CC BY
2
О И. А. БОГАТЫРЕВА, 2007 УДК 614.777
И. А. Богатырева
ТРЕКОВЫЕ МЕМБРАНЫ В ФИЛЬТРАЦИОННОМ МЕТОДЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ ПО БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
Современная практика санитарно-бактериологического анализа воды свидетельствует, что наиболее оптимальным является метод мембранной фильтрации [6], который позволяет определять число бактерий в первичном посеве, превосходит по точности титрационные методы с использованием сред накопления, отличается простотой и экономичностью. При инкубировании посевов на фильтрах и выращивании изолированных колоний устраняется зозможное неблагоприятное влияние микробного антагонизма, бактериофагии и других факторов, действующих при совместном культивировании разнообразных микроорганизмов в средах накопления [5]. В то же время нет нормативного документа, который четко определяет тип мембранных фильтров, необходимых для использования при анализе воды. Установлено общее положение, в соответствии с которым фильтры не должны обладать свойствами, ингибирую-щими или стимулирующими рост микроорганизмов [2]. Поэтому при выборе мембран, отличающихся по химическому составу и структуре пор, необходима оценка их эффективности при выделении микроорганизмов из воды при контроле эпидемической значимости воды.
В России в промышленном и опытно-промышленном масштабе микрофильтрационные мембраны и модули на их основе производятся рядом фирм. Выпускаются мембраны на основе производных целлюлозы, полипропилена, поликапроамида, фторированных полимеров и других материалов. Мембраны получают из растворов полимеров одним из трех способов: сухим, мокрым или сухо-мокрым формованием. В основе образования пористой структуры лежат процессы фазового распада в системе полимер—растворитель [1]. Управлять этими процессами чрезвычайно сложно, и, как правило, пористая структура полимера получается непредсказуемой, а именно не всегда удается получить мембрану с заданными размерами, формой и распределением пор. В настоящее время только несколько крупнейших зарубежных фирм ("Миллипор", "Папл", "Сарториус") в совершенстве владеют технологией формирования анизотропных сетчатых мембран и производят высокоселективные мембраны. Предприятия России, производящие мембраны, не обладают
технологией производства высококачественных мембран для бактериологических анализов на уровне зарубежных аналогов.
В настоящее время получил широкое применение новый класс микрофильтрационных мембран, отличающихся правильной, строго контролируемой геометрией пористой структуры — трековые мембраны (ТМ). В основе получения таких микрофильтров лежит процесс облучения тонкой полимерной пленки (10—20 мкм) ускоренными многозарядными тяжелыми ионами с их последующей физико-химической обработкой, в результате чего в пленке по следам (трекам) тяжелых ионов формируются сквозные однородные поры. ТМ характеризуются исключительно малой дисперсией пор по размерам (до 5%), а следовательно, достаточно высокой селективностью, имеют низкую адсорбционную способность по отношению к вирусам, бактериям, биополимерам, допускают рабочую температуру до 120'С и стерилизацию в автоклавах, практически не содержат компонентов, способных мигрировать в-фильтрат [1,7]. Следует отметить еще одно существенное отличие ТМ от традиционных сетчатых. Для ТМ характерен ситовый механизм задержания микрочастиц на поверхности, размеры пор не меняются в процессе фильтрации.
Целью исследования явилась комплексная оценка отечественных ТМ, изготовленных из полиэтилентерефталатной пленки и сетчатых мембран "Владипор" из ацетатцеллюлозы, используемых практическими лабораториями, контролирующими качество воды по бактериологическим показателям. Мембранные фильтры оценивали по ряду основных свойств, наиболее существенных для исследования качества воды: эффективности задержания микроорганизмов, производительности, характеристике физических параметров мембраны, оценке возможности выполнения оксидазного теста. Эффективность задержания микроорганизмов мембранами "Владипор", "Миллипор", ТМ определяли методом мембранной фильтрации воды с внесенной туда взвесью суточных культур: Ps. aeruginosa 10145, Е. coli 1257, Staph, aureus 906. Оксидазный тест проводили путем накладывания фильтра с бактериями на фильтровальную бумажку, обильно смоченную оксидазным реактивом (тетраметил-п-фс-нилендиамин дигидрохлорид). Отмечали время начала и конца
Таблица 1
Сравнительная характеристика мембран, применяемых для анализа качества воды
Мембраны
Параметр оценки мембранных фильтров трековые сетчатые
"Владипор" "Миллипор"
Диаметр пор, мкм Внешний вид мембраны
Влияние стерилизации кипячением на мембрану
Влияние материала, из которого изготовлена мембрана, на ферментативную активность бактерий
Особенности роста бактерий Е. coli на фильтре
Сопутствующий рост посторонних бактерий, мешающий учету колиформных бактерий
Оксидазный тест Время проявления:
0,40 0,45 0,45 Мембраны ровные, однородные по толщине; повреждение краев и поверхности мембран отсутствует; загрязнений и механических включений не наблюдается
Обратимая деформация у 10% Необратимая деформация мем- Обратимая деформация у 10%
бран с уменьшением диаметра образцов, размер диска мем-диска на 2 мм
Не отмечено
образцов, размер диска мембраны не изменился
браны не изменился
Колонии четкие, средние, равномерно распределены по поверхности фильтра
Слабый
Колонии среднего и крупного размера, часто имеют размытые, неровные края, вытянутые; наблюдается много сросшихся колоний
Обильные, мешает учету коли- Умеренный формных бактерий, часто наблюдаемый сливной слизистый рост
Колонии среднего и крупного размера; иногда имеют размытые, неровные края; есть сросшиеся колонии
начало реакции 8с 20 с 15 с
окончание реакции 40 с 80 с 75 с
Скорость фильтрации 100 мл,
сек 61 45 28
Рис. I. Поверхность трековой мембраны.
реакции. Определяли скорость фильтрации 100 мл исследуемой пробы воды.
Результаты сравнительной характеристики ТМ, сетчатых мембран "Владипор" и сертифицированных по международным стандартам мембран "Миллипор" (США) приведены в табл. I. Выявлена необратимая деформация мембран "Владипор" с уменьшением диаметра диска на 2 мм после кипячения в дистиллированной воде в течение 5 мин. В противоположность этому у ТМ и мембран "Миллипор" отмечалась обратимая деформация у 10% образцов от общего количества стерилизованных мембран без изменения диаметра диска мембраны.
Чтобы определить возможное влияние материалов, из которых изготовлены мембраны, определяли скорость протекания ферментативной реакции путем посева уколом в полужидкий агар с лактозой колоний штамма Е. coli 1257, посеянных методом мембранной фильтрации на исследуемые мембраны и газоном на твердую питательную среду (Эндо). Время окончания реакции оказалось одинаковым как для колоний, посеянных с фильтра, так и для колоний, посеянных со среды, и составило 3—3,5 ч с момента посева. Эксперименты показали, что как по-лиэтилентерефталат (ТМ), так и ацетат целлюлозы ("Владипор") не влияют на ферментативные свойства бактерий Е. coli — представителя индикаторных бактерий семейства Enterobacteriaceae, что свидетельствует о нейтральности материалов, из которых изготовлены исследуемые мембраны для бактерий.
В результате сравнения морфологических признаков колоний. вырастающих на мембранах, установлено, что колонии на мембране "Владипор" часто имеют вытянутую форму, размытые неровные края, наблюдается много сросшихся колоний, повышен рост посторонней микрофлоры, мешающей определению колиформных бактерий и Е. coli в воде. При оценке же ТМ выявлен ряд их преимуществ по сравнению с мембранами "Владипор". Колонии микроорганизмов на ТМ растут отдельно, контурированные, правильной формы, легко снимаются с фильтра, рост посторонней микрофлоры практически отсутствует |4].
Анализ данных литературы показал, что структура поверхности мембраны влияет на характер распределения бактерий на фильтре. На рис. 1 и 2 представлены поверхности ТМ и сетчатой мембраны. При фильтрации через сетчатые мембраны вода в первый момент проходит через крупные поры и по мере их забивания поступает в более мелкие. Бактерии, поскольку их плотность практически совпадает с плотностью воды, двигаются по линиям тока воды и поэтому попадают сначала в крупные поры, застревая в глубине мембраны. Это приводит к неравномерности распределения бактерий по поверхности мембраны и частично по ее глубине, что отрицательно сказывается на качестве бактериологической оценки воды. Калиброванные поры ТМ однородно распределены по гладкой поверхности, процесс фильтрации протекает равномерно по всей площади мембраны и, следовательно, бактерии равномерно распределяются на поверхности, не проходя в поры. В результате на ТМ вырастают четкие изолированные колонии, равномерно распределенные по фильтру.
В экспериментах по выполнению оксидазного теста на ТМ определена более высокая скорость протекания реакции по сравнению с сетчатыми мембранами. Оксидазный тест сраба-
тывает равномерно па всей поверхности исследуемых мембран. Так, время от наложения мембраны на реактив до начала реакции: на ТМ — 8 с, "Миллипор" — 15 с, "Владипор" — 20 с. Такое преимущество обусловлено структурой пор ТМ: калиброванных, цилиндрических, равномерно распределенных на поверхности.
Определена эффективность задержания на ТМ и "Владипор" микроорганизмов с различной формой и размером клеток: Е. coli. Staph, aureus, Ps. aeruginosa (табл. 2). При этом эффективность задержания микроорганизмов сертифицированными по международным стандартам мембранами "Миллипор" была принята за 100%. Наибольшая эффективность по задержанию бактерий Е. coli 1257 была установлена у ТМ и составила 142%, "Владипор" — 106%. Бактерии Staph, aureus 906 также лучше всего задерживаются ТМ, эффективность которых составила 107%, "Владипор" — 97%. Получена несколько меньшая эффективность ТМ в отношении Ps. aeruginosa — 85%.
Установлено, что ТМ обладают высоким концентрирующим эффектом вышеназванных бактерий независимо от уровня бактериального загрязнения (103—105 КОЕ/ЮО мл). Ни в одной серии экспериментов не было зафиксировано клеток искомых бактерий в фильтрате. Согласно методике и критериям оценки мембранных фильтров, используемых для микробиологических анализов, по стандарту ISO 7704-85 [3] у ТМ выявлен высокий процент средней эффективности задержания модельных микроорганизмов (95%) по сравнению с прямым посевом при допускаемом значении — не менее 80%.
Таким образом, проведенная работа выявила ряд преимуществ ТМ по сравнению с применяемыми в настоящее время в нашей стране сетчатыми мембранами. ТМ по ряду основных свойств, наиболее существенных для исследования качества воды, превосходят мембраны, выпускаемые на данный момент в нашей стране, и не уступают зарубежным сертифицированным мембранам по физическим параметрам, особенностям роста колиформных бактерий, скорости выполнения оксидазного теста, эффективности задержания различных микроорганизмов.
Серийный выпуск ТМ позволит решить важную задачу обеспечения практических лабораторий федерального и ведомственного значения надежными средствами аналитического контроля качества воды на основе высокоэффективных мембранных фильтров, изготовленных из более дешевых отечественных материалов, как альтернатива дорогостоящим импортным и менее качественным отечественным мембранам.
Таблица 2
Эффективность задержания микроорганизмов различными мембранами
Мембранный фильтр Эффективность задержания микроорганизмов, %
Е. coli 1257 Ps. aeruginosa 10145 Staph, aureus 906
ТМ 142 ± 40 85 + 9 107 ± 18
"Владипор" 016 ± 16 92 ± 3 97 ± 10
"Миллипор" 100 100 100
Рис. 2. Поверхность сетчатой мембраны
Литература
1. Брок Т. Мембранная фильтрация: Пер. с англ. — М., 1987.
2. ГОСТ Р 52426—2005. Вода питьевая. Обнаружение и количественный учет Escherichia coli и колиформ-ных бактерий. Ч. 1. Метод мембранной фильтрации.
- М., 2006.
3. ИСО 7704—85. Оценка мембранных фильтров, используемых для микробиологических анализов. — М., 1985.
4. Колбасникова И. А., Недачин А. Е. // Вода, напитки, соки, технологии и оборудование: Материалы науч,-практ. конф. Москва, ВВЦ, 26—29 сентября 2006 г.
- М., 2006. - С. 29-30.
5. Koput JI. Е., Артемова Т. 3. Ускоренные методы са-нитарно-бактериологического исследования воды.
- М„ 1978.
6. МУК 4.2.1018—2001. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды: Метод, указания. — М., 2001.
7. Фурсов Б. И. Возможности и перспективы промышленного производства трековых мембран. — Обнинск, 1992.
Поступила 16.01.07
Summary. The paper describes a new class of microfiltra-tion track membranes (TMs) proposed for laboratories to carry out a sanitary water bacteriological test. TMs have a strictly reference pore structure, a low sorption capacity do not contain the components that able to migrate into the filtrate, they are noted for a screening mechanism of holding microparticles onto the surface. The TMs made in Russia, the reticular membranes "Vladipore", and the foreign Millipore membranes certified by the international standards were comprehensively assessed.
TMs are superior to the membranes manufactured in Russia at the moment in a number of basic properties that are most essential for the study of water quality and to foreign certified membranes in physical parameters, the specific features of growth of coliform bacteria, the rate of performance of an oxidase test, and the efficiency of retention of various microorganisms.
Методология и практика социально-гигиенического мониторинга
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2007 УДК 614.7:33
П. В. Тархов, А. А. Сафиумин, А. П. Кругляк, Ю. Н. Чоботок К ПРОБЛЕМЕ КОМПЕНСАЦИИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА
Сумский государственный университет, Украина; НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
Компенсация социально-экологического ущерба на уровне городов — насущная задача обеспечения конкурентоспособности территорий, залог их привлекательности для инвесторов, обеспечивающий опережающий рост качества жизни на этих территориях, соответственно их финансовую устойчивость. И если у нас о ней стали говорить только сейчас, то в развитых странах она уже обсуждалась в конце 80-х — начале 90-х годов [6].
В настоящее время есть только отдельные и разрозненные расчеты отдельных ущербов здоровью населения и компенсации ущерба [1]. Поэтому сейчас стоит задача свести эти отдельные расчеты в интегральную методику определения ущерба и его компенсации на уровне территорий, субъекта хозяйствования и физического лица.
Экстенсивное развитие производства как в период СССР, так и на первом этапе становления независимых постсоветских государств привело к тому, что фактически в больших промышленных городах экологическая нагрузка приводит к формированию жизненеблагодатной среды. Главная причина — чрезмерная концентрация предприятий, которые взаимно негативно влияют друг на друга, снижая качество жизни работающих, т. е. человеческого капитала как главного фактора производства. Такое положение является следствием высокого уровня количественного развития производства [2].
Рассматривая производственный процесс в чистом виде, подразумевают, что все издержки производства, в том числе и социальные, учитываются и возмещаются через цены на основную продукцию. На практике загрязнение окружающей среды отходами производства порождает некомпенсируемые издержки в социальной сфере, т. е. возникает ситуация, когда издержки производства "переносятся" на объекты, непосредственно не участвующие в производственном процессе. Одним из таких объектов является непосредственно сам человек, а именно состояние его здоровья [5]. Вследствие этого наблюдается отток зажиточной части населения и экономическая деградация территории.
Призывы к очистке отдельных природных сред или всей их совокупности не имеют смысла, потому что это невозможно ни экономически, ни технологически. Поэтому нужно изменять медико-экологическую парадигму борьбы с убытками здоровью только путем выполнения гигиенических нормативов, что не
отменяется совсем. Сейчас мы предлагаем сосредоточиться на компенсационных мероприятиях для немедленной остановки деградации и вымирания популяции [3].
Для этого необходимо, чтобы гигиенические рекомендации и проекты не только решали задачи по снижению химического давления на здоровье людей, но и позволяли их экономическую интерпретацию, как с точки зрения оптимизации затрат на них, так и с точки зрения снижения инвестиционных расходов на защиту среды обитания исследуемых контингентов (реципиентов инвестиционных социально-гигиенических проектов). К сожалению, во многом эта работа тормозится (достаточно оправдано) дискуссиями по поводу правомерности тех или иных методов и методик исчисления экономического ущерба и эффективности комплексных социально-гигиенических мероприятий [4]. В советский период были утверждены единые методики определения экономического ущерба на стадии проектирования. Однако местные расчеты ущерба отличались большим разнообразием подходов, связанным с традициями отдельных научных коллективов и ученых различных отраслей, что вело к несогласованию отдельных расчетов. В настоящее время конкретные расчеты проводятся как в рамках системы платежей за загрязнение (в том числе и в виде стоимостных расчетов), так и в научном общественном процессе без реального приведения получаемых величин к какой-то известной исходной базе.
Целью данной работы является обсуждение принципов и базы для специализации расчетов и интеграции управления в определении компенсации социально-экологического ущерба здоровью населения.
Для подсчета суммарного ущерба очень важно учесть все основные факторы, влияющие на его величину. Мы выделяем четыре основные группы факторов, которые необходимо учитывать при расчете ущерба:
— факторы источника, такие как состояние промышленной отрасли, уровень применяемых технологий и очистки и т. д.;
— факторы коммуникаций, такие как географические особенности, топология местности, погода, тип грунта, и т. д.;
— факторы объекта, такие как этнография населения, демографические, социальные, экономические факторы и т. д.;
— факторы определения, такие как применяемые гипотезы, модели, оценки стоимости, предельные уровни к т. д.
