8138

131

−чувствительность (наименьшая концентрация вещества, наибольшее разбавление исследуемой вытяжки);

−экспрессность (время проявления тест-реакции).

−воспроизводимость (степень близости результатов. полученных разными исследователями).

−возможность инструментализации и стандартизации. Большинство методов биотестирования не включает инструментальные

измерения. Это, с одной стороны, можно рассматривать как преимущество биотестирования (можно проводить оценку токсичности в полевых условиях), но, с другой стороны, отсутствие измерений с помощью приборов несколько снижает объективность методов контроля (проблемой является метрологическое обеспечение подобного измерения).

Вообще, инструментальные измерения необходимы для более точной фиксации физиологических и биохимических изменений.

В биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на повреждающее действие среды используют критерий токсичности (toxicity criterion) – тест-функцию. Тест-функции, используемые в качестве показателей биотестирования для различных объектов:

–для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллюсков, рыб, насекомых – выживаемость (смертность) тест-организмов;

–для ракообразных, рыб, моллюсков – плодовитость, появление аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма, степень синхронности дробления яйцеклеток;

–для культур одноклеточных водорослей и инфузорий – гибель клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный прирост культуры;

–для растений – энергия прорастания семян, длина первичного корня и

др.

Каждый из используемых в практике тест-объектов имеет свои преимущества, однако ни один из объектов не является универсальным (то

132

есть чувствительным ко всем веществам в наибольшей степени). Применение единственного биологического параметра для целей биотестирования ненадежно из-за разнообразных механизмов отклика тест-организма на различные антропогенные загрязнения. Наиболее полный анализ интегральной токсичности достигается при применении набора биотестов с использованием различных тест-организмов при контроле их биологических параметров. Поэтому, в соответствии с действующими нормативными документами, необходимо использовать набор объектов, представляющих различные систематические группы.

Наибольшее распространение в качестве аналитических индикаторов получили беспозвоночные, в частности дафнии (Daphnia magna). Дафнии хорошо отвечают ряду требований, предъявляемых к биологическому тестобъекту:

−доступность;

−относительная простота лабораторного культивирования;

−быстрота получения в массовом количестве.

Необходимо отметить, что наиболее чувствительны к токсичным веществам молодые дафнии. В связи с этим в качестве биоиндикаторов рекомендуется использовать молодь в возрасте не более чем 15-26 часов.

Таким образом, метод биотестирования позволяет получить оценку токсичности вещества и косвенную оценку его влияния на элементы естественных экосистем. Ниже приведены результаты исследований по оценке эффективности детоксикации ионов ТМ в ОГСВ при обработке аминокислотными композициями.

4.3. Оценка токсичности на живых организмах

4.3.1.Опыты по оценке острой токсичности на дафниях

Для определения эффекта детоксикации тяжелых металлов

133

рассматриваемым реагентом (АК-3Э) были проведены эксперименты в растворах солей тяжелых металлов в «чистом виде». Сравнивали результаты биотестирования 2-х вариантов:

вариант 1 – «чистый раствор» солей тяжелых металлов;

вариант 2 – обработанный реагентом АК-3Э раствор.

Были протестированы растворы солей Cu, Cd, Ni, Pb и их смеси.

На токсичность меди опыт проводили 3 раза. Готовили растворы CuSO4·5H2O в концентрациях 0,8 г/дм3 и 0,4 г/дм3, что в пересчете на медь 0,2 г/дм3 и 0,1 г/дм3. Исходили из того, что концентрация меди 0,1 г/дм3 (100 мг/дм3) без детоксикации является порогом токсичности для ракообразных. Полученные результаты представлены на рисунках 13 и 14.

Количество дафний, %

100

80

60

40

20

Вариант 1 Вариант 2

Рисунок 13. – Изменение численности дафний при оценке острой токсичности растворов соли меди CuSO4·5H2O (концентрация 0,2 г/дм3 по меди)

Рисунок 14. – Изменение численности дафний при оценке острой токсичности растворов соли меди CuSO4·5H2O (концентрация 0,1 г/дм3 по меди)

По результатам опытов видно, что в варианте 1 уже через 2 часа погибает от 90 до 100 % дафний. В варианте 2 за тот же период времени гибель дафний составляет менее 50 %, с учетом дополнительного стресса в виде SO42- .

На токсичность свинца опыт проводили также 3 раза. Были взяты растворы Pb(NO3) с концентрациями 14,2 мг/дм3, 1,55 г/дм3 и 3,1 г/дм3. Полученные результаты представлены на рисунках 15, 16.

Установлено, что при концентрации свинца 14,2 мг/дм3 в варианте 1 гибель ≈50% дафний наступает через 25 часов, а в варианте 2 за это же время погибло ≈15% дафний.

Рисунок 16. – Изменение численности дафний при оценке острой токсичности растворов соли свинца (при концентрации свинца 1,55 и 3,1 г/дм3)

136

Из рисунка 16 следует, что при увеличении концентрации свинца время гибели сокращается. В чистом растворе при концентрации 1,55 г/дм3 50 %-я гибель наступает через 6 часов, а при концентрации 3,1 г/дм3 – через 5,2 часа, тогда как в варианте с обработанным раствором часть дафний продолжали жить даже после трехнедельных наблюдений.

Токсичность раствора Cd(NO3)2·4Н2О исследовали два раза в концентрациях 2,35 г/ дм3 и 1,18 г/ дм3 (рисунок 17).

Количество дафний, %

100

80

60

40

20

t, ч

0

токсичности растворов соли кадмия (при концентрации 2,35 мг/дм3)

Анализ результатов показывает, что в варианте 1 с большей концентрацией гибель 100% дафний наступила через два часа, а с концентрацией вдвое меньше – через восемь часов. Кадмий один из наиболее токсичных тяжелых металлов, имеет самый низкий порог токсичности для гидробионтов.

Токсичность раствора Ni(NO3)2·6Н2О определяли два раза в концентрациях 3,7 г/дм3 и 1,56 г/дм3 (рисунок 18).

137

Количество даф ний, %

токсичности растворов соли никеля (при концентрации 3,7 и 1,56 мг/дм3)

Данные исследований показывают, что в варианте с чистыми растворами гибель 50% дафний наступает с 3,5–4 часов, а в варианте с «чистыми» растворами намного позже (через сутки).

Сравнение результатов тестирования на дафниях растворов солей тяжелых металлов в «чистом» виде и обработанных реагентом АК-3Э доказывает эффективность детоксикации тяжелых металлов.

С целью определения эффективности детоксицирования подвижных форм металлов, находящихся в осадках, готовилась водная вытяжка из обработанного реагентом АК-3Э осадка и не обработанного реагентом. Исследования проводились на сброженных ОСВ, хранящихся на иловых картах очистных сооружений г. Н.Новгорода. Осадки содержат ≈45% минеральных веществ и ≈55 % органических (на сух. вещество); общая микробная обсемененность – 108–109. Жизнеспособные яйца гельминтов – до 40 шт./кг. Содержание ТМ в ОСВ определялось после отбора пробы и составляло (мг/кг сух. веса): Zn – 1 700; Cu – 380; Cr – 700; Pb - 90; Ni - 290; Cd – 9,5. В соответствии с ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Требования к свойствам …» (2001), эти ОСВ относятся к осадкам II группы и не могут использоваться в качестве удобрения под некоторые с/х культуры в

138

исходном состоянии.

Для постановки эксперимента взяли осадок очистных сооружений, определили влажность осадка (78%) и разделили осадок на две половины. Исходя из содержания тяжелых металлов в осадке, рассчитали необходимую дозу детоксицирующего реагента АК-3Э (доза составила 0,13 моль/кг сух.в- ва) и обработали одну половину осадка. Через сутки в обе части осадка прилили по два литра дистиллированной воды и отфильтровали. Далее опыт проводили по стандартной методике. Полученные результаты представлены на рисунке 19.

Количество дафний, %

100

80

60

40

20

Вариант 1 Вариант 2

Рисунок 19. – Изменение численности дафний при оценке острой токсичности водной вытяжки из осадка по вариантам: 1 – вытяжка из необработанного реагентом осадка, 2 – вытяжка из обработанного осадка

Гибель 50 % дафний в варианте 1 наступает к концу первых суток. В дальнейшем дафнии первого варианта погибли, а в варианте 2 выжившие дафнии культивировали по стандартной методике. Таким образом, в варианте с водной вытяжкой из обработанного осадка связывание ионов металлов в нерастворимые аминокислотные комплексы приводит к существенному снижению токсического действия металлов на дафнии, а композиция АК-3Э

139

является эффективным детоксикантом ионов тяжелых металлов.

По окончании экспериментов выживших дафний пересаживали в специальный сосуд, культивировали по стандартной методике и вели наблюдение в течение 2-х месяцев. За этот период самки дафний дали по несколько пометов. Молодь, достигнувшая половой зрелости также давала пометы, что позволяет сделать вывод о сохранении репродуктивных функций.

Сравнение результатов тестирования на дафниях водной вытяжки из осадка, обработанного реагентом АК-3Э и необработанного показывает эффективность детоксикации тяжелых металлов. Подтверждена пригодность метода тестирования на дафниях для экспресс-оценки эффекта детоксикации (в течение 48 часов).

В другой серии опытов сравнительная оценка токсичности исходного и детоксицированного реагентом АК-3Э осадка была проведена также на тестобъекте – Daphnia magna по стандартной методике биологического тестирования ФР.1.39.2001.00283 в лаборатории промышленной и экологической токсикологии НИИ химии ННГУ им. Н.И.Лобачевского.

Для анализа был использован исходный сброженный осадок Нижегородской станции аэрации влажностью ≈98% (образец №1) и осадок, обработанный реагентом АК-3Э в дозе 0,15 ммоль/кг сух-го в-ва (образец №2). Подготовка проб для тестирования проводилась в лаборатории в соответствии с методикой. В ходе 96-часового эксперимента был определен показатель токсичности – безопасная кратности разбавления (Бкр10). Результаты эксперимента представлены в таблице 16.

Результаты биологического тестирования показывают снижение показателя токсичности на 50-60%, что говорит об эффективности использования аминокислотного реагента АК-3Э для детоксикации тяжелых металлов в осадках городских сточных вод.

140

Таблица 16

Результаты биологического тестирования исходного и обработанного осадков

Результаты биологического тестирования показывают снижение показателя токсичности на 50-60%, что говорит об эффективности использования аминокислотного реагента АК-3Э для детоксикации тяжелых металлов в осадках городских сточных вод.

4.3.2.Тестирование на червях (почвенные беспозвоночные)

Вопытах по тестированию на почвенных беспозвоночных использовались красные черви (Оболенский гибрид Eisenia fetida). Тестирование проводилось в двух вариантах. Субстрат варианта I содержит 500 г (по сух. веществу) необработанного осадка и столько же древесных опилок; субстрат варианта II включает в том же соотношении обработанный осадок и опилки. Компоненты помещают в специальные емкости, перемешивают, увлажняют, а затем запускают червей. Оценка токсичности заключается в определении процента смертности и воздействия на рост и размножение взрослых земляных червей после опыта в течение 28 дней.

Полученные при тестировании результаты представлены в таблице 17.