НАЗАД
Использование гуанидиновых полимеров для защиты водных ресурсов от загрязнений
Одним из важных мероприятий, направленных на защиту окружающей среды, является предотвращение загрязнения водных объектов от попадания в них токсичных веществ техногенного происхождения, в том числе тяжелых металлов, и патогенных микроорганизмов. Путей загрязнения водных объектов много, главным из которых являются отходы и сточные воды.
Как известно, в состав многих промышленных и бытовых отходов, а также непригодных и запрещенных к употреблению пестицидов входят различные металлы – медь, ртуть, свинец, кадмий и другие, а также сера, хлор. Большая часть отходов хранится на свалках или полигонах, занимая значительные площади и представляя серьезную угрозу окружающей среде ввиду опасности загрязнения сточных и грунтовых вод веществами техногенного происхождения. Из свалок и полигонов тяжелые металлы и другие техногенные загрязнители выносятся в прилегающие ландшафты в виде легкорастворимых сульфатных и бикарбонатных соединений. Это влечет за собой повышение уровня тяжелых металлов в объектах окружающей среды, в том числе в воде водоемов и подземных грунтовых водах, их накопление и попадание по пищевым цепям в организмы водоплавающих и млекопитающих. Эта проблема приобретает особую актуальность в условиях крупных промышленных регионов Украины.
Кроме того, в Украине, как и во всех странах мира, остро стоит проблема охраны природных водоемов от загрязнения промышленными сточными водами. Плохо очищенные или совсем неочищенные производственные стоки, попадая в водоемы, нарушают процессы естественного самоочищения водоемов, оказывают токсическое влияние на водоплавающих и теплокровных животных, изменяют органолептические свойства воды.
Существует еще одна проблема урбанизации – это довольно частые экологические катастрофы по вине человека, крупномасштабные аварии на производстве, сбой технологических режимов эксплуатации очистных сооружений, превышение барьерных емкостей естественной очистки (городские и производственные свалки, пруды-отстойники и накопители вредных химических производств и животноводческих комплексов, объекты захоронения, подземные резервуары-линзы для сброса сточных вод и др.).
Поступление антропогенных отходов в окружающую природную среду достигли огромных размеров. Это оказывает крайне неблагоприятное воздействие на здоровье людей, на баланс рождаемости и смертности, способствует развитию раковых заболеваний, а также (по данным американских ученых) провоцирует рост преступности (например, свинец в питьевой воде блокирует клетки, которые осуществляют общее руководство мозгом; марганец препятствует выработке гормонов, необходимых мозгу для контроля импульсивного поведения человека). Поэтому поиск возможностей эффективной комплексной защиты водных объектов экологически безопасными методами является очень актуальным.
В последние десятилетия также значительно увеличились загрязнения водоемов болезнетворными микроорганизмами, которые вызывают опасные инфекции (гепатит А, холеру, чуму и множество других). Полностью уничтожить болезнетворные микроорганизмы можно только в процессе обеззараживания сточных вод.
Наиболее распространенным методом, используемым в нашей стране для обеззараживания сточных вод, является хлорирование. При хлорировании сточные воды обрабатывают газообразным или жидким хлором или препаратами, содержащими активный хлор.Однако обеззараживание воды хлорсодержащими реагентами обладает рядом существенных недостатков. В условиях высокого загрязнения воды органическими соединениями при использовании хлора образуется свыше 300 стойких хлорорганических соединений, обладающих мутагенными и канцерогенными свойствами. Эти высокотоксичные вещества зачастую весьма сложно выделить и нормировать. Кроме того, хлор усиливает коррозию трубопроводов и оборудования, а для его транспортирования и хранения требуются специальные средства, что существенно удорожает процесс обеззараживания сточных вод.
Применение озона для обеззараживания сточных вод в современных условиях ограничивается рядом факторов: высоким расходом электроэнергии на получение озона, сложностью эксплуатации и низким КПД установок, недостаточностью изученности действия озона. В настоящий момент еще неизвестны все продукты реакции озона с органическими веществами, растворенными в воде, не изучена степень их влияния на организм человека.
Метод обеззараживания воды путем обработки ее ультрафиолетовыми лучами не нашел широкого применения по ряду причин: высокий расход электроэнергии, малая мощность бактерицидной радиации используемых источников, громоздкость и сложность эксплуатации установок. Помимо этого, доказано, что ультрафиолетовое излучение вызывает образование мутагенов в водных растворах ароматических соединений в присутствии нитрат- или нитрит- ионов, которые в избытке содержатся в городских сточных водах.
Анализ существующих методов обеззараживания городских сточных вод показал необходимость их совершенствования. Следовательно, разработка эффективных методов обеззараживания сточных вод, не обладающих отрицательными свойствами хлора и других окислителей чрезвычайно актуальна.
На сегодняшний день наиболее перспективными для применения в технологии очистки сточных вод являются реагенты на основе биоцидных полимерных гуанидиновых соединений, которые практически не токсичны для теплокровных, позволяют добиться высокого эффекта очистки воды малозатратными методами и не обладают отрицательными свойствами хлора, озона и других окислителей. При взаимодействии с токсичными веществами, растворенными в воде, они осаждаются на стадии коагуляции. К таким реагентам на основе биоцидных гуанидиновых полимеров относится отечественный обеззараживающий реагент неокислительного действия - Акватон, разработанный и производимый Научно-технологическим центром «Укрводбезпека» (г.Киев). По токсикологическим свойствам полимерных гуанидиновых соединений имеются обширные исследования, положенные в основу их гигиенического нормирования. Реагент Акватон отнесен к 4 классу опасности (малотоксичные вещества при внутрижелудочном поступлении – ГОСТ 12.1.005-88). По результатам длительного токсикологического эксперимента на животных не обнаружено сенсибилизирующее, аллергенное, гонадотоксическое, мутагенное и канцерогенное действие. Исследованиями установлена его безопасность при длительном использовании. Большим достоинством этого реагента является отсутствие летучести, т.е. опасность ингаляционного воздействия исключается. Реагент Акватон разрешен МОЗ Украины для использования в процессах подготовки питьевой воды, обеззараживания воды плавательных бассейнов, емкостей для хранения и транспортирования воды, очистки и обеззараживания городских и промышленных сточных вод. Ценными свойствами Акватона является хорошая растворимость в воде, отсутствие запаха, цвета, не агрессивность к различным материалам. Он биологически разлагаем и безопасен для окружающей среды.
Реагент Акватон обладает широким спектром биоцидного действия: бактерицидным, вирулицидным, спороцидным, фунгицидным и альгицидным, что может найти широкое применение в технологиях очистки и обеззараживания сточных вод. Реагент Акватон способен обеспечить высокую степень физико-химической очистки и обеззараживания воды, одновременно выполняя функции флокулянта и дезинфектанта.
В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований возможности применения реагента Акватон для обеззараживания водной среды от возбудителей опасных инфекций и связывания металлов в водной среде.
При изучении спектра антимикробной активности реагента Акватон установлено, что он обладает высокой бактерицидной активностью и широким спектром действия. В таблице 1 представлен краткий перечень некоторых представителей различных групп микроорганизмов разного генотипа, в отношении которых реагент Акватон обладает высокой бактерицидной активностью.
Таблица 1
Чувствительность различных штаммов микроорганизмов (различный генотип) по отношению к реагенту Акватон (минимальная бактериостатическая концентрация по действующему веществу, мкг/мл
№ п/п | Штаммы микроорганизмов | Клетки в состоянии покоя | Растущие клетки | Споры |
| 1 | Echerichia coli | 0,09-0,10 | 0,08 | –– |
| 2 | Salmonella typhimurium | 0,09-0,12 | 0,08 | –– |
| 3 | Shigella sonne | 0,09-0,10 | 0,08 | –– |
| 4 | Staphylococcus aureus 209 | 0,25-0,30 | 0,20-0,25 | –– |
| 5 | Staphylococcus albus | 0,30 | 0,25 | –– |
| 6 | Streptococcus pyogenus тип 1 | 0,25-30 | 0,25 | –– |
| 7 | Streptococcus pyogenus тип 2 | 0,26-30 | 0,25 | –– |
| 8 | Streptococcus pyogenus тип 3 | 0,26–30 | 0,24 | –– |
| 9 | Bacillus cereus | 1,70 | 1,40 | 3,5 |
| 10 | Bacillus micoides | 1,90 | 1,40 | 3,5 |
| 11 | Bacillus antracis | 2,00 | 1,50 | 3,8 |
| 12 | Bacillus subtilis | 1,95-2,05 | 1,60 | 3,8 |
| 13 | Bacillus mesentericus | 2,00 | 1,75 | 3,0 |
| 14 | Corinebacterium diphteriae PV-8 | 4,8-5,0 | 4,0-4,2 | –– |
| 15 | Corinebacterium diphteriae (токс) | 4,6-4,8 | 4,0-4,2 | –– |
| 16 | Actinomyces olivaceus | 9,6-9,8 | 8,0-8,2 | 10,05 |
| 17 | Aspergillus niger | 8,2-8,4 | 6,0-6,2 | 9,9-10,05 |
| 18 | Candida tropicalis | 10,5-11,0 | 9,0-9,5 | –– |
| 19 | Candida krusei | 11,5-12,00 | 9,5-10,0 | –– |
| 20 | Candida albicans | 11,5-12,2 | 9,0-9,5 | –– |
Как свидетельствуют данные таблицы, реагент Акватон активен по отношению к различным группам микроорганизмов (прокариотов - грамотрицательные, грамположительные, бацилы, нижших эукариотов - кандида, аспергилы, актиномицеты), и относится к узкому кругу препаратов активных как по отношению к грамположительным так и грамотрицательным микроорганизмам.
Известно, что особую опасность представляет наличие в водных объектах энтеровирусов, главным образом вирусов гепатита А. В этом случае вода становится фактором передачи энтеровирусов. Свежим примером может служить печально известная ситуация в г.Суходольске Луганской области. Для прерывания цепи передачи энтеровирусов очень важно эффективно обеззараживать сточные воды, с которыми энтеровирусы попадают в источники питьевого водоснабжения. А поскольку барьерная роль ныне действующих сооружений для очистки питьевой воды по отношению к биологическим и химическим загрязнителям крайне низка, то попадание этих загрязнителей в питьевую воду очень вероятна.
Учитывая важность проблемы, нами были изучены вирулицидные свойства реагента Акватон на модели наиболее устойчивых энтеровирусов полиомиелита и Коксаки В. При изучении влияния реагента Акватон на инфекционную активность вируса полиомиелита 2 типа Сэбина установлено, что Акватон в концентрации 5 – 50 мг /л обладает выраженной активностью, подавляя в условиях комнатной температуры за 60 минут инфекционность вируса на 80-93% при исходной концентрации вируса 108 БОЭ/мл. При использовании в качестве модельных вирусов Коксаки В было установлено, что реагент Акватон обладает более выраженной антивирусной активностью в отношении этих штаммов и в аналогичных условиях отмечается инактивация до 99% от исходного количества вирусных частиц.
Таким образом, исследования показали, что реагент Акватон обладает выраженной противовирусной активностью относительно одних из наиболее устойчивых вирусов - вирусов полиомиелита и Коксаки В. Он также эффективно подавляет инфекционность вирусов гепатитов, гриппа, ВИЧ и других возбудителей опасных инфекций.
Весьма эффективным является этот реагент и в отношении холерных вибрионов. При воздействии реагента в концентрации 0,001 % холерные вибрионы погибают за 20 минут, а в концентрации 0,01 % - гибель холерных вибрионов наступала за 5 минут.
Очень важные данные получены при изучении действия реагента Акватон на паразитов и простейших – возбудителей паразитарных болезней (гельминтозы). В частности, установлено, что 0,1%-ный раствор Акватона приводит к полной гибели цист лямблий уже через 5 дней, а 0,01% - через 7 дней. Эти данные свидетельствуют о перспективности использования реагента Акватон для быстрого обезвреживания ила сточных вод от паразитов и простейших (яйцеглистов), которые на полях биологической очистки сохраняют свою активность в течение 3-5 лет.
Реагент Акватон обладает также свойствами катионного флокулянта. Устойчивый флокулирующий эффект наблюдается при дозах Акватона 1-3 мг/л. Он не только прекрасно флокулирует взвеси, но и удаляет из воды растворенные органические и неорганические примеси такие как пестициды, тяжелые металлы за счет наличия комплексообразующих свойств.
В таблице 2 представлены результаты исследования возможности извлечения реагентом Акватон ионов металлов из разбавленных водных растворов, содержащих 1-4 ПДК солей металлов.
Таблица 2
Связывание металлов реагентом Акватон в водной среде
№ п/п | Анализируемый металл | Содержание металлов в воде, мг/дм3 | Эффективность извлечения металлов, % |
| исходное | после обработки реагентом Акватон |
| 1 | Свинец | 0,2 | 0,001 | 99,5 |
| 2 | Железо | 0,68 | 0,04 | 94,1 |
| 3 | Кадмий | 0,01 | 0,0008 | 92,0 |
| 4 | Никель | 0,02 | 0,01 | 50,0 |
| 5 | Бериллий | 0,002 | 0,001 | 50,0 |
| 6 | Медь | 0,02 | 0,014 | 30,0 |
| 7 | Цинк | 4,0 | 3,34 | 16,5 |
| 8 | Марганец | 0,32 | 0,27 | 15,6 |
| 9 | Стронций | 1,8 | 1,6 | 11,1 |
Как видно из таблицы, наибольшая эффективность связывания металлов при обработке разбавленных водных растворов реагентом Акватон наблюдается для таких токсичных металлов как свинец, железо, кадмий, никель, бериллий (от 50 до 99,5%).
Таким образом, полученные результаты показывают, что реагент Акватон является реагентом комплексного действия и очень перспективен для использования при обеззараживании сточных вод и обезвреживания их от тяжелых металлов, что будет способствовать обеспечению санитарной надежности функционирования систем водоотведения, и улучшению экологического состояния окружающей среды, в частности водоемов.
Вверх
НАЗАД