CC BY
163
637.5:628.3
ТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТОЧНЫХ ВОД МЯСОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
О.Б. ИВАНЧЕНКО, Р.Э. ХАБИБУЛЛИН
Санкт-Петербургский государственный университет
низкотемпературных и пищевых технологий
Казанский государственный технологический университет
Одним из методов, позволяющих оценивать воздействие многокомпонентных антропогенных образований на природные среды, является определение их токсичности, характеризующей интегральное воздействие комплекса токсикантов на живые организмы разного уровня организации.
Традиционно биотестирование использовали для изучения токсичности отдельных химических веществ, однако в последнее время этот метод широко используются для оценки антропогенной нагрузки на природные комплексы - почвы, воды и т. д. Применение биотестирования имеет ряд преимуществ перед химическим анализом, средствами которого часто не удается обнаружить неустойчивые соединения, количественно определить малые концентрации экотоксикантов и оценить их опасность. Малые концентрации отдельных соединений, влияя друг на друга, могут проявлять в итоге более высокую или низкую активность, повышая или понижая общий потенциал смеси. Наиболее заметны в этом случае синергические эффекты, которые могут быть зарегистрированы в случае исследования смесей [1, 2].
Наиболее приемлемыми инструментами изучения токсичности сточных вод являются методы биотестирования с использованием природных организмов (микроорганизмов, растений, простейших и др.), которые позволяют в короткие сроки получить интегральную оценку воздействия [3].
Целью данной работы является токсикологическая оценка сточных вод мясоперерабатывающего предприятия с использованием в качестве тест-систем биологических объектов различного уровня организации
- микроорганизмов (Ecsheridhia coli и Sarcina sp.), ветвистоусых рачков (Daphnia magna) и высших растений (пшеницы озимой и редиса красного с белым кончиком), позволяющая всесторонне оценить безопасность сточных вод.
В работе исследованы сточные воды Свияжского мясокомбината (Республика Татарстан), прошедшие локальную механическую очистку и отделение жира в жироловке. Были изучены как нативная сточная вода, так и ее эфирная и водная фракции.
Эфирную фракцию получали экстракцией сточной воды диэтиловым эфиром в объемном соотношении 5 : 1, декантацией с последующим выпариванием эфирного слоя досуха и растворением твердого остатка в диметилсульфоксиде (ДМСО). После растворения остатка 1 мл ДМСО содержал экстракт из 5 мл нативной сточной воды.
Водная фракция представляла собой остаток нативной сточной воды после экстракции эфиром.
Стерилизацию проб осуществляли фильтрацией через стерильные мембранные фильтры Synpor.
Токсикологические исследования сточных вод мясокомбината проводили согласно [4, 5].
Методика основана на определении смертности и изменений в плодовитости ветвистоусых рачков Daphnia magna при воздействии токсических веществ, присутствующих в исследуемой воде, по сравнению с контролем [6]. Острое токсическое действие исследуемой воды на дафний определяется по их смертности за первые 4 сут. Критерием острой токсичности служит гибель 50% и более дафний за 96 ч пребывания в исследуемой воде при условии, что в контроле гибель не превышает 10%. В экспериментах по определению острого токсического действия устанавливают: кратность разбавления сточных вод, вызывающую гибель 50% и более тест-организмов; безвредное разбавление вод, вызывающее гибель не более 10% тест-организмов.
Для определения острой токсичности исследуемой воды рассчитывали процент погибших дафний (А, %) в тестируемой воде по сравнению с контролем после предварительного расчета процента выживших (Аъ %). Процент погибших дафний определяли по формуле
A = X* ~ Xt-100,
X*
где Х* иХ1 - количество выживших дафний в контроле и в тестируемой воде.
Процент выживших дафний определяется по формуле
А1 = 100% - А.
При А < 10% считают, что тестируемая вода не оказывает острого токсического действия. Если А > 50%, тестируемая вода оказывает острое токсическое действие [7].
При определении токсичности по скорости прорастания семян растений семена редиса красного с белым кончиком и пшеницы сорта Мироновская 808 среднеустойчивая раскладывали равномерно на фильтровальную бумагу в чашки Петри и наливали по 5 мл исследуемой сточной воды. Затем чашки оставляли при температуре 20°С. Скорость прорастания семян оценивали в течение 72 ч троекратно с интервалом в сутки.
Если семена в исследуемой воде не проросли по сравнению с контролем или длина корней в процентах от контроля ниже 70, то вода является токсичной и не пригодна для орошения. Порог 70% связан с тем, что почва снижает ингибирующее воздействие токсичных компонентов воды благодаря своей сорбционной способности.
При длине корней свыше 120% от контроля предполагается, что вода обладает стимулирующими свойствами [8].
В качестве контроля использовали свежую родниковую воду. Для опыта брали 50 шт. семян. Повторность 4-5-кратная.
Определение содержания растворенного кислорода в воде проводили на оксиметре HI 9143 (Hanna Instruments).
Токсические свойства воды и ее составляющих по отношению к микроорганизмам определяли путем сравнения роста штаммов на полноценной питательной среде как в присутствии исследуемых образцов (опытные варианты), так в их отсутствие (контроль).
Сточные воды мясоперерабатывающих предприятий богаты органическими компонентами, что приводит к интенсивным процессам их микробного и химического окисления, сопряженным с потреблением растворенного в воде кислорода [9, 10]. В связи с этим определяли содержание растворенного кислорода в нативных сточных водах и при их разведении. Концентрация О2, мг/л, составила:
Нативный сток 0,1
Разведение сточной воды:
1 : 1 1,6
1 : 2 2,2
1 : 3 4,5
Контроль 7,5
Как видно из приведенных данных, разбавление нативной сточной воды, весьма бедной растворенным кислородом, биологизированной водой приводило к ее обогащению растворенным кислородом. Для устранения возможного влияния флуктуации растворенного кислорода на результаты определения выживаемости дафний все дальнейшие исследования проводили после насыщения исследуемой воды кислородом воздуха.
Результаты исследования острой токсичности сточной воды на ветвистоусых рачках Daphnia magna
- количество погибших за 48 ч дафний, %:
Контроль 0
Сток без разведения 100
Сток в разведении:
1 : 1 100
1 : 2 100
1 : 3 100
1 : 20 99 ± 1,0
1 : 40 92 ± 2,3
1 : 60 50 ± 3,2
1 : 80 20 ± 5,0
1 : 100 0
Нативный сток и его разведения 1 : 1, 1 : 2 и 1 : 3 уже через 24 ч вызывали гибель 100% дафний. Минимальное разведение, при котором сточная вода не оказывает острого токсического действия на исследуемый водный тест-объект, составляет 1 : 100.
Результаты опыта оценки фитотоксичности на семенах растений по скорости их прорастания представлены в табл. 1.
Таблица 1
Объект исследования Число проросших семян, %, через ч
24 48 72
Контроль 97,0/96,0 97,0/98,0 98,0/100,0
Нативный сток 87,4/89,5 93,2/95,0 96,7/96,5
Разведение 1 : 1 94,7/91,1 96,7/96,5 96,7/96,5
Примечание: числитель - пшеница, знаменатель - редис.
Исследуемая сточная вода заметно влияет на прорастание семян пшеницы и редиса лишь в первые сутки проведения опыта. Через 72 ч число проросших семян в опытах с нативным стоком и в разведении 1 : 1 практически выравнивается. Ингибирование прорастания семян практически не выявляется и составляет 1,4 и 3,5% для пшеницы и редиса соответственно. Статистическая обработка полученных результатов по критерию Стьюдента показала, что разница статистически недостоверна Таким образом, сток нативный и в разведении 1 : 1 не проявил заметной фитотоксичности. Вместе с тем очевидно, что в сточной воде присутствуют вещества, способные ингибировать прорастание семян пшеницы и редиса в первые сутки воздействия.
Для изучения токсичности сточной воды в отношении микрооргнизмов проводили исследования на бактериях Ecsherichia coli и Sarcina sp., являющихся естественными обитателями природных биоценозов, но имеющих различия в строении покровных клеточных структур. Принято считать, что угнетение роста микроорганизмов более чем на 50% является показателем токсичности и такая сточная вода оказывает на биоценоз в целом неблагоприятное воздействие.
В качестве объектов исследований в опыте использовали нативный сток, а для выявления вклада в изучаемый эффект отдельных его составляющих - эфирную и водную фракции. Результаты исследований представлены в табл. 2.
Таблица 2
Выживаемость, %
Микроорганизмы Контроль Нативный сток Эфирная фракция Водная фракция
Escherichia coli 100,0 92,0 95,2 90,0
Sarcina sp. 100,0 93,0 99,0 96,7
Сточная вода мясоперерабатывающего комбината практически не влияет на выживаемость микроорганизмов - естественных обитателей природных биоценозов. Необходимо отметить, что клетки Escherichia соїі оказались более чувствительными к действию нативного стока и его составляющих.
Водная фракция, оставшаяся после удаления из стока эфирной фракции, проявила практически те же токсические свойства, как эфирная фракция и нативный сток.
Вместе с тем максимальный токсический эффект, зарегистрированный в опыте, не превышает 10%.
Сточные воды пищевых предприятий, в частности мясоперерабатывающих, кроме веществ животного происхождения (белок, жир и т. п.), содержат огромное количество химически синтезированных соединений -остатки пищевых добавок, улучшителей, стабилизаторов структуры и окраски (нитриты, фосфаты), а также моющие и дезинфицирующие вещества (кислоты, щелочи, хлорсодержащие препараты), используемые на производстве и поступающие в сточные воды вместе с промывными водами. Они могут значительно повышать токсичность смеси веществ из состава сточных вод [11, 12].
Результаты экспериментов показали, что сточные воды мясоперерабатывающего предприятия дефицитны по кислороду, а биотестирование на организмах разных уровней организации свидетельствуют о различной реакции тест-объектов на комплекс соединений, находящихся в водах. Более чувствительны ветвистоусые рачки Daphnia magna, клетки микроорганизмов и растений толерантны к воздействию.
Согласно результатам исследований, непосредственный сброс сточных вод мясоперерабатывающих предприятий в природные водоемы представляется не
вполне безопасным, целесообразно их использование для орошения почв сельскохозяйственного назначения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Saffiotti V. Evaluation of mixed exposure to carcinogens and correlation of in vivo and in vitro systems // Environ. Health Perspect. - 1983. - 47. - P. 319-324.
2. Toxicity characterization of complex mixtures using biological and chemical analysis in preparation for assessment of mixture similarity / L. Cizmas, T.J. McDonald, T.D. Phillips et al. // Environ. Sci. Technol. - 2004. - 38. - № 19. - P. 5127-5133.
3. Дятлов С.Е. Роль и место биотестирования в комплексном мониторинге морской среды // Экология моря. - 2000. - № 5. -С. 83-87.
4. Методическое руководство по биотестированию воды РД-118-02-90. - М., 1991. - 48 с.
5. Методика определения токсичности воды по смертно -сти и изменению плодовитости Дафний ПНДФТ 14.1:2:3:4.3-99. -М., 1999.
6. Исакова Е.Ф., Колосова Л.В. Проведение токсикологи -ческих исследований на дафниях // Методы биотестирования качества водной среды. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - С. 51-62.
7. Крайнюкова А.Н. Биотестирование в охране вод от загрязнения // Методы биотестирования вод. - Черноголовка: Мир, 1988. - С. 4-14.
8. СанПиН 2.1.7.573-96. Гигиенические требования к ис -пользованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения.
2.1.7. Почва, очистка населенных мест, бытовые промышленные отходы, санитарная охрана почвы. - М., 1997. - 36 с.
9. Caixeta C.E., Cammarota M.C., Xavier A.M. Slaughterhouse wastewater treatment: evaluation of a new three-phase separation system in a UASB reactor // Bioresour Technol. - 2002. - 81. -№ 1. - Р. 61-69.
10. Thayalakumaran N., Bhamidimarri R., Bickers P.O.
Biological nutrient removal from meat processing wastewater using a sequencing batch reactor // Water Sci. Tecnol. - 2003. -47. - № 10. -P. 101-108.
11. Olive oil mill wastewater treatment using a chemical and biological approach / A. Fiorentino, A. Gentili, M. Isidori et al. // J Agric Food Chem. - 2004. - 11. - № 52. - P. 5151-5154.
12. Toxicity of model aliphatic amines and their chlorinated forms / W.L. Gong, K.J. Sears, J.E. Alleman et al. // Environ Toxicol Chem. - 2004. - 23. - № 2. - P. 239-244.
Кафедра пищевой биотехнологии Кафедра технологии пищевых производств
Поступила 03.05.05 г.
576.8.66
РОЛЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА В ТОКСИЧНОСТИ ОКУЛЬТУРЕННОЙ ПОЧВЫ
М.Д. НАЗАРЬКО
Кубанский государственный технологический университет
Явление токсикоза почв при образовании в них токсинов известно в практике сельского хозяйства давно [1, 2]. Оно проявляется в резком угнетении растений и снижении урожая. Как правило, токсикоз почв связан с бессменным культивированием одной культу-
ры. Большое значение в возникновении токсикоза почв имеют токсичные продукты жизнедеятельности микроорганизмов.
Токсикоз почв может воздействовать и на микроорганизмы [3]. Многими авторами отмечена корреляция между угнетением определенных микроорганизмов и угнетением растений [4, 5].
