Микробиологические и биофизические исследования транспортируемой воды водовода Астрахань-Мангышлак (оценка качества воды в зимний период)

Канаев А.Т. Мырзаханова И.А. Одной из наиболее актуальных проблем современности является проблема обеспечения населения качественной питьевой водой. Для решения проблемы деффицита воды Прикаспийского региона в 1989 году был построен водовод «Астрахань-Мангышлак», общей протяженностью 1041 км который берет свое начало из протоки Кигач, расположенной в дельте р. Волга. Биотестирование на дафниях в исходной воде и в воде, транспортируемой по водоводу показало, что процент погибших дафний по сравнению с контролем составляет в зимний период 14%, а в весенний – 20%. В летний период процент погибших дафний явлется наиболее выским – 31,8% и к осени этот показатель снижается до 23,8%. Эти значения меньше 50%, то есть в соответствии с п.3.1.5 РД – 118-02-90 тестируемая вода не оказывает острого токсического действия на дафний. Статья в формате PDF 577 KB

Ученые подсчитали, что 97,5% всех запасов воды на планете Земля приходится на соленые воды морей и океанов. Иными словами, пресная вода составляет только 2,5% мировых запасов.

Если учесть, что 75% пресной воды «заморожено» в горных ледниках и полярных шапках, еще 24% находится под землей в виде грунтовых вод, а еще 0,5% «рассредоточено» в почве в виде влаги, то получается, что на наиболее доступный и дешевый источники воды - реки, озера и прочие наземные водоемы приходится чуть больше 0,01% мировых запасов воды. И это еще не все. Несмотря на свой, казалось бы предельно простой химический состав, вода - одно из самых загадочных и «аномальных» веществ на Земле. Достаточно упомянуть, что это единственное химическое вещество, которое существует в условиях нашей планеты одновременно в трех агрегатных состояниях - газообразном, жидком и твердом [1, 2]

Поверхностные воды. Качество поверхностных вод зависит от сочетания климатических и геологических факторов.

Основным климатическим фактором является количество и частота осадков, а также экологическая ситуация в регионе. Выпадающие осадки несут с собой определенное количество нерастворенных частиц, таких как пыль, пыльца растений, бактерии, грибковые споры, а иногда и более крупные микроорганизмы. Промышленные выбросы в атмосферу также «обогащают» химическую палитру, в основном за счет органических растворителей и оксидов азота и серы. Вносят свою лепту и химикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

К числу геологических факторов относится структура русла рек. Если русло образовано известняковыми породами, то вода в реке, как правило, прозрачная и жесткая. Если же русло из непроницаемых пород, например гранита, то вода будет мягкой, но мутной за счет большого количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения [3, 4].

В окружающей среде количество микроорганизмов, как известно, не остается постоянным в течение года. Оно сильно зависит от климатических и метеорологических условий.

Материал и методы исследования

Объекты исследований. Объектами исследования служила малоизученная вода, транспортируемая по магистральному водоводу «Астрахань-Мангышлак» в различных точках отбора:

  • Т 0 - точка 0, проба воды, отобранная из водозабора р. Кигач;
  • Т 1 - проба воды, отобранная из точки №1, на 1 километре, то есть после обработки головной очистительной станцией (ГОС);
  • Т 2 - проба воды, отобранная из точки №2, на 448 километре, которая находится в г. Кульсары Атырауской области;
  • Т 3 - проба воды, отобранная из точки №3, на 652 километре, которая расположена в п. Бейнеу Мангызтауской области;
  • Т 4 - проба воды, отобранная из точки №4, 973 километре, которая расположена в г. Жана-Узень, Мангызтауской области.

Материалы и методы исследований

Методы отбора проб воды. Отбор проб речной воды из водозаборного ковша в паводок проводили батометром с борта лодки, а из водовода - закрытой струей через шланг, герметично соединенный с пробоотборником на люке в пункте отбора по водоводу. На месте отбора в пробах воды определяли: температуру, водородный показатель рН, запах, растворенные газы - кислород, диоксид углерода, сероводород, щелочность общую, подготавливали пробы для карбонатных испытаний в статических условиях и замеряли параметры стабильности динамическим экспресс - методом. Перед отбором пробы емкость не менее 2-х раз ополаскивали водой, подлежащей исследованию, открытую внутреннюю поверхность вентиля предварительно обрабатывали пламенем спиртовки [5, 6].

Емкость с пробами воды упаковали таким образом, чтобы упаковка не влияла на состав пробы и не приводила к потерям определяемых показателей при транспортировке, а также защищала емкости от возможного внешнего загрязнения и поломки. Пробы воды хранили в специальных условиях - в холодильнике при температуре +4...+6 °С [7].

Определение биокоррозионной активности транспортируемой воды. Для определения биокоррозионной активности транспортируемой воды на различных участках водовода, отбирались пробы (V = 4000 мл), которые фильтровались через складчатый беззольный фильтр. Осадок на фильтре фиксировали в 70% водном растворе этанола, состав осадка анализировали на оптическом микроскопе NЕОРНОТ-32 (х20-250). Биокоррозионная активности транспортируемой воды определялась методом предельных разведений на среде Постгейта с использованием в качестве источника питания лактата натрия - для выявления сульфатредуцирующих бактерий (СВБ), ацетата натрия - для выявления бактерий с иными пищевыми потребностями, металлической пудры - для выявления бактерий, не нуждающихся в обязательном притоке большого количества органического вещества, но использующих молекулярный водород [8, 9].

Изучение влияния абиотических факторов. Для биотестирования на мышах и изучение мутагенной активности химических веществ в воде были использованы белые беспородные мыши весом 16-20 г. Соответственно количеству проб воды было создано 5 групп мышей и дополнительно одна контрольная группа. В каждой группе было по 10 мышей.

Для проведения эксперимента применялась вода, контактировавшая с внутренней поверхностью водовода. Контрольные животные получали аналогичную воду, но не имевшую контакта с металлом трубопровода. Продолжительность эксперимента составляла 30 дней (подострый опыт). Животных поили тестируемой водой в течение 30 дней, по окончании срока эксперимента из всех 6 групп отбирали по 3 мыши и производили вскрытие. При визуальном осмотре наблюдали изменения внутренних структур сердца, легких, почки, печени, селезенки и кишечника. Делали препараты мазков-отпечатков из этих органов для микроскопирования [10].

Результаты исследования и их обсуждение

Определение токсичности (по МУ 2.1.4.783-99.П.5.8. и МУ по изучению мутагенной активности химических веществ при обосновании их ПДК в воде)

Повышение токсичности и надежности гигиенических нормативов с обязательным учетом отдаленных эффектов - актуальная задача гигиены. При гигиенической оценке химических агентов, загрязняющих воду, не всегда учитывается их мутагенная активность. Это в значительной мере связано с недостаточностью методических разработок с отсутствием четко разработанной стратегии и тактики проведенных исследований.

Для определения токсичности воды были использованы белые беспородные обоего пола мыши весом 18-20 г. В каждой группе было по 10 мышей и контрольная группа (всего 60 мышей). Поили мышей исследуемыми пробами воды, отобранными из 5 точек по водоводу, в течение 30 дней (рисунок).

За этот период ни одна из мышей не погибла. По истечении срока из всех групп отобрали по 3 мыши и произвели вскрытие. Произвели визуальный осмотр внутренних органов и сделали мазки-отпечатки. При визуальном осмотре изменений со стороны сердца, легких, печени, почек, селезенки и кишечника не обнаружено. Окраска мазков-отпечатков из сердца, легких, печени, селезенки и почек не показала каких-либо отклонений от нормы.

Для изучения мутагенной активности химических веществ исследуемой пробы воды нами были проведены анализы под микроскопом с использованием иммерсионного объектива 10´90. Все препараты были хорошо расправленными эритроцитами, поверхность которых не имела выростов и складок. Полихроматофильные (ПХЭ) эритроциты имели серовато-голубоватую окраску, нормохромные - оранжево-розовую. При осмотре под микроскопом микроядра (МЯ) представляли собой округлые образования темного цвета с четкой границей.

Лаборатория для исследования токсичности воды на белых мышах

Подсчитывали 1000 ПХЭ и определяли количество ПХЭ с МЯ в исследуемых препаратах. Результаты указаны в табл. 1.

Таблица 1 Показатели ПХЭ с МЯ

№ п/п

Вода из точек отбора проб

Количество исследуемых ПХЭ

Количество найденных ПХЭ с МЯ

1.

Т 0 - Кигач, 0 км

1000

5

2.

Т 1 - Кигач, 1 км

1000

6

3.

Т 2 - Кульсары

1000

2

4.

Т 3 - Бейнеу

1000

2

5.

Т 4 - Жана-Узень

1000

3

У интактных белых беспородных самцов и самок мышей (6 животных) количество ПХЭ с МЯ колебалось от 2 до 6 на 1000 ПХЭ. Тем самым, средний уровень ПХЭ с МЯ составил 0,4%.

Также нами были определены средние показатели частоты полихроматофильных эритроцитов с МЯ для экспериментальных групп мышей. Для пробы воды из Т 0 (р. Кигач) показатель составлял 3,0%, что соответствует 30 ПХЭ с МЯ. В точках Т 1; Т 2; Т 3; Т 4 этот показатель составляет соответственно 3,0; 3,8; 3,7; 3,2 или 30; 38; 37; 32 соответственно (табл. 2), что меньше нормативного значения (100). Следовательно, исследуемая вода не обнаруживает мутагенного эффекта.

Таблица 2 Средние показатели частоты ПХЭ с МЯ в экспериментальных группах мышей

Показатели

Точка отбора проб воды

Т 0

Т 1

Т 2

Т 3

Т 4

Средний показатель ПХЭ

3,0%

3,0%

3,8%

3,7%

3,2%

Среднее число МЯ

30

30

38

37

32

Биотестирование с использованием дафний РД - 118-02-90

Периодически, не реже 1 раза в месяц проводили контроль чувствительности дафний к «эталонному» токсиканту - бихромату калия K2Cr2O7 (РД-118-02-90 п.3.1.7). Концентрация K2Cr2O7, которая в течение 24 часов иммобилизует 50% экспериментальных дафний, должна находиться в диапазоне 0,9-2,0 мг/л. Указанный диапазон концентраций вызывает 50%-ую иммобилизацию дафний. Испытания проводятся в соответствии с общими требованиями для биотестирования (п.3.1.4 РД-118-02-90). Концентрация K2Cr2O7 в наших опытах составляла 2,0 мг/л, при этом иммобилизация дафний составляла 75%, то есть чувствительность опытных дафний соответствует нормативу.

Пробу воды на наличии отстрого и хронического токсического действия тестировали без разбавления (РД - 118-02-90 П.2.3). Для контроля (вода без токсических веществ) использовали водопроводную воду, предварительно дехлорированную путем отстаивания.

Результаты биотестирования считали правильными, если гибель дафний в контроле не превышала 10% в остром опыте.

Учет выживших дафний проводили через 1, 6, 24, 48, 72, 96 часов (табл. 3).

Таблица 3 Результаты биотестирования при определнии острого токсического действия воды на дафниий

Точки отбора проб

Кол-во исходных дафний

Колическтво выживших дафний

Колическтво погибших дафний

Время от начала биотестирования, час

Время от начала биотестирования, час

1

6

24

48

72

96

1

6

24

48

72

96

О

10

10

9

9

8

8

8

0

1

1

2

2

2

1

10

10

9

9

9

8

8

0

1

1

1

2

2

2

10

10

9

9

9

8

8

0

1

1

1

2

2

3

10

10

10

9

9

8

7

0

0

1

1

2

3

4

10

10

10

10

9

9

8

0

0

0

1

1

2

Конт­роль

10

10

10

10

10

10

10

0

0

0

0

0

0

Повторность экспериментов равна 3.

Примечание: точки отбора проб в соответствии

точка 0 - ЛПДС Кигач, 0 км (до насосной станции);

точка 1 - ЛПДС Кигач, 1 км (после насосной станции);

точка 2 - Кульсары (до насосной станции);

точка 3 - Бейнеу (после насосной станции);

точка 4 - Жана Узень (до насосной станции).

При биостировании исследуемой воды процент погибших дафний расчитывали по формуле:

где Хк - среднее арифметическое количество дафний, выживших в контроле; Хт - среднее арифметическое количество дафний, выживших в тестируемой воде.

В результате арифметического подсчета получили следующие данные:

Значение А = 14% меньше 50%, что в соответствии с п.3.1.5 РД -118-02-90 показывает - тестируемая вода не оказывает острого токсического действия на дафний.

Результаты микробиологических исследований воды

В лабораторных условиях была проведена серия посевов отобранных проб воды на следующие питательные среды: висмут-сульфит агар - для определения наличия салмонелл; эритрит-агар - для кампилобактерий; Эндо - для энтеробактерий; Сабуро - для грибов; мясо-пептонный бульон - для сапрофитов; 9К - для тионовых железобактерий; среда с углекислым железом - для железобактерий. Все посевы были проведены в 3-х повторностях.

Определяемые показатели по МУ 2.1.4.783-99.П.5.5: определение общего микробного числа, коли-индекса и коли-титра, салмонелл, кампилобактерий, грибов.

Посевы проб воды, отобранные в зимний период (табл. 4) на наличие салмонелл, кампилобактерий и грибов результатов не дали. Посев воды на мясо-пептонном агаре для определения общего микробного числа составляет приблизительно общеминимальное количество микроорганизмов, что характерно для относительно чистой воды.

Для определения сальмонелл (среда висмут-сульфит агар), кампилобактерий (эритрит агар), грибов (Сабуро) пробы воды засевали на вышеуказанные дифференциально-диагностические среды.

В результате проведенных исследований во всех пробах сальмонеллы, кампилобактерии и патогенные грибы не были обнаружены.

Подсчет колоний проводится как на поверхности, так и в глубине колоний (табл. 4).

Таблица 4 Результаты посевов проб воды, отобранных в зимний период

Питательные среды

Точка отбора проб (№ проб)

Т 0

Кигач, 0 км

Т 1

Кигач, 1 км

Т 2

Кульсары

Т 3

Бейнеу

Т 4

Н.Узень

Висмут-сульфитный агар для сальмонелл

0

0

0

0

0

Среда Сабуро для грибов

0

0

0

0

0

Среда ЭНДО для энтеробактерий

0

0

0

0

0

Мясо-пептонный агар (на ОМЧ) для сапрофитов

100*

49**

100*

49**

100*

36**

100*

34**

100*

44**

Агар Чапека для грибов

0

0

0

0

0

Примечания:

* значения даны в соответствии с рекомендациями;

** средние экспериментальные значения.

Общее микробное число определялось по Коху. В пустую стерильную чашку Петри наливают 15 мл расплавленного и остуженного до 45 °С·МПА, сливают с водой, вращая чашку по поверхности стола и ставя в термостат.

Результаты наших исследований показывают, что общее микробное число в пробах воды отобранных в 5 точках в зимний период составляет до 100 кл/мл, то есть качество воды в данном периоде соответствует категории чистая. На других дифференциально-диагностических питательных средах рост колоний не наблюдался (табл. 4).

Коли-индекс и коли-титр определяли титрационным методом. Посев проводили в 3 объема по 3 повторности: 100, 10 и 1 мл на среду ГПС (глюкозо-пептонная среда) (табл. 5).

Таблица 5 Результаты определения коли-титра и коли-индекса в зимний период

Показатели проб

Точка отбора проб (№ проб)

Нормативы СанПиН

Т 0

Кигач, 0 км

Т 1

Кигач, 1 км

Т 2

Кульсары

Т 3

Бейнеу

Т 4

Н.Узень

Коли - индекс

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Менее 3

Коли - титр

Более 300

Более 300

Более 300

Более 300

Более 300

Более 300

В зимний период количество бактерий группы кишечных палочек не превышает нормативов СанПиН для воды питьевого водоснабжения.

Ниже приведены результаты посевов на жидкие питательные среды, применяемые для определения наличия сероводорода в исследуемой воде, а также на определение групп нитрификаторов и железобактерий. Как видно из табл. 4 вышеуказанные виды микроорганизмов в пробах воды обнаружены не были, тогда как анализ на сероводород, образуемый сульфатредуцирующими бактериями, в среде Старкея дал положительный результат только в точке 3 (табл. 6).

Таким образом, полученные результаты микробиологических исследований свидетельствуют о пригодности исследуемой воды по всей длине водовода для питьевых нужд населения в зимний период, по микробиологическим показателям.

Таблица 6 Результаты качественного анализа на хемолитотрофные бактерии в зимний период

Жидкие питательные среды

Точка отбора проб (№ проб)

Т 0

Кигач, 0 км

Т 1

Кигач, 1 км

Т 2

Кульсары

Т 3

Бейнеу

Т 4

Н.Узень

Среда Старкея для сульфатредуцирующих бактерий

-

-

-

++

-

Среда Виноградского для нитрифицирующих бактерий

-

-

-

-

-

Среда с углекислым железом для железобактерий

-

-

-

-

-

Заключение

В большинстве случаев нормативы требуют полного отсутствия в воде индикаторных организмов. Однако наиболее полную картину может дать только комплексное исследование по нескольким биологическим параметрам, а также, в случае обоснованных подозрений, и по отдельным специфическим микроорганизмам.

В соответствии с МУ по биотестированию воды РД-118-02-90 п.5.7, Правил охраны поверхностных вод (1991 г.) биотестирование является обязательным элементом системы оценки и контроля качества воды. Поэтому для определения токсичности воды водовода «Астрахань-Мангышлак» применяли метод биотестирования с использованием в качестве тест-объектов дафний и лабораторных белых мышей с целью проверки соответствия качества воды нормативным требованиям.

Биотестирование на дафниях в исходной воде и в воде, транспортируемой по водоводу показало, что процент погибших дафний по сравнению с контролем составляет в зимний период 14%, а в весенний - 20%. В летний период процент погибших дафний явлется наиболее выским - 31,8% и к осени этот показатель снижается до 23,8%. Эти значения меньше 50%, то есть в соответствии с п.3.1.5 РД-118-02-90 тестируемая вода не оказывает острого токсического действия на дафний.

Полученные результаты биотестирования верны, т.к. в контроле процент погибших дафний 0%, что в соответствии с РД-118-02-90 п.3.1.4.2 свидетельствует о правильности биотестирования.

Оценка токсичности исследуемой воды в экспериментах на белых беспородных обоего пола мышах в подостром эксперименте продолжительностью 30 дней показала, что данная вода не оказывает токсического действия, так как ни одна мышь в течение года в ходе экспериментов не погибла и при визуальном осмотре внутренних органов и окраски мазков-отпечатков из сердца, легких, печени, селезенки и почек не было обнаружено каких-либо отклонений от нормы.

Для изучения мутагенной активности исследуемых проб воды из водовода проводился микроядерный тест в остром опыте. Подсчитывали 1000 ПХЭ и определяли количество ПХЭ с МЯ в исследуемых препаратах.

Экспериментальные значения средних показателей полихроматофильных эритроцитов с микроядрами для проб воды, отобранных из характерных точек водовода в течение года не превышают нормативного значения, то есть исследуемая вода не обнаруживает мутагенного эффекта.

Посевы проб воды, отобранные в зимний период на наличие салмонелл, кампилобактерий и грибов результатов не дали, то есть в пробах воды сальмонеллы, кампилобактерий и патогенные грибы не были обнаружены. Общее микробное число составляет приблизительно общеминимальное количество микроорганизмов, что характерно для относительно чистой воды. Результаты исследования на хемолитотрофные бактерии показали, что сульфатредуцирующие бактерии в весенний период обнаружены только в исходной речной воде и в пробах воды, отобранных в Бейнеу.

Список литературы

  1. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.559-96. - М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996.
  2. Вода питьевая. Методы анализа: Сборник стандартов. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997.
  3. Guidelines for drinking-water quality, Volume 1, Recommendations // World Health Organization. - Geneva, 1983.
  4. Guidelines for drinking-water quality, Volume 2, Health Criteria and Other Supporting Information // World Health Organization. - Geneva, 1984.
  5. Water technology, 1995-1999.
  6. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. - М.: Изд-во МГУ, 1996.
  7. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справочные материалы / Т.В. Гусева, Я.П. Молчанова, Е.А. Заика, В.Н. Виниченко, Е.М. Аверочкин. - М.: «Эколайн», 2000.
  8. Водоподготовка / В.Ф. Вихрев, М.С. Шкроб. - М.: Издат-во «Энергия», 1973.
  9. Водоснабжение / Г.И. Николадзе, М.А. Сомов. - М.: Стройиздат, 1995.
  10. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды. - М.: Высшая школа, 183. - С. 232.





В ОПЕК думают о Зеленогорске

27 декабря в Зеленогорске многое изменится. Рассматривая вопрос о вступлении России в ОПЕК, страны картеля решили открыть свое представительство именно в Зеленогорске, на Московском проспекте. Владислав Юрьевич Сурков, как официальный представитель Администрации Президента, высоко оценил этот шаг, а Владимир Яковлев , будущий глава представительства, пообещал как можно более выгодные результаты для обеих сторон.