Способ биологической оценки токсичности воды

Способ биологической оценки токсичности воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

»

РЕСПУ БЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫПФ

«» ) «»

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 с 4

) М (21) 3625904/28-13 (22) 13.07.83 (46) 15.10.86. Бюл. И 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (72) В.В. Емельяненко и А.Н. Крайню» кова (53) 639.3.05(088.8) (56) Патент Франции Р 2228407, кл. О 01 0 33/18, опублик. 1975.

Заявка ФРГ К 2164702, «л. С 01 М 33/18, 1974.

Авт<щское свидетельство СССР Ф 946027, кл. А Of К 61/00, 1980...SU„„1144203 А (д) 4 А 01 К 61/00, G 01 N 33/18 (54) (57) СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ

ТОКСИЧНОСТИ ВОДЫ, предусматривающий 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 ч а юшийся 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 мнн действию электрического поля постоянного тока напряженностью 0 5— — 2,0 В/см.

1 11

Изобретение относится к исследованию химических свойств веществ, в . частности к оценке токсичности воды, и предназначено для контроля качества вод, например сточных вод промьппленных предприятий, с помощью биологических тест-объектов.

Известен способ оценки уровня токсичности воды, основанный на регистрации метаболической активности микроорганизмов.

Ухудшение состояния микроорганизмов при осуществлении известного способа определяют по одному из параметров, связанных с их xHsHpHHoA 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 регистрации 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 моллюсков, пропуск через резервуар контролируемой воды и регистрацию реакции закрывания моллюсками створок под воздействием токсических веществ, содержащихся в воде.

Недостатком известного способа является то, что в присутствии отдельных токсическйх веществ (фенол, хром и др.) моллюски не закрывают створки раковин и, следовательно, сигнал о токсичности воды не возникает.

Кроме того, поведение моллюсков

s присутствии в воде тех или иных токсических веществ проявляется неодинаково, то есть реакцию эакрь|вания створок моллюсков вызывают ионы меди, кадмия, поверхностно-активные вещества. Однако и эти токсические вещества, 44203

30 чение 1-8 мин действию электрического поля постоянного тока напряженностью

0,5-2,0 В/см.

,Двустворчатых. моллюсков закрепляют в кассетах так, чтобы одна створ35 ка была неподвижно прикреплена к съемной полке кассеты„а другую створку соединяют кинематически с регистрируюпим прибором.

Кассеты с моллюсками в количестве .10 штук устанавливают в резервуаре, через который пропускают воду, подлежащую исследованию.

Через 10 — 15 мин моллюски открыва45 ют створки и фильтруют воду. В этих условиях моллюсков выдерживают 5—

6 ч, что достаточно для адаптацин 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

I5

25 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, сопровождающаяся глубокими нарушениями жизнедеятельности. В обоих случаях реакция моллюсков. на присутствие токсикантов s воде будет неадекватной, либо вовсе не наступает, то есть способ не обеспечивает достаточной чувствительности при оценке токсичности воды

Целью настоящего изобретения является повышение 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 тетест-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 закрывания 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 биологичесхой 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. разме щали 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 В/см. Через 5 мин поле отключали и регистрировали число моллюсков,. закрывших створки раковин. Створки были закрыты у 7 моллюсков из 10 (707) .

В аквариум подавали чистую воду в течение следующих 4 ч, после чего описанные вьппе операции повторяли при тех же режимах. творки были закрыты у 6 моллюсков (607). В аквариум подавали чистую воду еще в течение 4 ч и повторяли вышеописанные операции. Створки были закрыты у 7 моллюсков (70X).

В аквариум подавали воду в течение 4 ч и все операции повторяли.

Створки были закрыты у 5 моллюсков (50X).

В аквариум подавали чистую воду в.течение 4 ч и все операции повторялн. Створки были закрьггы у 7 моллюсков (70X).

В аквариум подавали чистую воду в течение 4 ч и все операции повторяли. Створки закрыты у 7 моллюсков (70X) . з 1 44203 4 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. Токси- 10 ческие вещества замедляют либо вовсе подавляют реакцию моллюсков (закрывание сгворок) на электрическое поле, что и фиксируется регистрирующим прибором. 5

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, zp после 24 ч пребывания в этой воде—

50Х моллюсков.

То, что моллюсков подвергают действию электрического поля, периодически, например, через каждые 2-6 ч, 25 обеспечивает необходимый режим оценки токсичности и, следовательно, требуемую эффективность и надежность.

Если моллюсков подвергать действию электрического поля через интервалы менее, чем 2 ч, то слишком высокая частота воздействия отрицательно скажется на состоянии моллюсков и это 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 действию электрического поля постоянного тока, обеспечивает требуемый режим оценки токсичности, так как воздейстwe 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 менее 0 5 В/см не всегда вызывает закрывание створок моллюсков, а использование электрического поля напряжен55 ностью более 2,0 В/см при регулярном воздействии может вызвать столь значительное угнетенное состояние

Данная напряженность поля 0,25 В/см 1О неприемлема, так как не вызывает закрывания створок раковин у 1007 моллюсков.

S 1144

Весь цикл вышеописанных операций был повторен 4 раза. В.результате.статистической обработки были вычислены средние значения процента моллюсков, закрывших створки: через 4 ч — 73X

5 через 8 ч — 62X, через 12 ч — 68X, через 16 ч - 54Х, через 20 ч — ббХ, через 24 ч — 69X.

Пример 2. Условия проведения 1 испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 1. Напряженность электрического поля составляла

0,5 В/см. Весь цикл был повторен 4

pasa, статобработка показала, что створки были закрыты у 100Х моллюсков через 4 ч, у 98Х через 8 ч, у 100Х через 12 ч, у 100Х через 16 ч, у 1007 через 20 ч, у 1007. через 24 ч. Результаты приведены в табл. 1. 25

Пример 3 ° Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 1. Напряженность электрического поля составляла t,37 B/ñè.

Через каждые 4 ч створки были закрыты у 100Х моллюсков.

Результаты опытов приведены в табл. 1.

Пример 4. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, 35 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 моллюсками подавали сточную воду химического предприятия, поступающую на очистные сооружения Через 4 ч между 45 электродами создавали электрическое поле напряженностью 0,25 В/см в течение 5 мин. Посла отключения поля регистрировали число моллюсков с закрытыми створками. Створки были закрыты у 3 .моллюсков (ЗОХ). Вышеописан50 ные операции повторяли через кажцые

4 ч в течение суток. Обработка полученных данных показала, что через

4 ч створки закрыты .у 31 моллюсков, через 8 ч — у 35Х, через 12 ч — у

18Х, через 16 ч " у 24Х, через 24 чу 18Х. Следовательно, напряженность поля 0,25 В/см недостаточна,. так как

203 ь вызвает значительный разброс результатов оценки токсичности воды.

Пример 6. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 5. Напряженность электрического поля составляла

0,5 В/см. Процент моллюсков, закрывших створки, составлял: через 4 ч—

70Х, через 8 ч †.617, через 12 ч—

68Х, через 16 ч — 647, через 20 ч—

59, через 24 ч — 62X. 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 — 82X, через 8 ч — 657, через 12 ч — 637, через 16 ч — 587, через 20 ч — 52 ., через 24 ч — 50X. Результаты представлены в табл. 1.

Пример 8. Условия проведения испытаний соответствовали усло- . виям, описанным в примере 5. Напряженность поля составляла 2,0 В/см.

Процент моллюсков, закрывших створки через каждые 4 ч, 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 закрыванием створок.

Отсутствие реакции объясняется тем, что в данной сточной воде нет веществ, вызывающих реакцию закрывания створок (медь, кадмий, СПАВы). 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.

Створки были закрыты у 4 моллюсков (40Х). Вышеописанные операции повторяли через каждые 4 ч в течение суТаблица

Контролируемая вода-сточная содер-жащая повышенные количества фенола

Чистая вода (контроль) Контролируемая вода-сточная, после очистки

Ъ

Напряженность электрического поля (В/см) 0 5

1,37 2,0

1,37 2,0

0,25

0,25

0 5

1,37 2, 0 25

0 5

73 100 100 100 31 70 81 100 38 88 100 100

65 100 42 95 100 100

62 98 100 100 35 61

63 82 35 90 96 100

12 ч

68 100 100 100 18 68

54 100 100 100 24 64 58 77 36 89 92 100

66 100 100 100 27 59 52 . 75 44 97 95 100

20 ч

69 100 100 100 18 62 50 72 41 93 87 100

24 ч

7 1144 ток. Все испытания повторяли трижды.

Результаты обработки показали процент моллюсков, закрывших створки через

4 ч — 38X, через 8 ч — 42X, через

12 ч — 35%, через 16 ч — 367, через

20 ч — 44X, через 24 ч — 41X, 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.

П .р и м е р 11. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 10. Напряженность поля составляла 0,5 В/см. 15

Результаты статобработки через каждые

;4 ч в течение, суток внесены в табл.1.

Hp. и м е р 12. Условия проведе- . ния исптыаний соответствовали условиям, описанным в примере 10. Напря- 20 женность поля составляла 1,37 В/см.

Оцениваемая токсичность может быть выражена количественно, но лишь в относительных единицах ввиду отсутствия системных единиц токсичности. Удобно оценивать степень токсич- 55 ности относительно к контролю, т.е. к проценту моллюсков, закрывших створки в чистой воде. При такой фор203 8

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,G В/см. ме,выражения токсичность контролируемой 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

11442

Таблица 2

Время, часы с начала испытаний

1 2 3

4 5 6 7 8

Процент моллюсков с закрытыми створками 100 100 93 88 97 100 100 100

Таблица 3

Процент молмоллюсков

9 сточной воды, содержащей фенол, хром, цинк, свинец, не может быть определена с использованием способа-прото-. типа, тогда как заявляемый способ позволяет производить определение токсичности. Таким образом заявляемый способ позволяет существенно расширить диапазон оценки токсичности воды-и повысить чувствительность способа. to

Использование заявляемого способа позволит производить оценку токсичности сточных вод, содержащих более широкий набор токсикантов, чем это было возможно с применением прототи- 15 па. В отличие от .последнего, заявля-. емый способ дает возможность определить токсичность практически любого вещества, отрицательно действующего на организм моллюска. 20

Пример t4. В резервуар с моллюсками в течение.24 ч подавали контролируемую сточную воду, не вызывающую закрывания створок у моллюсков по способу-прототипу. Через 25 каждые 4 ч моллюсков подвергали действию электрического поля напряженностью 1,37 В/см в течение 7 мин .. Установлено, что при периодичности воздействия электрического поля на моллюсков 1 ч резко нарушался нормальный физиологический режим активности, в результате чего через

5 ч моллюски закрыли створки раковин и в дальнейшем (в течение нескольких часов) не могли быть для

so оценки токсичности.

Пример 16. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 15. Электрическое поле; напряженностью

1,3. B/ñì создавалИ между электродами через каждые 2 ч. Результаты приприведены в табл. 3. и регистрировали число моллюсков, закрывших створки раковин. В результате установлено, что через 12 ч с начала подачи в резервуар контролируемой сточной воды створки раковин под действием электрического поля закрыли 76X моллюсков, через 24 ч с начала подачи — 61X моллюсков. У

1003 контрольных моллюсков, находившихся в чистой воде, створки раковин были закрыты после воздействия электрического поля той же напряженности.

Произведенный параллельно химический анализ показал наличие в контролируемой сточной воде незначительных добавок ионов меди. Полученные экспериментальные данные показывают, что заявляемое 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 ноле напряженностью 1,37 В/см в течение

5 мин. Результаты приведены в табл.2. м

Время, часы с начала испытаний . 2 4 6 8 с закрытыми створками 100 81 70 65 63 63

Установлено, что при перерывах

2 ч и более между периодическим воздействием на моллюсков электрическим полем токсичность воды может быть

11 1144203 12 оценена с удовлетворительной надеж- создавали электрическое поле напряностью. Периодичность воздействия женность 1,37 В/см в течение 0,5 мин. более 6 ч нецелесообразна, так как После отключения поля регистрировали снижает экспрессность оценки. число моллюсков с закрытыми створкаПример .17. В аквариум с ми. Створки быпи закрыты у 9 моллюсмоллюсками подавали сточную воду хи- ков (90X). По трем сериям опытам вымического предприятия, прошедшую числяли средние величины, приведенные очистку. Через 2 ч между электродами в табл. 4.

) .

Таблица 4

Время, часы с начала испытаний

Продложительность воздействия

0 5 мин

95 83

100 78

100 81

78 100 80

70 60 55

1 мин

5 мин

8 мин

16 мин

70 65 63

100 100

83 77 70

100 100 100

Составитель

Техред А.Кравчук

Редактор О. Иванова

Корректор М. Шароши

Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5588/2

Производственно-полиграфическое предприятие, F. Ужгород, ул. Проектная, 4

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

Пример 18. Условия проведе- ния испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 17. Про1 должительность воздействия на моллюсков электрическим полем — 16 мин. Ус-g5 тановлено, что через 8 ч после начала испытаний нормальный физиологичес.кий режим активности моллюсков нарушился, что сделало невозможным дальнейшие испытания. 40

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 оценки токсичности и повышает достоверность оценки токсичностЦконтролируемой воды.

Использование способа в народном хозяйстве позволит получить не только хороший экологический эффект эа счет повышения достоверности контро-, ля загрязнения водных объектов, но и даст экономический эффект, который составит около 25 0 тыс.руб. в год.