50 токсичных веществ в почве. Для каждого из химических веществ опубликована методика аналитического определения их в почве. Все это позволяет санэпидстанциям, агрохимическим лабораториям вести динамические наблюдения за загрязнением почвы химическими обществами.
При установлении наличия техногенного загрязнения почвы, превышающего природный фон, следует руководствоваться «Методическими рекомендациями по обследованию картированного почвенного покрова по уровням загрязненности промышленности выбросами», раз-
В. М. Перелыгин, В. П. Плугин
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В ПОЧВЕ (обзор)
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
