Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 11
2. Материалы и методы 31
2.1. Объекты исследования 31
2.2. Схема оценки СМА проб воды 32
2.3. Анализ мутагенной активности концентратов воды в тесте Эймса. 34
2.3.1. Индикаторные штаммы Salmonella typhimurium 34
2.3.2. Гомогенат 35
2.3.3. Постановка опыта 35
2.3.4. Учет результатов 36
2.3.5. Методы статистической обработки 36
3. Обоснование схемы экспериментов и системы показателей для оценки влияния дезинфектантов на СМА воды 37
3.1. Основные требования к проведению экспериментов по оценке влияния дезинфектантов на уровень СМА воды 37
3.2. Основные схемы экспериментов по оценке влияния дезинфектантов на уровень СМА воды 40
3.3. Показатели СМА воды для оценки результатов экспериментов по оценке влияния дезинфектантов на уровень СМА воды 41
4. СМА воды поверхностных водоисточников после стандартного хлорирования на водопроводных станциях 45
5. Оценка влияния озонирования изолированно и в комбинации с хлорированием на сма воды поверхностных водоисточников 51
5.1. СМА воды после разных режимов озонирования 51
5.2. СМА воды после хлорирования с последующим озонированием 56
5.3. СМА воды после озонирования с последующим хлорированием 64
5.4. СМА воды после озоносорбции без и с последующим хлорированием 71
5.5. Обсуждение 78
6. Оценка сма воды поверхностного водоисточника после обработки двуокисью хлора и гипохлоритом натрия 83
6.1. Обсуждение 87
7. Оценка влияния йодирования на сма исходной и питьевой воды 89
7.1. СМА воды поверхностного водоисточника после йодирования 91
7.2. СМА хлорированной водопроводной воды до и после обработки разными дозами йода при нейтральном рН 91
7.3. СМА хлорированной водопроводной воды после йодирования при разных значениях рН разными дозами йода 94
7.4. Обсуждение 97
Заключение 99
Выводы 107
Список литературы 109
Приложение 131
- Схема оценки СМА проб воды
- Показатели СМА воды для оценки результатов экспериментов по оценке влияния дезинфектантов на уровень СМА воды
- СМА воды после озоносорбции без и с последующим хлорированием
- СМА хлорированной водопроводной воды до и после обработки разными дозами йода при нейтральном рН
Введение к работе
Обеспечение населения качественной питьевой водой - глобальная проблема всего мирового сообщества (Онищенко Г.Г., 2003; WHO, 2003; Рахманин Ю.Л. и соавт., 2004). Анализ состояния питьевого водоснабжения в РФ свидетельствует об ухудшении качества питьевой воды вследствие увеличения антропогенной нагрузки на водоисточники, недостаточной барьерной роли традиционных методов водоподготовки в отношении биологического и химического загрязнения (Рахманин Ю.А. и соавт., 1995; Михайлова Р.И., 1999; Авчинников А.В., 2002). Одним из путей улучшения качества воды при водоподготовке является использование химических дезинфектантов и окислителей.
В течение многих лет хлор был единственным дезинфектантом воды, применяемым для предупреждения инфекционных заболеваний. В начале 70-х годов было установлено, что при взаимодействии хлора с естественными органическими соединениями поверхностных вод, образуется множество галогенсодержащих соединений (ГСС) (Красовский Г.Н. и соавт. 1987; Худолей В.В., Мизгирев И.В., 1996, ЕНС 216, 2000), многие из которых оказывают отрицательное токсическое, и в том числе канцерогенное воздействие на человека. Эпидемиологические исследования показали значимую связь потребления человеком хлорированной питьевой воды с частотой рака почек, мочевого пузыря и толстой кишки (Ильницкий А.П. и соавт., 1993; Morris, 1995; Kovivusalo, 1998 и др.), что обусловило необходимость контроля за наличием и образованием канцерогенных соединений в воде. В то же время длительная экспозиция организма к действию даже следовых количеств хлорорганических соединений, содержащихся в питьевой воде, может усилить действие канцерогенов, поступивших в организм другим путем (Луков А.Н., 2000). Все это, а также опасность транспортировки и хранения хлора (Абрамов В.М. и соавт., 1999; Подковыров В.П., Привен Е.М., 2004) ставят вопрос о частичной или полной
замене хлора в процессе водоподготовки на другие дезинфектанты, в связи с чем, рассматривается вопрос о более широком внедрении озонирования, обработки воды двуокисью хлора и введении в ряде случаев йодирования (Рахманин Ю.А. и соавт., 2002; ATSDR, 2004).
Эти способы водоподготовки уже используются в различных странах мира, но риск, связанный с образованием побочных продуктов менее изучен, чем при хлорировании. Спектр химических соединений, образующихся в процессе водоподготовки, существенно различается для разных дезинфектантов и при их комбинированного применении (А.Г. Малышева, Л.Ф. Кирьянова, 2001; Е.Е. Полякова, Н.А. Зайцев, 2004;), варьируя в зависимости от сезонности и состояния самого водоисточника. Все это затрудняет оценку токсических, в том числе и мутагенных, эффектов побочных продуктов дезинфектантов.
Поэтому, наряду с физико-химическим анализом отдельных веществ, для оценки мутагенного эффекта побочных продуктов дезинфекции, необходимо определять их суммарную мутагенную активность (СМА). Это позволяет контролировать в целом мутагенную активность химических загрязнений воды, не определяя отдельных мутагенов. Наиболее эффективным интегральным биоиндикатором загрязнения воды канцерогенами и мутагенами является анализ её суммарной мутагенной активности (СМА) в тесте Salmonella/микросомы (тест Эймса), который позволяет регистрировать мутагенное влияние комплекса нелетучих органических соединений (Meier J.R. et al., 1988; Cerna M. et al., 1991; Журков B.C., 1993; Абилев С.К., 2003), образующихся в процессе дезинфекции воды поверхностных водоисточников.
Использованию этого подхода при внедрении новых технологий обеззараживания мешает отсутствие методических схем проведения исследований, четких показателей оценки эффективности методов водоподготовки в отношении снижения мутагенности воды.
Исходя из выше изложенного, целью данной работы явилась оценка влияния дезинфектантов на суммарную мутагенную активность (СМА) питьевой воды, для достижения которой были поставлены и решались следующие задачи:
Разработать систему показателей для оценки влияния дезинфектантов на СМА воды.
Изучить СМА питьевой воды на водопроводных станциях, использующих воду поверхностных водоисточников и применяющих первичное и вторичное хлорирование при водоподготовке.
Оценить влияние разных режимов озонирования, применяемого изолированно и в комбинации с хлорированием, на СМА воды поверхностных источников.
Оценить влияние комбинации двуокиси хлора и хлорирования на СМА воды поверхностного водоисточника.
Оценить влияние разных режимов йодирования на СМА хлорированной питьевой воды.
Научная новизна. Впервые:
предложена система показателей оценки влияния дезинфектантов на СМА воды, включающая: количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды (ИКР); величину, обратную удваивающему объему воды (1/УО); долю снижения СМА питьевой воды при использовании альтернативного дезинфектанта или его комбинации с хлорированием по сравнению со стандартным хлорированием (КИкр);
установлено существенное снижение СМА воды поверхностного водоисточника при применении озонирования до или после хлорирования. Определены оптимальные дозы озона для снижения СМА хлорированной воды;
- показана высокая эффективность озоносорбционной технологии
водоподготовки в снижении мутагенных соединений в воде по сравнению с
традиционной схемой, предусматривающей первичное и вторичное хлорирование;
- выявлено, что использование двуокиси хлора до или после хлорирования воды поверхностного водоисточника существенно снижает СМА;
впервые показано, что йодирование существенно снижает мутагенную активность хлорированной водопроводной воды. Определены оптимальные дозы йода и рН воды, при которых происходит максимальное снижение СМА хлорированной питьевой воды.
Практическая значимость.
Показана необходимость экспериментальной оценки СМА воды при внедрении новых дезинфектантов изолированно и в комбинации с хлорированием в технологию водоподготовки или кондиционировании питьевой воды. Предложены схемы экспериментальных исследований для сравнительной оценки дезинфектантов в отношении образования побочных продуктов дезинфекции, обладающих мутагенной активностью при внедрении конкретных технологий водоподготовки или кондиционирования питьевой воды. Предлагаемые исследования будут способствовать выбору оптимальных технологий водоподготовки в отношении мутагенной и канцерогенной безопасности.
Материалы работы учтены при подготовке СанПиН 2.1.4.1116-02. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества».
Результаты оценки СМА использованы МГП «Мосводоканал» при выполнении комплексной оценки применения диоксида хлора в процессе водоподготовки и отработке режимов озоносорбционной технологии (Справка о внедрении № В-1/37 от 28.01.2002 г.).
Работа выполнена в лаборатории генетического мониторинга в рамках плановых тем ГУ НИИ ЭЧиГОС им. А.Н.Сысина РАМН (№№ госрегистрации: 01.9070002123; 01.20.0000689; 01.20.0000691), а также
договора с МГГІ «Мосводоканал» № 11-81/97. Работа проведена совместно с Мосводоканал НИИ проектом и МГП "Мосводоканал", а также с сотрудниками лаборатории гигиены питьевого водоснабжения ГУ НИИ ЭЧиГОС им. А.Н. Сысина РАМН.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на: международном конгрессе "Вода: экология и технология", Москва, 17-21 сентября 1996 г.; международных конгрессах ЭКВАТЕК (Москва, 1996, 2000, 2002 гг.); 1-ом съезде токсикологов России (Москва, 1998 г.); 29 ежегодном совещании Европейского общества по мутагенам окружающей среды (Копенгаген, Дания, 1999 г.); 16-ом ежегодном совещании Общества по мутагенам окружающей среды стран Северной Европы (Вильнюс, 1999 г.); втором Российском съезде медицинских генетиков (Курск, 2000 г.); 2-ом съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Санкт-Петербург, 2000 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 3 в центральной печати.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, шести глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений. Текст изложен на 130 страницах машинописи, иллюстрирован 17 таблицами и 12 рисунками. Указатель литературы содержит 199 источников, из них 61 отечественных и 138 иностранных авторов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Система показателей оценки влияния дезинфектантов на СМА воды, включающая: количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды (ИКР); величину, обратную удваивающему объему воды (1/УО); коэффициент снижения СМА питьевой воды при использовании альтернативного дезинфектанта или его комбинации с хлорированием по сравнению только с хлорированием (Кикр)-
Озонирование, йодирование и обработки двуокисью хлора снижают СМЛ хлорированной питьевой воды исследованных поверхностных водоисточников.
Основные требования проведения исследований по оценке СМЛ воды при внедрении новых дезинфектантов при водоподготовке и кондиционировании питьевой воды.
Схема оценки СМА проб воды
В большинстве крупных городов Российской Федерации схема водоподготовки питьевой воды включает дезинфекцию путем первичного и вторичного хлорирования или обработку гипохлоритом и в целом может быть представлена так: исходная вода - хлорирование - коагуляция -отстаивание - фильтрация - вторичное хлорирование - распределение. Однако хлор, с успехом используемый для предупреждения инфекционных заболеваний, в начале 70-х г.г. был определен, как вещество, способное реагировать с естественными органическими соединениями поверхностных вод, с образованием сотен галогенсодержащих соединений (ГСС), в числе которых содержатся вещества, оказывающие отрицательное воздействие на организм человека, в том числе канцерогенное (Г.Н. Красовский и соавт. 1987; Худолей В.В., Мизгирев И.В., 1996). Человечество долгие годы подвергается хроническому воздействию низких уровней огромного количества побочных продуктов хлорирования (DBPs). Это вызывает тревогу в отношении здоровья человека, особенно с момента обнаружения в питьевой воде хлороформа и определения его канцерогенности на млекопитающих в 1976 году, а также последующей идентификации в 1986 г. в хлорированной питьевой воде 3-chloro-4-(dichloromethyl)-5-hydroxy-2 (5Н)-furanone (MX) - одного из самых сильных мутагенов, а также его изомеров (Meier J.R. et al., 1986; Holmbom В., 1990), которые регулярно определяются в водопроводной воде различных государств, достигая уровня 80 нг/л (Lu J. et al., 2002; Wright J.M. et al., 2002).
В организм человека побочные продукты дезинфекции попадают не только путем потребления питьевой воды через желудочно-кишечный тракт, но и через дыхательные пути и кожу при стирке, купании в бассейне, ванне или в душе (Egorov АЛ. et al., 2003). В результате чего концентрация хлороформа, являющегося канцерогеном, в помещении возрастает в сотни раз. При различных способах пользования питьевой водой (душ, ванна, питье) добровольцами (Backer L.C. et al., 2000) наибольшие уровни тригалометанов (бромоформ, хлороформ, бромдихлорометан, дибромхлорометан) были обнаружены в крови участников эксперимента, которые принимали душ в течение 10 минут. После потребления питьевой воды добровольцами в течение 5-ти недель, в анализе мочи регистрировалось выделение трихлоруксусной кислоты и хлоралгидрата (Froese K.L., 2002).
Данные эпидемиологических исследований указывают на значимую связь потребления человеком хлорированной питьевой воды поверхностных водоисточников с раком прямой кишки, мочевого пузыря, почек (Yang C.Y. et al., 1998; Koivusalo M. et al., 1997; Koivusalo M. et al., 1998; Журавлев П.В. и соавт., 2000). В основном эта связь определяется по количеству тригалометанов, в частности хлороформа, который является индикатором побочных продуктов дезинфекции (Morris R.D. et al., 1992). Так при потреблении хлорированной питьевой воды повышается относительный риск рака толстой кишки с увеличением уровня хлороформа (Doyle T.J. et al., 1997). В Испании относительный риск рака мочевого пузыря в областях с высоким уровнем воздействия тригалометанов в среднем был оценен как 20% (Villanueva С. et al., 2001). В Финляндии при сравнении случаев рака двух муниципалитетов, один из которых использует хлорированную питьевую воду, а другой - нехлорированную, было выявлено, что в первом из них статистически значимо возрастал относительный риск в 1,2 раза для рака мочевого пузыря и в 1,2-1,4 раза для рака почек (Koivusalo М. et al., 1994). При исследовании неблагоприятного воздействия на репродукцию человека побочных продуктов дезинфекции питьевой хлорированной воды получены данные, указывающие на связь потребления во время последнего триместра беременности тригалометанов питьевой воды с задержкой эмбрионального развития плода (Gallagher M.D. et al., 1998; Toledano M.B. et al., 2005). Относительный риск раковых образований (рак мочевого пузыря, толстой и прямой кишки) и дефектов рождения (Новая Зеландия) при потреблении побочных продуктов хлорирования равен приблизительно 25% (Malcolm M.S. et al., 1999). Эпидемиологические исследования показывают, что при длительном потреблении человеком хлорированной питьевой воды (20-40 лет) относительный риск рака мочевого пузыря возрастает и с увеличением продолжительности контакта, и с повышением концентрации побочных продуктов хлорирования (Villanueva СМ. et al., 2003; King W.D., Marrett L.D., 1996). При сравнении подземных и поверхностных источников питьевой воды (Испания), обработанных стандартным способом хлорирования (прехлорирование, коагуляция, фильтрация и заключительное хлорирование), относительный риск смертности от рака желудка и мочевого пузыря зависел от типа источника питьевой воды и был выше у населения, использующего питьевую воду поверхностных водоисточников (Morales Suarez-Varela М.М. et al., 1994).
Все эти исследования указывают на возможную связь потребления человеком хлорированной питьевой воды поверхностных водоисточников с риском рака желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, дефектами развития плода.
Несмотря на то, что за последние десятилетия было идентифицировано огромное количество побочных продуктов дезинфекции (DBPs), ежегодно обнаруживаются все новые соединения даже в отношении хлора, который является наиболее изученным дезинфектантом (Richardson S.D., 2002; Kundu В. et al., 2003), что обусловлено промышленным прогрессом, изменением климатических условий, а также развитием аналитической химии. Изучение продуктов трансформации химических веществ, в том числе природных и промышленных органических соединений поверхностных водоисточников, показывает, что в процессе хлорирования, например, бутилового спирта образуется более 30 химических соединений (Полякова Е. Е., 2001). Все это затрудняет точное определение последствий влияния дезинфектантов на качественный и количественный состав питьевой воды.
В хлорированной питьевой воде различных стран (Корея, Греция) определяются: тригалометаны, хлоргидроксифураноны, галокетоны, галогенальдегиды, галонитроалканы, галоуксусные кислоты, галоацетонитрилы, хлоралгидрат, хлорпикрин (Woo Y.T. et al., 2002; Lee K.J. et al., 2001; Kampioti A. A., Stephanou E.G., 2002; Nikolaou A.D. et al., 2002) и многие другие составы. Соотношение содержания различных классов побочных продуктов хлорирования не одинаково. Так в Череповце (Egorov A.I. et al., 2003) и в Корее (Lee K.J. et al., 2001) количество тригалометанов (ТГМ) в питьевой воде превышало содержание галоуксусных кислот (ГУК) в 1,5 раза, в Финляндии, наоборот, хлорирование продуцировало почти в 5 раз большее количество галоуксусных кислот по сравнению с ТГМ (108 и 26 мкг/л соответственно). При хлорировании поверхностных вод, с высоким содержанием органики (Череповец) концентрация ТГМ и ГУК превышает соответствующие стандарты US в 2,5 раза и формируется большое количество (160 + 50 нг/л) MX (Egorov A.I., 2003). Основным источником образования токсичных хлорорганических соединений является первичное хлорирование. Применение первичного хлора в дозах 3-5 мг/л содержание хлорорганических соединений увеличивается по отношению к исходной воде в десятки раз (С.В.Волков и соавт., 1996).
Показатели СМА воды для оценки результатов экспериментов по оценке влияния дезинфектантов на уровень СМА воды
Многочисленные исследования показывают, что одним из главных преимуществ применения двуокиси хлора перед хлором при обработке воды является способность окислять соединения, являющиеся предшественниками ТГМ. Установлено, что при обработке воды двуокисью хлора хлороформа образуется в 2-4 раза меньше, чем при хлорировании (Nissing W., Hossgem В., 1987), и в 30 раз снижается содержание ТГМ (Dwarkanath A. Et al., 1986).
Совместное использование диоксида хлора, а затем хлора также практически полностью предотвращает формирование ТГМ в процессе водоподготовки (Graham N.J.D. et al., 1989; Valenta J., 1986), а также снижает потребность в хлоре на заключительной стадии водоподготовки (Gallard Н., von G.U., 2002). Так эффективное подавление образования ТГМ (до 60%) и хлоритов (до 90%) было достигнуто при раздельном вводе дезинфицирующих веществ (вначале - 1 мг/дмЗ СЮ2, через 2 часа - 2 мг/дмЗ хлора) (Rav-Acha Ch. et al., 1985).
Преимущества диоксихлорирования перед использованием в качестве дезинфектанта хлора подтверждены на водоочистных станциях США, Европе, Японии (Корженяк И.Г. и соавт. 1997). Во Франции и США двуокись хлора используют как на стадии предварительного окисления органических веществ, так и на стадии конечного обеззараживания питьевой воды.
При обеззараживании вод поверхностных водоисточников богатых бромидами, образуются броматы и бромсодержащие органические соединения. Исследования показывают (Richardson S.D. et al., 2003), что большое количество бромсодержащих побочных продуктов дезинфекции образуется при использовании прехлорирования, формирование которых исключается применением на начальной стадии водообработки двуокиси хлора.
Обработка воды двуокисью хлора позволяет значительно уменьшить, либо полностью снять мутагенную активность воды, которая определяется наличием комплекса токсичных веществ в исходной воде, а также хлорорганическими соединениями, образующимися при взаимодействии гуминовых кислот с хлором. Экспериментально на воде поверхностного водоисточника, обработанной различными дезинфектантами, было показано, что вода после введения двуокиси хлора не обладала мутагенной активностью, что наблюдалось при добавлении хлора. Предобработка воды двуокисью хлора уменьшала величину мутагенного эффекта, вызываемую только хлорированием (Backlund P. et al., 1985; Дуган A.M., Бариляк И.Р.,1996). После озонирования и фильтрации через гранулированный активированный уголь, на заключительном этапе водоподготовки добавление двуокиси хлора производило меньшую мутагенность, в отличие от хлора (Cognet L. et al., 1986).
В других работах (Meier J.R., Bull R.J., 1985) также обнаружена высокая степень мутагенности хлорированных вод, меньшая - обработанных диоксидом хлора. Однако при обработке этими дезинфектантами изначально мутагенных исходных вод (Huck P.M., 1986), результат был положительным во всех случаях, и степень выраженности мутагенного эффекта была значительно выше.
Речная вода после обработки на установке с предварительным хлорированием, коагулированием, отстаиванием, фильтрованием через песок и гранулированный активированный уголь и вторичной обработке хлором во всех экспериментах проявляла мутагенность, которая отсутствовала при замене хлора на двуокись (Huck R.M. et al., 1987; Cognet L., Courtois Y., 1986). В Нидерландах наиболее эффективной в сокращении мутагенности и удалении галогенорганики была фильтрация через активированный уголь. При использовании низких доз двуокиси хлора (меньше чем 1 мгСЮї/л) для безопасной дезинфекции питьевой воды, не было различия в мутагенности по сравнению с хлорированием (I мг СЬ/л) (Kool H.J. et al., 1985). Йод используется как эффективное и простое дезинфицирующее средство питьевой воды в полевых условиях, на космических станциях (Atvvater J.R. et al., 1996; Рахманин Ю.Л. и соавт., 2001). Так как йод является одним из необходимых биогенных элементов для человека, то в последние годы возрос интерес к применению йода при кондиционировании воды, что привело к необходимости более тщательного и всестороннего гигиенического изучения процесса йодирования (Алексеева А.В., 2002). Изучение мутагенной активности продуктов иодирования воды до настоящего времени не проводилось. Большой интерес вызывает изучение влияния различных доз йода, рН воды при иодировании на СМА хлорированной питьевой воды.
Таким образом, анализ литературных данных показал, что, несмотря на активное использование в различных странах мира альтернативных хлорированию дезинфектантов, риск, связанный с образованием ими побочных продуктов менее изучен, чем при хлорировании. Химико-аналитические исследования определяют большой спектр различных химических соединений в воде, образующихся при действии окислителей, многие из которых не имеют гигиенического норматива (Малышева А.Г., 2003). Поэтому замена хлора на другие дезинфектанты должна происходить при тщательном контроле их безопасности (Bull R.J. et al., 1995).
СМА воды после озоносорбции без и с последующим хлорированием
При введении в практику водоподготовки новых дезинфектантов или их комбинаций обязательно проведение всестороннего токсиколого-гигиенического контроля, включающего химические, органолептические, микробиологические, токсикологические и другие показатели исходной и питьевой воды, анализ продуктов трансформации химической соединений исходной воды под влиянием дезинфектантов. Составной частью этой работы является оценка мутагенной активности химических соединений воды после применения дезинфектантов. Особенно это относится к контролю воды поверхностных водоисточников, содержащих органические соединения природного и антропогенного происхождения, при обработке которых дезинфектантами в процессе водоподготовки, как показано в обзоре литературы, могут образовываться химические соединения, обладающие мутагенной активностью.
Контроль за мутагенными соединениями в воде проводится по 2 направлениям: химический анализ содержания известных мутагенных соединений в воде и биологическая индикация СМА химических загрязнений воды. Химический анализ включает либо анализ отдельных индикаторных химических мутагенов, характерных для определенных дезинфектантов; либо определение спектра образующихся побочных продуктов и вычленение среди них мутагенных соединений, используя базы данных по мутагенным соединениям.
Это направление имеет ряд существенных недостатков при анализе мутагенной активности продуктов трансформации химических соединений исходной воды при применении дезинфектантов. Во-первых, при трансформации образуется широкий спектр химических соединений, для оценки которых требуется применение ряда дорогостоящих химических методик. Во-вторых, состав химических соединений исходной воды поверхностных водоемов постоянно варьирует как по спектру химических соединений, так и по их количественному содержанию (сезонные и пространственные колебания природных органических соединений, варьирование состава хозяйственно-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных сбросов). В-третьих, спектр химических соединений, образующихся в процессе водоподготовки, существенно различается для разных дезинфектантов и для их комбинированного применения.
В связи с этим химический анализ необходим при текущем контроле приоритетных химических соединений, обладающих мутагенной активностью, а также при экспериментальном анализе продуктов трансформации химических соединений при действии разных дезинфектантов в модельных экспериментах.
Анализ СМА позволяет контролировать в целом мутагенную активность химических загрязнений воды, выделяемых используемым методом подготовки проб, не определяя отдельных мутагенов. Примененный в данной работе метод концентрации загрязнений на полимерном сорбенте SEPARON SE позволяет концентрировать и тестировать органические соединения (алифатические, ароматические, гетероциклические) с температурой кипения выше 50С.
Оценка мутагенности концентратов в тесте Эймса на разных штаммах салмонеллы дает возможность выявлять мутагены с разным механизмом действия, а использование вариантов без и с системой метаболической активации выявлять соединения, прямо индуцирующие мутации, или мутагенный эффект метаболитов присутствующих в концентрате веществ.
Тестирование ряда доз концентрата и его разведений, эквивалентных количеству загрязнений из разных объемов воды, пропущенной через колонку, дает возможность определять минимально-действующие дозы концентрата (эквивалентные объемы воды) для каждого штамма салмонеллы и варианта опыта, оценить зависимость мутагенного эффекта от дозы концентрата (регрессионный анализ), определять эквиэффективные дозы концентрата. Все это, вместе с относительной простотой теста, средней стоимостью его проведения, позволяет: - оперативно оценивать СМА проб воды после применения разных дезинфектантов или их комбинаций для воды различных водоисточников, разных доз реагентов и разных условий водо подготовки и т.д.; - выбирать оптимальную технологию применения дезинфектантов для воды конкрентых водоисточников, учитывая, наряду с различными тестируемыми показателями качества питьевой воды, и образование мутагенных соединений. При решении задачи замены при водоподготовке хлорирования альтернативными способами дезинфекции воды или комбинирования хлорирования с другими дезинфектантами для эффективного контроля образования мутагенных соединений необходима разработка адекватных схем экспериментов по сравнительной оценке СМА проб воды. Основные требования к проведению экспериментов для воды конкретных водоисточников следующие: обязательный анализ СМА воды проб водоисточника, поскольку вода, особенно поверхностных водоисточников, может быть загрязнена мутагенными соединениями; анализ СМА проб воды после стандартного хлорирования, применяемого на водопроводной станции в исследуемый период; проведение исследований (по крайней мере на начальном этапе) на стандартных штаммах салмонеллы в вариантах без и с системой метаболической активации; испытание не менее 4 доз концентратов проб воды для оценки минимально-эффективных доз и зависимости эффекта от дозы; анализ результатов по СМА воды как для пробы воды в целом, так и для каждого штамма салмонеллы и варианта без и с метаболической активации для качественной и количественной характеристики влияния дезинфектантов и их комбинаций на СМА воды.
СМА хлорированной водопроводной воды до и после обработки разными дозами йода при нейтральном рН
В предыдущих разделах было показано, что озонирование воды поверхностных водоисточников как до, так и после хлорирования существенно снижает образование мутагенных органических соединений по сравнению со стандартными режимами хлорирования. В настоящее время для повышения качества питьевой воды внедряются технологии, сочетающие озонирование, фильтрацию через угольные фильтры, хлорирование (озоносорбционная технология). С целью оценки влияния этой технологии водо подготовки на уровни СМА воды поверхностного водоисточника (река Москва) были проведены эксперименты на ЭСОВ РВС.
В первых 3 экспериментах (опыты 3.8.-3.10.) обработка воды проходила по следующей схеме (рис. 5.6.): коагулирование (сернокислый алюминий в дозах 6-10 мг/л по АЬОз); отстаивание (2 часа в горизонтальном отстойнике); озонирование, фильтрация через двухслойный песчаный фильтр (керамическая крошка-песок) со скоростью 8 м/час; фильтрация через сорбционные фильтры, загруженные гранулированным углем (СКД-515), хлораммонизация (гипохлорит натрия и аммиак). Параллельно в каждом эксперименте оценивали СМА проб исходной воды после стандартного первичного и вторичного хлорирования. Дозы хлора соответствовали применяемым в данный временной период на водопроводной станции.
Результаты экспериментов приведены в таблицах 5.7 и 5.8. В 2 экспериментах были испытаны: - угольный фильтр в начале загрузки и дозы озона 0,5; 1,0 и 2,0 мг/л (опыт 3.8) - угольного фильтра после эксплуатации 2 месяца и дозы озона 0,5 и 2,0 мг/л (опыт 3.9)
Данные экспериментов показывают, что технология озоиосорбции приводит к отсутствию или существенному снижению СМА воды по сравнению со стандартной обработкой воды с первичным и вторичным хлорированием. Мутагенный эффект концентратов воды снижается с увеличением дозы озона. В опыте 3.8 не выявлен мутагенный эффект концентратов при всех дозах озона кроме очень слабого эффекта при дозе 0,5 мг/л на штамме ТА 98 при СМ+. В опыте 3.9. при дозе озона 0,5 мг/л мутагенный эффект концентрата воды был в 3 раза ниже, чем при стандартном хлорировании на штаммах ТА 100 при СМ- и СМ+ и ТА 98 при СМ-, а при дозе озона 2,0 мг/л приблизительно в 6 раз ниже на штамме ТА 100 при СМ- и отсутствовал в других вариантах. Следует отметить, что в этом случае уровень СМА питьевой хлорированной воды был выше и наблюдался во всех вариантах эксперимента, в отличие от СМА питьевой воды в период проведения эксперимента с новым ГАУ.
Таким образом, по результатам экспериментов можно сделать заключение, что озоносорбционная технология существенно снижает СМА воды при дозе озона 0,5 мг/л и практически не приводит к значимому образованию мутагенных побочных продуктов дезинфекции при дозе озона 2,0 мг/л.
Данные экспериментов были проверены на производственной установке (опыт ЗЛО.), где использована такая же озоносорбционная технология водоподготовки, но при вторичном хлорировании использованы не гипохлорит натрия и аммиак, а хлор. Следует отметить, что концентрация остаточного хлора в конечной воде во всех экспериментах была на уровне 0,8-1,2 мг/л. Результаты (таблица 5.7.) показали, что при озоносорбционной технологии при дозе озона 2,5 мг/л отсутствует мутагенная активность концентратов воды как в пробе до вторичного хлорирования, так и в пробе после вторичного хлорирования. В тоже время при стандартном первичном и вторичном хлорировании на другой линии производственной установки РВС была выявлена СМА воды, характерная в качественном и количественном отношении для данной водопроводной станции (см. гл. 4).
Другим вариантом озоносорбционной технологии является использование первичного и вторичного озонирования. Эксперимент проведен на ЭСОВ РВС на пилотной установке Degremont. Схема водоподготовки (рис. 5.6., опыт 3.11.) включала первичное озонирование (доза озона 1,0 мг/л); коагулирование (сернокислый алюминий в дозах 8 мг/л по AL203); флокуляцию (ASP-25, 0,15 мг/л); отставивание (2 часа в горизонтальном отстойнике); вторичное озонирование (доза озона 0,8 мг/л); фильтрацию через двухслойный песчаный фильтр (керамическая крошка-песок) со скоростью 8 м/час; фильтрацию на сорбционных фильтрах, загруженных гранулированным углем (СДК-515), хлораммонизацию (гипохлорит натрия и аммиак). Параллельно в эксперименте оценивали СМА проб исходной воды и воды после стандартного первичного и вторичного хлорирования.
Результаты эксперимента приведены в таблицах 5.7 и 5.8. Обработка воды в данном режиме на установке Degremont не приводила к образованию мутагенных соединений в пробах воды до вторичного хлорирования и после вторичного хлорирования. В тоже время проба воды после стандартного хлорирования показала выраженный мутагенный эффект. Таким образом, технология двойного озонирования с последующей фильтрацией воды через угольные фильтры не приводит к значимому образованию мутагенных продуктов в воде до и после вторичного хлорирования.
![Токсикогенетический подход к санитарно-гигиенической оценке промышленных сточных вод и их химических компонентов [Электронный ресурс]](/i/i/4436/192781.png "Токсикогенетический подход к санитарно-гигиенической оценке промышленных сточных вод и их химических компонентов [Электронный ресурс] Денисова Татьяна Павловна")