Способ биологической оценки токсичности воды Советский патент 1986 года по МПК A01K61/00 G01N33/18 

4;: 4 Изобретение относится к исследова нию химических свойств веществ, в частности к оценке токсичности воды, и предназначено для контроля качеств вод, например сточных вод промьшшенных предприятий, с помощью биологических тест-объектов. Известен способ оценки уровня ток сичности воды, основанный на регистрации метаболической активности микроорганизмов. Ухудшение состояния микроорганизмов при осуществлении известного способа определяют по одному из параметров, связанных с их жизненной активностью, в основном по уменьшению потребления кислорода. Недостатком способа является значительная зависимость данного параметра от различных трудноучитываемых факторов, в частности от стадии зрелости культуры, генетической структуры популяции микроорганизмов, а также от температуры. Известен также способ биологического определения токсичности воды путем помещения в проточную воду таких тест-объектов, как рыбы, и регистра1{ии нарушения их поведения при появлении в исследуемой воде токсических веществ. Недостатком данного способа является также зависимость поведения рыб от многих факторов - времени суток, возраста рыб, физиологического состояния рыб. Наиболее близким к заявленному по технической сущности является способ биологической оценки токсичности воды, предусматривающий размещение в резервуаре двустворчатых мол люсков, пропуск через резервуар конт ролируемой воды и р егистрацию реакции закрывания моллюсками створок под воздействием токсических веществ содержащихся в воде. Недостатком известного способа является то, что в присутствии отдельньрс токсических веществ (фенол, хром и др.) моллюски не закрывают створки раковин и, следовательно, сигнал о токсичности воды не возникает. Кроме того, поведение моллюсков в присутствии в воде тех или иных токсических веществ проявляется неодинаково, то есть реакцию закр{ шани створок моллюсков вызывают ионы меди кадмия, поверхностно-активные вещест ва. Однако и эти токсические вещества вызывающие закрывание створок, могут находиться в контролируемой воде в подпороговых концентрациях и поэтому не обнаруживаются. В этом случае происходит в.зависимости от степени токсичности либо адаптация моллюсков, либо их хроническая интоксикация, српровождакицаяся глубокими нарушениями жизнедеятельности. В обоих случаях реакция моллюсков на присутствие токсикантов в воде будет неадекватной, либо вовсе не наступает, то есть способ не обеспечивает достаточной чувствительности при оценке токсичности воды. Целью настоящего изобретения является повьш1ение чувствительности способа и расширение диапазона оценки токсичности воды. Для достижения поставленной цели известный способ биологической оценки токсичности воды, предусматривающий размещение в резервуаре двухстворчатых моллюсков, пропуск через резервуар контролируемой воды и регистрацию реакции закрывания моллюсками створок под воздействием токсических веществ, находящихся в воде, отличается тем, что периодически через каждые 2-6 ч моллюсков подвергают в течение 1-8 мин действию электрического поля постоянного тока напряженностью 0,5-2,0 В/см. .Двустворчатых моллюсков закрепляют в кассетах так, чтобы одна створка бьша неподвижно прикреплена к съемной полке кассеты, а другую створку соединяют кинематически с регистрирующим прибором. Кассеты с моллюсками в количестве 10 штук устанавливают в резервуаре, через который пропускают воду, подлежащую исследованию. Через 10 - 15 мин моллюски открывают створки и фильтруют воду, в этих условиях моллюсков вьщерживают 5 6 ч что достаточно для адаптации организма к условиям эксперимента. Затем периодически через.каждые 2-6 ч моллюсков подвергают в течение 1-8 мин действию диэлектрического поля постоянного тока напряженностью 0,5 - 2,0 В/см. В чистой воде при отсутствии токсического воздействия все моллюски реагируют на электрическое поле, закрывая створки раковин. В этом положении моллюски пребывают еще некоторое время после прекращения действия электрического поля (около 10 мин), затем створки открываются и возобновляется фильтрация воды. При наличии в воде токсических веществ, таких как фенол, хром или пестициды, происходит постепенное отравление организма моллюсков, сопровождающееся нарушением нормального характера реагирования их на воздействие электрического поля. Токсические вещества замедляют либо вовсе подавляют реакцию моллюсков (закрывание створок) на электрическое поле что и фиксируется регистрирующим при бором. Установлено, что после 12 ч пребывания моллюсков в воде, содержащей фенол, под действием электрического поля напряженностью 1,37 В/см створки равковин закрыли 63% моллюсков, после 24 ч пребывания в этой воде 50% моллюсков. То, что моллюсков подвергают действию электрического поля, периодически, например, через каждые 2-6 ч, обеспечивает необходимый режим оценки токсичности и, следовательно, тре буемую эффективность и надежность. Если моллюсков подвергать действи электрического поля через интервалы менее, чем 2 ч, то слишком высокая частота воздействия отрицательно скажется на состоянии моллюсков и эт приведет к снижению надежности оценки. Если моллюсков подвергать действию электрического поля через интервалы более чем 6 ч, то неоправдано низкая частота воздействия вызовет снижение экспрессности контроля. То, что моллюсков подвергают дейс вию электрического поля постоянного тока, обеспечивает требуемый режим оценки токсичности, так как воздейст вие на моллюсков электрических полей переменного и импульсного токов действует на организм более угнетающе, что отрицательно сказывается на надежности оценки. Действие электрического поля напряженностью в пределах от 0,5 до 2,0 В/см обеспечивает повышение надежности, так как использование электрического поля напряженностью м нее 0,5 В/см не всегда вызывает закр вание створок моллюсков, а использов ние электрического поля напряженностью более 2,0 В/см при регулярном воздействии может вызвать столь значительное угнетенное состояние тест-объектов, что на присутствующие токсические вещества они уже не в состоянии отреагировать. Воздействие на моллюсков электрического поля в течение от 1,0 до 8,0 мин также служит для повышения надежности определения токсичности, так как в случае, если продолжительность воздействия электрического поля будет менее 1,0 мин, реакция закрьшания створок у моллюсков может не наступить, а в случае если продолжительность воздействия электрического поля будет более 8,0 мин, это отрицательно отразится на физиологическом состоянии тест-объектов и приведет к сниснижению надежности контроля. Пример 1. Для биологической оценки токсичности воды использовали моллюсков Unio tumidus с длиной раковин 9 + 1,2 см. Моллюсков закрепляли неподвижно одной из створок в съемных кассетах, последние в количестве 10 шт. размещали в резервуаре с проточной чистой водой объемом 10 л. Моллюсков адаптировали к этим условиям в течение 5,5 ч. После адаптации в аквариум с моллюсками в течение 4 ч подавали чистую воду, после чего между электродами создавали электрическое поле напряженностью 0,25 Б/см. Через 5 мин поле отключали и регистрировали число моллюсков, закрывших створки раковин. Створки были закрыты у 7 моллюсков из 10 (70%). В аквариум подавали чистую воду в течение следующих 4 ч, после чего описанные вьш1е операции повторяли при тех же режимах. Створки были закрыты у 6 моллюсков (60%). В аквариум подавали чистота воду еще в течение 4 ч и повторяли вьш1еописанные операции. Створки были закрыты у 7 моллюсков (70%). В аквариум подавали воду в течение 4 ч и все операции повторяли. Створки бьти закрыты у 5 моллюсков (50%). В аквариум подавали чистую воду в течение 4 ч и все операции повторяли. Створки были закрыты у 7 моллюсков (70%). В аквариум подавали чистую воду в течение 4 ч и все операции повторяли. Створки закрыты у 7 моллюсков (70%). 511 Весь цикл вышеописанных операций был повторен 4 раза. В.результате ста тистической обработки были вычислены средние значения процента моллюсков, закрывших створки: через 4 ч - 73%, через 8 ч - 62%, через 12 ч - 68%, че рез 16 ч - 54%, через 20 ч - 66%, через 24 ч - 69%. Данная напряженность поля 0,25 В/см неприемлема, так как не вызывает закрьшания створок раковин у 100% моллюсков. Пример 2. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 1. Напряженность электрического поля составляла 0,5 В/см. цикл был Повторен 4 раза, статобработка показала, что створки были закрыты у 100% моллюсков через 4 ч, у 98% через 8 ч, у 100% у 100% через 16 ч, у 100% ч, у 100% через 24 ч. Резуль таты приведены в табл. 1. Пример 3. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 1. Напряженность электрического поля составляла 1,37 В/см,UQ Через каждые 4 ч створки были закрыты у 100% моллюсков. Результаты опытов приведены в табл. 1, П р и м е р 4. Условия проведения испытаний соотвевгствовали условиям. описанным в примере 1. Напряженность электрического поля составляла 2,0 В/см. Через каждые 4 ч створки закрыты у 100% моллюсков. Результаты Приведены в табл. 1. Пример 5. В аквариум с моллюскаьш подавали сточную воду химического предприятия, поступающую на очистные сооружения. Через 4 ч между электродами создавали электрическое поле напряженностью 0,25 В/см в тече ние 5 мин. После отключения поля регистрировали число моллюсков с закры тыми створками. Створки быпи закрыты у 3 моллюсков (30%). Вьш1еописанные операции повторяли через каждые 4 ч в течение суток. Обработка полученных данных показала, что через 4 ч створки закрыты ,у 31% моллюсков, через 8 ч - у 35%, через 12 ч - у 18%, через 16 ч - у 24%, через24 ч у 18%. Следовательно, напряженность поля 0,25 В/см недостаточна,.так как 25 036 выэвает значительный разброс реэультатов оценки токсичности воды. 6. Условия проведения Пример испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 5. Напряженность электрического поля составляла 0,5 В/см. Процент моллюсков, закрывших створки, составлял: через 4ч70%, через 8 ч - 61%, через 12 ч 68%, через 16 ч - 64%, через 20 ч 59%, через 24 ч - 62%. Результаты представлены в табл. 1. Пример 7. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 5. Напряженность поля составляла 1,37 В/см, Процент моллюсков, закрывших створки, составил: через 4 ч - 82%, через 8 ч - 65%, через 12 ч - 63%, чеРез 16 ч - 58%, через 20 ч - 52%, через 24 ч - 50%. Результаты представлены в табл. 1. Пример 8. Условия проведения испытаний соответствовали услоВИЯМ, описанным в примере 5. Напряженность поля составляла 2,0 В/см. Процент моллюсков, закрывших створки через каждые 4ч, представлен в табл. 1. Установлено, что данная напряженность поля приемлема для оценки токсичности воды, хотя и незначительно снижает экспрессность контроля. Дальнейшее повышение напряженности поля по этой причине нецелесообразно. Пример 9. В аквариум с моллюсками подавали сточную воду химического предприятия и регистрировали процент моллюсков с закрытыми створками. Моллюски не реагировали на данную сточную воду закрьшанием створок. Отсутствие реакции объясняется тем, что в данной сточной воде нет веществ, вызывающих реакцию закрьшания створок (медь, кадмий, СЦАВы). Следовательно, по способу. - прототипу невозможно произвести оценку токсичности данной сточной воды. Пример 10. В аквариум с моллюсками подавали сточную воду химического предприятия, прошедшую очистку. Через 4 ч между электродами создавали электрическое поле напряженностью 0,25 В/см в течение 5 мин. После отключения поля регистрировали число моллюсков с закрытыми створками. Створ ки были закрыты у 4 моллюсков (40%). Вьш1еописаниые операции повторяли через каждые 4 ч в течение суток. Все испытания повторяли трижды. Результаты обработки показали процент мЬллюсков, закрьтших створки через 4 ч - 38%, через В ч - 42%, через 12 ч - 35%, через 16 ч - 36%, через 5 20 ч - 44%, через 24 ч - 41%, они внесены в табл. 1. Установлено, что напряженность поля 0,25 В/см вызывает значительный разброс результатов, поэтому недостаточна для оценки ток- 10 сичности воды.

Пример 11. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 10. Напряженность поля составляла 0,5 Б/см. 15 Результаты статобработки через 4 ч в течение,суток внесены в табл.1.

Пример 12. Условия проведения йсптыаний соответствовали условиям, описанным в примере 10. Напря- 20 ённость поля составляла 1,3.7 В/см.

Результаты статобработки опытов через каждые 4 ч в течение суток внесены в табл. 1.

Пример 13. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 12. Напряженность поля составляла 2,0 В/см, Установлено, что данная напряженность поля слишком велика, т.к. токсичность сточной воды значительно снизилась после очистки. Результаты статобработки опытов через каждые 4 ч в течение суток внесены в табл. 1.

Анализ результатов опытов, представленных в табл. 1, показывает, что оптимальная величина напряженности поля для определения токсичности сточных вод с широким диапазоном токсикантов находится в пределах 0,5 2,0 В/см.

Таблица 1

СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ БОДЫ, предусматриванщий размещение в резервуаре двустворчатых моллюсков, пропуск через резервуар контролируемой воды и регистрацию реакции закрывания моллюсками створок под воздействием токсических веществ, находящихся в воде, о т л и а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности способа и расширения диапазона оценки токсичности воды, периодически через каждые 2-6 ч моллюсков подвергают в течение 1 - 8 мин действию электрического поля постоянного тока напряженностью 0,5- 2,0 В/см.

Оцениваемая токсичность может быть вьфажена количественно, но лишь в относительных единицах, ввиду отсутствия системных единиц токсичности . Удобно оценивать степень токсич- 55 ности относительно к контролю, т.б. к проценту моллюсков, закрывших створки в чистой воде. При такой форме .выражения токсичность контротшруемой сточной воды, поступающей на очистку через 4 ч при напряженности электрического поля 1,37 В/см, составляет 100/81 1,24 усл.ед.

Сопоставление полученных данных по заявляемому способу и способу - прототипу показало, что токсичность 91 сточной воды, содержащей фенол, хром цинк, свинец, не может быть определена с использованием способа-прототипа, тогда как заявляемый способ позволяет производить определение токсичности. Таким образом заявляемый способ позволяет существенно рас ширить диапазон оценки токсичности воды- и повысить чувствительность спо соба. Использование заявляемого способа позволит производить оценку токсичности сточных вод, содержащих более широкий набор токсикантов, чем это было возможно с применением прототипа. В отличие от последнего,заявляемый способ дает возможность определить токсичность практически Любого вещества, отрицательно действзпощего на организм моллюска. Пример 14. В резервуар с моллюсками в течение. 24 ч пода.вали контролируемую сточную воду, не вызывающую закрывания с- ворок у моллюсков по способу-прототипу. Через каждые 4 ч моллюсков подвергали действию электрического поля напряженностью 1,37 В/см в течение 7 мин

100 ТОО 93 . Установлено, что при периодичнос ти воздействия электрического поля на моллюсков 1 ч резко нарушался но мальный физиологический режим активности, в результате чего через 5 ч моллюски закрыли створки раковин и в дальнейшем (в течение нескольких часов) не могли быть для оценки токсичности. Пример 16. Условия проведе ния испытаний соответствовали условиям, описанньр в примере 15. Электрическое поле - напряженностью 1,ЗГ Б/см создавали между электродами через каждые 2 ч. Результаты п приведены в табл. 3.

88 97 100 100 100 3 и регистрировали число моллюсков, закрывщих створки раковин. В результате установлено, что через 12 ч с начала подачи в резервуар контролируемой сточной воды створки раковин под действием электрического поля закрыли 76% моллюсков, через 24 ч с начала подачи - 61% моллюсков. У 100% контрольных моллюсков, находив,шихся в чистой воде, створки раковин были закрыты после воздействия электрического поля той же напряженности. Произведенный параллельно химический анализ показал наличие в контролируемой сточной воде незначитепьных добавок ионов меди. Полученные экспериментальные данные показывают, что заявл:яемое изобретение позволяет повысить чувствительность оценки токсичности. Пример 15. В аквариум с моллюсками подавали сточную воду химического предприятия, прошедшую очистку. Через каждый час между электродами создавали электрическое поле напряженностью 1,37 В/см в течение 5 мин. Результаты приведены в табл.2. Таблица 2 . Таблица 3 Процент молмоллюсковс закрытыми створ81 70 65 63 63 ками100 Установлено, что при перерывах 2 ч и более между периодическим воздействием на моллюсков электрическим полем токсичность воды может быть II оценена с удовлетворительной надежностью. Периодичность воздействия более 6 ч нецелесообразна, так как снизкает экспрессность оценки. Пример ,17. В аквариум с моллюсками подавали сточную воду хи мического предприятия, прошедшую очистку. Через 2 ч между электродам

Установлено, что данная продолжительность недостаточна, так как вызывает большой разброс результатов.

Пример 18. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 17. Продолжительность воздействия на моллюсков электрическим полем - 16 мин. Установлено, что через 8 ч после начала испытаний нормальный физиологический режим активности моллюсков нарушился, что сделало невозможным дальнейшие испытания.

Результаты этого и других испытаний обработаны статистически и приведены в табл. 4. Установлено, что оптимальная продолжительность воздействия на моллюсков электрическим полем находится в пределах от 1 до 8 мин. Данный способ упрощает процесс

iоценки токсичности и повышает достоверность оценки токсйчност контролируемой воды.

Использование способа в народном хозяйстве позволит получить не только хороший экологический эффект за счет повьш1ения достоверности контроля загрязнения водных объектов, но и даст экономический эффект, который составит около 25,0 тыс.руб. в год. 0312 создавали злектрическое поле напряженность 1,37 В/см в течение 0,5 мин. После отключения поля регистрировали число моллюсков с закрытыми створка- ми- Створки были закрыты у 9 моллюсков (90%). По трем сериям опытам вычисляли средние величины, приведенные в табл. 4. Таблица 4