CC BY
2
Гигиена воды, санитарная охрана водоемов и почвы
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1997 УДК 614.777:628.162.841-07
В. С. Журков, В. В. Соколовский, Т. Е. Можаева, В. И. Миркис, В. И. Борисов, Л. В. Ахальцева
ВЛИЯНИЕ ХЛОРИРОВАНИЯ И ОЗОНИРОВАНИЯ НА СУММАРНУЮ МУТАГЕННУЮ
АКТИВНОСТЬ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва, Мосводоканал НИИ проект
В последние годы проблема канцерогенной опасности для человека химических веществ, образующихся при хлорировании воды поверхностных водоисточников, становится одной из приоритетных [4, 10, 111. Для эффективного контроля за содержанием в воде мутагенов и канцерогенов в настоящее время используется оценка суммарной мутагенной активности (СМА) воды [2, 7]. Под СМА понимается характеристика мутагенной активности всей суммы химических загрязнений воды при использовании в качестве индикаторов различных биологических тест-объектов. Уровень СМА воды является биоиндикатором ее качества, позволяющим дать интегральную оценку ее загрязнения мутагенами и канцерогенами. Наиболее адекватным и распространенным тестом оценки СМА является метод 5а1пюпе11а/мик-росомы, позволяющий, используя разные штаммы, выявлять мутагены различного механизма действия, а вводя варианты без метаболической активации и с таковой, выявлять эффекты не только самих веществ, но и их метаболитов [6].
Цель настоящей работы — оценить влияние хлорирования, озонирования и хлорирования с последующим озонированием на СМА воды Волжского водоисточника.
Эксперименты выполнены на полупроизводственной установке Мосводоканал НИИ проекта. Схема режимов обработки воды представлена на
Исходная вода
ф Ов о,5 ОзФ 0,5
1
И И И
Or ОТ Or
аьл Фил Фил
С7г г,о С1г ■г,о С1г 2,0 с'г 4,0 сгг 4,0 С1г 4¿7
ф Оз 0,5 Оз 3,8 Оз 0,5 ОуФ Oy5
к И К И И И
Or Or Or Or Or Or
Фил Фил Фил Фил Фил Фил
Иол ИОЛ Иол
!90 1ВО /во
/V/ N2 Л/3
Иол Иол Иол Иол Иол Иол
/во res 20S 'во ПО 220
N4 А/5 N6 /V7 Mff N3
Рис. 1. Схема режимов обработки воды и объемы испытанных
проб.
CIi — хлорирование и дозп хлора, мг/л; ф — флотация; Oj — озонирование и доза озона, мг/л; Oj0— озонофлотаиия н доза озона, мг/л; К — коагуляция; От — отстаивание; Фш — фильтрации; Кол — пропускание пробы волы через колонку с Separan SE и объем пробы, л; N¡ 1— № 9 — номера режима.
рис. 1. Исходная вода Волжского водоисточника либо не подвергалась обработке окислителями (режим № 1), либо обрабатывалась разными дозами хлора и озона изолированно, либо первоначально хлором и затем озоном. В последних вариантах интервал между хлорированием и озонированием был от 20 до 30 мин. Озонирование было в обычном варианте и в виде озонофлотации (режимы № 3 и 9). В контрольном режиме и режиме № 4 перед коагуляцией проведено барбатирование
(0,1 м3/м2/ч). Последующие этапы обработки воды во всех режимах включали коагуляцию (доза коагулянта по А120з от 8,8 до 9,0 мг/л); 2-часовое отстаивание в горизонтальном отстойнике; фильтрацию через двухслойный скорый фильтр (керамзитовая крошка + песок) со скоростью 8 м/ч.
Порядок концентрирования химических загрязнителей и подготовки проб для тестирования представлены на схеме.
Пробы химических загрязнений воды для оценки СМА готовили по ранее описанной методике |6, 8, 9]. Воду в объеме от 160 до 220 л пропускали через колонку с полимерным сорбентом Separon SE (фирма TESSEK, Прага). Сорбент высушивали при комнатной температуре и проводили в колбе экстракцию органических загрязнений ацетоном (150 мл). Ацетон выпаривали до сухого осадка, который растворяли в 1,5 мл диме-тилсульфоксида (ДМСО).
Анализ мутагенной активности концентратов воды проводили в стандартном тесте Эймса на
Схема оценки СМА воды
Фильтрация воды через колонку с полимерным сорбентом Separon SE (160—220 л) _
т
Высушивание сорбента при температуре 37°С
f
Элюирование химических загрязнений ацетоном (150 мл)
f
Выпаривание ацетона и растворение осадка в 1,5 мл ДМСО
f
Анализ мутагенной активности в тесте Эймса на штаммах Salmonella typhimurium ТА 100 и ТА 98 в вариантах с неполной и полной метаболической активацией. На чашку вносят 0,1 ли исходного концентрата и его разведения 1:5 и 1:25
Результаты анализов СМЛ воды после различных способов водообрабогки
№ режима Доза хлора, мг/л Доза озона, мг/л УО, л ИКР, л
ТА 100 TA9S ТА 100 ТА 98
см- СМ+ СМ- СМ+ см- СМ+ СМ- СМ+
4 2,0 0.74 1,98 1.58 10,43 23,0 + 8,9 18,8 + 1.9 10,6 + 0,3 2.4 + 0,3
5 2,0 0.5 2,24 нз 7.38 нз 15,3 + 4,4 нз 2,2 + 0,5 нз
6 2,0 3,8 5.31 1,82 9.43 нз 16,0 + 1,2 10,0 + 3,4 1,8 + 0,2 нз
7 4.0 — 0,40 1,25 3,89 6,92 53,4 + 5,1 27.0 + 5.3 12.0 + 1.9 5,1 + 0,9
8 4,0 0,5 1,81 7,38 1.79 10,21 25,7 + 3,0 18,3 + 1,4 9,6 + 0,7 1,8 + 0,7
9 4.0 0.5* 1,41 1,36 4,79 8,17 38,3 + 4,2 25,5 + 2,6 8,0 + 1,2 8,0 + 0,4
Примечание. Звездочка — озонофлотация. нз — отсутствие мутагенного эффекта.
штаммах Salmonella typhimurium ТА 100 и ТА 98 в вариантах без (СМ-) и в присутствии (СМ+) системы метаболической активации [5]. Для метаболической активации использовали 9000 g фракцию гомогената печени самцов крыс Вистар, которым за 5 дней до забоя вводили индуктор со-вол в дозе 300 мг/кг [11.
В опыте испытывали 0,1 мл исходного концентрата на чашку и его разведения с ДМ СО 1 : 5 и 1 : 25. При этом 0,1 мл исходного концентрата эквивалентна количеству загрязнений из 1/15 объема воды, пропущенной через колонку, а 0,1 мл разведений — соответственно 1/75 и 1/375. В каждом опыте был контроль с растворителем и позитивный контроль со стандартными мутагенами: нитрит натрия 10 мкг/чашка для ТА 100, MC—; циклофосфамид 500 мкг/чашка для ТА 100, МС+; ДДДТДП 50 мкг/чашка для ТА 98, MC- и бромид этидия 10 мкг/чашка для ТА 98, МС+. На каждую точку в опыте ставили по 2 чашки.
Мутагенный эффект считали значимым при превышении среднего количества колоний ревер-тантов на чашку в опытном варианте над контрольным в 2 раза и более. В качестве показателей СМА воды использовали удваивающий объем (УО) и количество индуцируемых колоний ре-вертантов на I л воды (ИКР).
УО — расчетный объем воды (в литрах), удваивающий число колоний ревертантов на чашку в опытном варианте над контрольным. УО вычисляется из минимально эффективного объема (наименьшего объема воды, при котором выявлен значимый мутагенный эффект) при предпо-
ложении линейной зависимости эффекта от дозы. При обработке данных удобно использовать обратную величину этого показателя 1/УО. В случае отсутствия мутагенного эффекта 1/'УО принимается за 0.
ИКР — показатель, характеризующий степень нарастания мутагенного эффекта на количество загрязнений соответствующего I л воды. Так как для всех вариантов зависимость числа колоний ревертантов от объема воды, которому соответствовало испытанное количество загрязнений, удовлетворительно описывалось линейными уравнениями, то ИКР представляет коэффициент Ь этих уравнений. Величина этого коэффициента существенно зависит от спонтанного уровня колоний ревертантов для каждого штамма сальмонеллы. Поэтому ИКР наиболее информативен при сравнении эффективности режимов обработки для каждого штамма и варианта.
Среднее количество колоний ревертантов на чашку в контроле с растворителем (ДМСО) составила (X ± а): для ТА 100, СМ- 60,5 ± 19,2; ТА 100, СМ+ 75,3 ± 22,0; ТА 98, СМ- 16,5 ± 5,4; ТА 98, СМ+ 22,2 ±5,1. Эти величины были в пределах колебаний общелабораторного контроля [3|.
При отсутствии действия окислителей (режим № 1) СМА воды не выявлена. Озон в дозе 0,5 мг/л в виде озонирования (режим № 2) и озонофлота-ции (режим № 3) не индуцировал выявляемую в эксперименте мутагенную активность воды.
Результаты анализа СМА воды после обработки хлором и хлором с последующим озонированием представлены в таблице и на рис. 2. Хлори-
ТА 38 см-
ТА 98 СМ+
Рис. 2. СМА воды после различных способов водоподготовки.
' — СЬ —2.0 мг/л: 2 — СЬ — 2.0 мг/л->03 - 0.5 мг/л; 3 — СЬ — 2,0 мг/л->03 — 3.S мг/л; 4 — С12 — 4,0 мг/л: i — CI, — 4,0 мг/л->Оз — 0,5 мг/л; <5 — С12 — 4,0 мг/л->Оз — 0,5 мг/л (соонофлоташш).
рование привело к появлению СМА воды, определяемой на обоих штаммах сальмонеллы без и в присутствии системы метаболической активации. СМА воды во всех вариантах, кроме ТА 98, СМ— возрастала с увеличением дозы хлора. Наибольшая индукция мутагенной активности воды отмечена на штамме ТА 100, СМ-. В этом случае при обеих дозах хлора УО был в 2 раза меньше и более, чем при тестировании на ТА 100, СМ+; ТА 98, СМ- и СМ+.
Озон в дозе 0,5 мг/л существенно снижал СМА воды, индуцированную хлорированием. В наибольшей степени этот эффект проявлялся во всех вариантах при минимальной дозе хлора (режим № 5), причем в вариантах с метаболической активацией на штаммах ТА 100 и ТА 98 СМА не была выявлена. При максимальной дозе хлора при сравнении показателей ИКР озон в дозе 0,5 мг/л достоверно снижал СМА воды только в вариантах ТА 100, СМ- и ТА 98, СМ+.
Увеличение дозы озона до 3,8 мг/л (режим № 6) также снижало СМА воды, индуцированную хлором в дозе 2,0 мг/л (режим № 4). Однако по сравнению с озонированием в дозе 0,5 мг/л (режим № 5) изменения СМА воды не отмечено, что особенно видно при анализе показателя ИКР.
Озонофлотация при дозе озона 0,5 мг/л (режим № 9) была существенно менее эффективна в снижении индуцированной хлором в дозе 4 мг/л СМА воды по сравнению со стандартным озонированием при той же дозе озона (режим № 8). Значимое снижение СМА воды при озонофлота-ции по сравнению с изолированной обработкой хлором выявлено только на штамме ТА 100, СМ—.
В работе оценена СМА воды Волжского водоисточника при разных режимах воздействия де-зинфектантов. Как уже было отмечено в исследованиях с водой поверхностных водоисточников |2], в немутагенной воде Волжского водоисточника после хлорирования определена значимая СМА на обоих штаммах сальмонеллы в вариантах без и в присутствии системы метаболической активации. Наибольший эффект выявлен на ТА 100, СМ—, что характерно для образования из немутагенных гуминовых соединений галогенорга-нических соединений, являющихся прямыми мутагенами, вызывающими мутации типа замены пар оснований и разрывы ДНК. Хлорирование также в меньшей степени индуцирует образование мутагенов, действующих по типу сдвига рамки считывания генетического кода (эффект на ТА 98). Снижение мутагенного эффекта в присутствии системы метаболической активации, возможно, связано как с разрушением прямодействую-щих мутагенов, так и с образованием непрямых
мутагенов, активность которых обусловлена их метаболитами.
Озон в дозе 0,5 мг/л и при озонировании, и при озонофлотации не влиял на мутагенную активность воды. Однако в этой дозе озон существенно снижал индуцированную хлором СМА воды, что указывает на разрушение образующихся мутагенов. Этот эффект наиболее выражен для варианта ТА 100, СМ—. При увеличении дозы озона до 3,8 мг/л интенсивность снижения индуцированной хлорированием СМА воды падает, а в варианте ТА 100, СМ+ СМА воды не меняется по сравнению с СМА при обработке воды только хлором. Эти данные указывают на возможность образования мутагенов в воде при озонировании, что проявляется при действии больших доз окислителя. Заслуживает внимания факт более низкой эффективности озонофлотации по сравнению с озонированием в отношении снижения индуцированной хлорированием СМА воды.
Приведенные данные показывают, что при применяемых в практике водоподготовки воды Волжского водоисточника режимах хлорирования отмечается интенсивное образование мутагенов, содержание которых может быть достаточно эффективно снижено последующим озонированием при дозе озона 0,5 мг/л.
Л итература
1. Белицкий Г. А.. Фошитейн J1. А., Худолеii В. В. и др. // Экс-пср. онкол. - 1987. - № 3. — С. 20—23.
2. Журков В. С. // Человек и экология. Экспресс-информ.
- 1993. - Вып. 1-3. - С. 25-23.
3. Журков В. С., Дугаи А. М. // Гиг. и сан. — 1991. - № 1. -С. 70-71.
4. Илышцкчй А. П.. Королев А. А.. Худолей В. В. Канцерогенные вещества в водной срсде. — М., 1993.
5. Метод первичного выявления генетической активности загрязнителей окружающей среды с помощью бактериальных тест-систем: Метод, указания. / Фонщтсйн Л. М., Абилсв С. К., Бобринев Е. В. и др. — М., 1985.
6. Методические указания по экспериментальной оценке суммарной мутагенной активности загрязнений воздуха и воды. - М., 1990.
7. Соколовский В. В., Рахманин 10. А., Рыжова И. Н. и др. // Постоянный советско-французский симпозиум "Чистота воды столиц мира". Симпозиум 1: Контроль за качеством воды в Москве и Париже. — М., 1991. — С. 69—73.
8. Сета М.. Haiek К. Stejskalovd Е. ct al. //Csl. Hyg. — 1987.
- Vol. 32. - P. 355-361.
9. Cerna M., Hajek K, Stejskalova E. et al. // Sci. Total Environment. - 1991. - Vol. 101. - P. 139-147.
10. Huff J. // Environ. Health Perspcct. - 1993. - Vol. 100. -P. 201-210.
11. IARC Monograph on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans (IARC. Vol. 52). - Lyon, 1992.
Поступила 31.05.96
S u m тагу. The total mutagenic activity of chemical pollution of the water taken from the Volga water reservoir was investigated after its treatment with chlorine and ozone. The toxicity of the water was absent after its ozone treatment. Mutagens were found to form after water chlorination. Their levels can be reduced by subsequent treatment with ozone in a dose of 0.5 mg/l.
