Способ биотестирования токсичности промышленных сточных вод Советский патент 1991 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к биологической очистке промышленных сточных вод, может быть использовано для установления токсичности сточных вод отдельных производств, индивидуальных компонентов и многокомпонентных систем загрязнителей при приеме на биологическую очист,у и выбросе в водоемы, а также для оперативного контроля за работой сооружений биологической очистки.

Цель изобретения - увеличение точности и чувствительности способа биотестирования токсичности сточных вод промышленных производств и их компонентов путем установления нарушения способности оолков микроорганизмов экосистемы активного ила связывать

специфический краситель при действии токсичных сточных вод и их компонентов.

Способ осуществляют следующим образом. В колбы помещают по 200 мл иловой суспензии действующих очистных сооружений. Одну колбу оставляют в качестве контроля, в другую(ие) добавляют различные количества сточных вод (10 - 50 мл в зависимости от вероятной токсичности).или компонентов сточных вод в разных концентрациях. Колбы помещают на магнитные мешалки и, перемешивая, проводят инкубааио в течение 1 ч при 37°С. Продолжительность и температура инкубации установлены я результате оптимизации условий эксперимента. По окончании инкубации из

О5

ос

4Ь

с& о: -и

контрольной и опытных образцов берут по 10 мл иловой суспензии, трехкратно промывают фосфатным буферным раствором рИ 7,0. центрифугируют при , УООО об/мин 10 мин. Осадок переносят в механический дезинтегратор (стеклянная ступка и пестик на шлифах), дезинтеграцию проводят в течение 5 мин при k°С. Дезинтегрируемую иловую смесью переносят в колбу, добавляют 5 мл фосфатного буферного раствора рН 7,0 и тритона Х-100 20 мг/мл в конечной концентрации. Колбы помещают на магнитные мешалки и продолжают дезинтеграцию в )5 течение 2 ч при 37 С- Дезинтеграт центрифуг ируют при O JOO об/мин в тч - 10 мин, такик образом пол ают супернатан , содержащий белки микроорганизмов экосистемы активного ила, 20 Далее в супернатанте определяют общий белок по Биурету или по Лоури и фракции ЬРЛКОВ методов электрофореза в плоских блоках полиакриламидного геля. Для анализируемые образцы в 25 объеме 59 мкл в смеси с 0%-ным раст- фо , сахарозы наносят на линию стар- .,В качестве электродного буфера ис- псльиуюг 1 М трис-ЭД ГА--боратный буДействие минимальных токсичных концентраций компонентов сточных вод приводит к изменению электрофоретической подвижности фракций белка по сравнению с контролем, причем фракции выявляются в зиде подков с зубчиками на краях. Такие качественные изменения белковых фракций указывают на начало токсического действия сточных вод и их компонентов на микроорганизмы экосистемы активного ила. Увеличение концентрации токсичных компонентов сточных вод ведет к постепенному увеличению нарушения фиксирования белками специфического красителя вплоть до полного исчезновения окрашенных фракций с поля электрофореграмм. Причем общее количество белка в образцах и в контроле и в опытах остается примерно на одном уровне.

Пример 1. В k колбы помещают по 2UO мл иловой суспензии 1-й ступени биологической очистки сточных вод. Одну колбу оставляют в качестве контроля, в остальные добавляют по 50 мг/г ила, 100 мг/г ила и 150 мг/г ила синтетического моющего средства Прогресс . К указанному детергенту активфео рН j,2. Электрофорез проводят при зо ный ил аДаптирован. Колбы помещают на

силе тока 5,0 мА/см в первые 30 мин, затем 10,0 мА/см до окончания электрофореза. Полученные фракции белков окрашивают и фиксируют, для чего элект рофореграммы помещают в 1%-ный раст- зор аиидо черного в 71о уксусной кислоте на 1 J мин. Удаление избытка красителя проводят вымачиванием гелевых пластинок в растворе уксусной кислоты. Для ускорения обесцвечивания фона раствор уксусной кислоты меняют k раза в день.

Экспресс-окрашивание и фиксацию электрофореграмм проводят следующим способом: по окончании электрофореза катодную камеру прибора заливают 1%-ным раствором амидо черного в 1% уксусной кислоте и продолжают процесс фореза в течение 1C чин.После окрашивания гелей раст rsop красителя заменя- т раствором уксусной кислоты и продолжают электрофорез до полного удаления фонового окрашивания.

Для качественной оценки действия токсичных сточных вод и их компонентов на белки микроорганизмов активного ила достаточно визуального исследования электрофореграмк без денсито- г , ч L I- тж роогнип

, ю )5 20 25

66)4

Действие минимальных токсичных концентраций компонентов сточных вод приводит к изменению электрофоретической подвижности фракций белка по сравнению с контролем, причем фракции выявляются в зиде подков с зубчиками на краях. Такие качественные изменения белковых фракций указывают на начало токсического действия сточных вод и их компонентов на микроорганизмы экосистемы активного ила. Увеличение концентрации токсичных компонентов сточных вод ведет к постепенному увеличению нарушения фиксирования белками специфического красителя вплоть до полного исчезновения окрашенных фракций с поля электрофореграмм. Причем общее количество белка в образцах и в контроле и в опытах остается примерно на одном уровне.

Пример 1. В k колбы помещают по 2UO мл иловой суспензии 1-й ступени биологической очистки сточных вод. Одну колбу оставляют в качестве контроля, в остальные добавляют по 50 мг/г ила, 100 мг/г ила и 150 мг/г ила синтетического моющего средства Прогресс . К указанному детергенту актив5

0

Q

5

5

магнитные мешалки и при перемешивании проводят инкубацию в течение 1 ч при 3V°C0 Получение образцов, электрофорез и выявление белковых фракций проводят вышеописанным способом. Данные экспериментов по известному и предлагаемому способам представлены в табл. 1 и 2 соответственно.

Из данных, полученных известным способом видно, что при действии CMC Прогресс в концентрации 50 мг/г ила снижение общей активности дегид- рогеназ происходит на 1Ь,5% к контролю, что указывает на отсутствие токсического влияния на микроорганизмы активного ила. Из данных предлагаемого способа видно, что при действии CMC Прогресс в концентрации 50 мг/г ила выявляется 3 Фракции белка, однако они качественно отличаются от фракций ьа электрофореграммах контрольных образцов появлением зубчиков на краях фракций, изменением формы и электрофоретической подвижности. Указанные признаки являются характерными для токсического действия CMC такой концентрации на микроорганизмы экосистемы активного ила. Действие концентрации 100 мг/г ила приводит к уходу одной фракции с поля электрофореграмм, а действие 150 мг/г ила приводит к исчезновению с поля электрофореграмм всех трех фракций белка. Количество общего белка по Лоури остается примерно на одном уровне во всех сериях экспериментов и в контроле и в опыте.

Данные указанной серии эксперимен- тов говорят о более высокой чувствительности предлагаемого способа по сравнению с известным.

П р и м е р 2.

В 2 колбы помещают по 200 мл ило- вой суспензии 1-й ступени биологической очистки сточных вод. Одну колбу оставляют в качестве контроля, в другую добавляют 120 мг/г ила аммиака, залповые выбросы которого характерны для данного производства. Колбы помещают на магнитные мешалки и при перемешивании проводят инкубацию в течение 1 ч при 37°С. Получение образцов, электрофорез и выявление белковых фракций проводят аналогичным образом. Данные экспериментов по известному и предлагаемому способам представлены на табл. 2 и 3 соответственно.

Данные эксперимента, полученные известным способом, указывают на выраженную .токсичность аммиака в такой концентрации по отношению к микроорганизмам ила (снижение исходной активности дегидрогеназ на 0,1%). Из данных предлагаемого способа видно, что залповый выброс аммиака в такой концентрации приводит к исчезновению всех трех фракций с поля электрофореграмм, что указывает на острую токсичность для экосистемы активного ила. Эта серия доказывает, что предлагаемый способ значительно чувствительнее известного.

ПримерЗ- В2 колбы помещают по 200 мл иловой суспензии 1-й ступени биологической очистки сточных вод. Одну колбу оставляют в качестве контроля, в другую добавляют 150 мг/г ила нормальных парафинов, также характерных для сточных вод указанного производства. Колбы помещают на магнитные

.мешалки и при перемешивании проводят .инкубацию в течение 1 ч при 37 С. Получение образцов, электрофорез и выявление белковых фракций проводят в той

же последовательности, что и в преды

Q

5 0 5

0

5

дущих примерах. Данные эксперимент on представлены на табл. 5 и 6 соответ- ственно.

Из данных табл. видно, что по известному способу н-пар-тфины в исследуемой концентрации не токсичны по отношению к микроорганизмам активного ила. Серия, проведенная предлагаемым способом, показывает, что из трех фракций, выявленных в контрольных образцах, при действии н-парафинов выявляется только одна фракция белка с зубчиками на краях, что указывает на выраженное токсическое действие указанного компонента на активный ил. Это еще раз подтверждает большую чув-с стаителыность предлагаемого способа

Применение заявляемого способа биотестирования токсичности промышленных сточных вод позволит с большей чувствительностью установить минимальные концентрации компонентов сточных, вод, при которых начинается токсическое действие на микроорганизмы экосистемы акгишного ила, и концентрации, которые действуют на активный ил остро токсично.

Использование способа на сооружениях биологической очистки сточных вод промышленных производств, городских станций аэрации, отраслевых НИИ и службах биомониторинга обеспечит санитарный эффект за счет оперативного контроля состояния сточных вод при приеме на биологическую очистку и выбросе а водоемы, сделает более действенным управление технологическим процессом очистки стоков.

40

Формула изобретен

и я

5

0

Способ биотестирования токсичности промышленных сточных вод, предусматривающий отбор проб микроорганизмов экосистемы активного ила, их инкубацию с компонентами сточных вод различных концентраций, последующее центрифугирование, окрашивание белковых об- .разцоз и отнесение исследуемых компо- ;нентов сточных вод к токсичным по из- менению интенсивности окрашивания опытных образцов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности биотестирования, после инкуба щии проводят дезинтеграцию микроорганизмов активного ила, центрифугирова- ,ние и электрофорез полученных белковых образцов в плоских блоках полиакриламидного геля с последующим окраши-ктрофоретической подвижности фракций

ванием фракций белка специфическим .,белка и нарушению фиксирования красикрасителем, а интенсивность окрашива-те:ля фракциями белка в опыте по сравния оценивают по изменению формы; эле-гнению с контролем.

Таблица 1

Таблица 3 Известный способ

Общая активность дегидрогеназ активного ила, мр формазана/г ила

Контроль

2,67 .

+М1 Снижение, %%

3 3 3 3 3

Опыт (120 мг аммиа ка/г ила)

1,59 iO,08 -/40,1

Таблица k

8,1 8,0 9, 7,3 7,6

9168 66 J

Таблица 5

Общая активность дегидрогеназ активного ила, мг форма за на/г

КонтрольОпыт (150 мг н-парафинов/г ила)

2,,56

iO.,Т

Снижение, ,0

Таблица

КонтрольОпыт (н-парафин, 150 мг/г

Общий бе- ФракцииОбщий белок Фракции б

лок по белка,по Лоури, (количест

Лоури кол-вомг/мл мг/мл

8,537,91

7,737,61

10,239,11

7,038,01

8,238,21