Введение к работе
Актуальность проблемы. Актуальными на настоящий момент являются комплексные экологические исследования ряда органических веществ, принадлежащих к приоритетным классам контаминации окружающей среды. Согласно оценке ЮНЕП (2005) наиболее опасными ксенобиотиками окружающей среды являются, наряду с тяжелыми металлами, фосфор- и хлорорганическими соединениями, поверхностно-активные вещества (ПАВ), производство и применение которых обусловило их интенсивное поступление в источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. При современной тенденции к увеличению производства, применения ПАВ и существующих методах очистки от этих соединений, контаминация детергентами окружающей среды, и в первую очередь водоемов, с каждым годом нарастает (Доклады о состоянии и об охране окружающей среды …, 2001-2006).
Бисчетвертичные аммониевые соли (БАС) относятся к группе катионных ПАВ. Лекарственные формы БАС широко используются для профилактической и вынужденной дезинфекции в медицинской практике и ветеринарии. Попадая в водоемы со сточными водами, БАС могут оказывать неблагоприятное действие на их экологию, интенсивность развития и реакцию водных микробиоценозов, процессы самоочищения воды (Мудрый, 1996; Жолдакова и др., 2000; Луцевич, 2003, 2005).
Исследованиями ряда авторов (Королев, Красовский, 1979; Елисеев и др., 1981; Луцевич и др., 2001) доказано, что реагентная обработка воды (хлорирование, озонирование и т.д.) является основным трансформирующим фактором содержащихся в ней органических веществ, вызывающим образование продуктов с неблагоприятными органолептическими и токсическими свойствами.
В этой связи целью настоящей работы явилась сравнительная экологическая оценка бисчетвертичных аммониевых солей и продуктов их трансформации в водных объектах.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. изучить стабильность и трансформацию БАС в водных объектах и влияние их на органолептические свойства воды;
2. провести оценку влияния БАС и продуктов их трансформации на общий санитарный режим водоемов по интенсивности биохимического потребления кислорода и процессов минерализации азотсодержащих веществ;
3. изучить влияние БАС и продуктов их трансформации на ассоциацию водных микроорганизмов, интенсивность развития и отмирания водной сапрофитной микрофлоры;
4. провести качественный и количественный анализ методом хромато-масс-спектрометрии образования продуктов трансформации БАС при хлорировании воды;
5. исследовать эффективность очистки воды от БАС и продуктов их трансформации по общепринятой методике и по оптимальной технологической схеме;
6. дать санитарно-токсикологическую оценку качества воды, содержащей БАС и продукты их трансформации, образующихся в процессе реагентной обработки.
Научная новизна. Впервые проведены комплексные экспериментальные исследования по изучению приоритетных ксенобиотиков водоемов – производных бисчетвертичных аммониевых солей. Установлена взаимосвязь между химической структурой изучаемых веществ, их трансформацией в водной среде и биологической активностью образующихся продуктов.
Впервые методом хромато-масс-спектрометрии идентифицированы продукты трансформации БАС на уровне микроконцентраций при хлорировании воды. Показана способность продуктов трансформации БАС длительно сохраняться в водных объектах в зависимости от активной реакции (рН), ионного состава и уровня минерализации воды. Дана оценка влияния продуктов трансформации БАС на общий санитарный режим водоемов, ассоциацию водных микроорганизмов, интенсивность развития и отмирания водной сапрофитной микрофлоры, процессы самоочищения водоемов. Доказано, что обеззараживание воды окислителями не только положительный фактор, способствующий снижению концентраций исходных веществ, но и негативный процесс, сопровождающийся образованием обладающих токсичностью продуктов трансформации, вызывающих отдаленные эффекты биологического действия.
Практическая значимость. Проведенные исследования показали, что общепринятый комбинированный метод водоподготовки не позволяет эффективно удалять примеси БАС и получать воду с удовлетворительными органолептическими свойствами. Предложена обработка воды по усовершенствованной схеме, исключающей попадание остаточных количеств продуктов трансформации БАС в питьевую воду, нормализующей ее органолептические свойства соответственно требованиям стандартов. Доказано, что при контроле качества воды за контаминацией поверхностно-активными веществами необходимо прослеживать процессы трансформации побочных соединений, учитывая возможность образования в результате водоподготовки более токсичных и опасных продуктов. Разработана методическая схема экологической оценки продуктов трансформации катионных ПАВ (на примере БАС), образующихся в процессе водоподготовки.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры биоэкологии и общей биологии Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова, кафедры общей гигиены и экологии Саратовского государственного медицинского университета и кафедры микробиологии и физиологии растений Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научных конференциях различного ранга: научно-практической конференции с международным участием «Окружающая среда и здоровье» – Саратов, 2003; юбилейной научной конференции, посвященной 90-летию кафедры общей гигиены и экологии СГМУ – Саратов, 2004; YI международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» – Пенза, 2005; международной научной конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды» – Македония, 2006; Российской научной конференции «Перспективы развития вузовской науки» – Сочи, 2007.
Основные положения, выносимые на защиту
БАС и продукты их трансформации являются стабильными соединениями, длительно сохраняющимися в воде различных водных объектов.
БАС и продукты их трансформации влияют на ассоциацию водных микроорганизмов, интенсивность развития и отмирания водной сапрофитной микрофлоры, процессы самоочищения и санитарное состояние водоемов.
Вода, обработанная от продуктов трансформации БАС по оптимальной технологической схеме, не содержит вредных веществ, обладающих биологической активностью.
Научная разработка методической схемы экологических исследований БАС и продуктов их трансформации в водных объектах.
Декларация личного участия автора. Экспериментальные исследования выполнялись автором лично или при непосредственном участии в составе научной группы при выполнении НИР СГМУ «Научные основы гигиены и экологии окружающей среды» в период с 2003 по 2007 гг. Обработка полученных данных, их интерпретация и оформление осуществлены автором самостоятельно.
По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы материалов и методов, 5 глав собственных исследований, заключения, выводов. Материалы диссертации изложены на 156 страницах текста, включают 26 рисунков и 32 таблицы. Список использованных литературных источников включает 298 наименований, в том числе 87 зарубежных.
