Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антимикробные свойства природных цеолитов и перспективы их использования

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Антимикробные свойства природных цеолитов и перспективы их использования"

Р Г Б ОД

■ О ОКТ <09'-

ч МШИСТЕРСТБО' ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ОДЕРАЦИИ ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ^ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИЖКИЯ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

I

КРОХИНА Стелла Александровна

АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук /03.00.07 - микробиология/

Владивосток - 1994. год

Работа выполнена во Владивостокском государственном медицинском институте Российской Федерации (ректор - академик FEAH и 1С А, докт. мед. наук, профессор Каминский Ю. В. ) на кафедре микробиологии с вирусологией и иммунологией (зав. кафедрой - засл. дент. науки РФ, докт.* мед. наук, профессор Мотавкина Н. С. ) '

Научный руководитель:

Мотавкина ЕС. - засл. деят. науки РФ, докт. мед. наук, профессор

Ведущее учреждение - Ленинградский санитарно-гигиенический институт Министерства здравоохранения Российской Федерации

Официальные оппоненты:

Беседнова H.R - член-корреспондент СО РАМН, доктор медицинских наук, профессор

Щеглова И. К. - кандидат медицинских наук

ся "•¿4" ОШ^Ь 1994 г.

Защита состоится "-<^7" ^ъХШЬ г. на заседании

Специализированного * Совета К. 084.24.02, при Владивостокском государственном медицинском институте (адрес: 690600, Владивосток, проспект Остря кова, 2).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Владивостокского государственного медицинского института

Автореферат разослан " 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета - кандидат медицинских наук, доцент Диго Р. Н. / .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние годы во всех странах мира, в той числе и на территории Ррссии, резко возросла заболеваемость различными инфекционными заболеваниями, связанными с многочисленными и разнообразными зооантрогюгешшми загрязнениями среды. Это серьезно ухудшило экологическую ситуации, обострило эпидемическую напряженность, вызвав своеобразный,, взрыв антисанитарии. '

Среди источников воабудителаА инфекционных заболеваний на первое место следует поставить воду как одну из наиболее частых причин эпидемических вспышек. В некоторых -географических зонах, в частности в Приморье, ока приобретает особое значение в связи с недостатком пресных водоисточников, гористой местностью, что в период таяниа снегов и наводнений создает опасность вымывания выгребных ам, кладбищ и скотомогильников, примеси сточных вод из животноводческих и птицеводческих ферм. Огромную опасность представляет при атом подсасывания последних в устаревшую распределительную систему. Причем, аналогичная обстановка может сложиться повсюду.

Неблагополучие в водосборной и водоочистительной системах приводят к возникновению водных вспышк самых различных инфекционных заболеваний (Еагдасарьян Г. А. с соавт.. 1Ö77 и др.). Положение еще более усугубляется экономическими трудностями страны, недостатком различных очищпцих средств, в связи с чем к потребителю поступает плохо обеззараженная вода.

В этих условиях большую практическую и научную ценность представляет поиск местных возможностей, для укрепления и совершенствования водоочистительных систем. Среди них важную роль могут .сыграть природные цеолиты, обладающие, как установлено, высокой адсорбционно-фильтрационной активностью в отношении различных химических и биологических загрязнений. Однако диапазон антимикробных свойств природных цеолитов практически не изучен и возможность их использования для освобождения от возбудителей различных инфекций ив исследована. Это и определило цель и задачи настоящей работы.

Целью диссертационного поиска явилась разработка рекомендаций по сакитарно-противоэпидемическому применению природных цеолитов для очистки питьевой воды на основе изучения их антимикробных свойств. Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие конкретные задачи:

.-4- Сконструировать экспериментальные колонки для фильтрации воды;

о Подоврать наиболее ,показательную микробиальную нагрузку "загрязнителей" на водопроводную воду;

- Исследовать протквомшфобнуп' адсорбцконно-фильтрационну» активность цгалитевых фильтров в отношении

а) rpaMno^J^.JftH¿Tf.;^K ¿граштрицател^ных,споровых и квоппропоразу!^¿^^ptá)1-.-"-- :

б) бактёригшилг 'токсинов;: •

. . вУ вирусов;.' . -' • • "

'• " .г) грибов; - .. • . . • •

- Сцевить эффективность применения природных цеолитов разной, дисперсности для очисткипитьевой воды от различных микробов ш показателям ' адсорбционно-фильтраадонной. актшшости, ей*. кости', продолхительнасти рабочего .(»стояния;

- ^ Проверить возможность' и ' оодштьч качество 'восстановления адсорбцмонно- фильтрационной активности цеолитовых колонок восле ра&ышшх физико-химических воздействий;

- Еазравотать рекомендации во применению природных эолитов

»

дда санитарно-гигиенических целей.

Научная новизна - и теоретическая' ценность подученных результатов закатается в .ряде подоконий. В ходе исследований установлена универсальность' антимикробной адсорбционно-филь-трационной активности природных цролитов в отношении микробов разных таксономических груше . бактерий • (грамположительных, граштрицательных« - споровых» неспоровых) , их токсинов, виру -сов» грибов; • '

'- зависимость антимикробной активности цеолитов от дисйерс-ности-«эолитовых гранул;

- неодинаковые аитюокроСнш .' свойства »эолитов в отношении ышфоорганиэюв'рааноА таксономической принадлежности;

- возможность реверсии адсороционно-фидьтраципнноа активности цролитовых фильтров вод воздействием высокой температуры, растворов аатисептика Виркона и гддрной извести.

Практическая значимость исследований состоит в разра-.Соткв теоретических предпосылок к усовершенствовании шроког.9, . использования 'природных цеолитов для практических целей в крупных водоочистителеяэд-системах-.и рекомендаций для индивидуального дримркеяи 'пдтреаителем:,

- установлена оптимальная и наиболее аффективная дисперсность природных .цеолитов; .....

- представлен расчет для аффективной адсорбционной активности фильтров с учетом продолжительности .сохранения юс рабочего состояния' и адсорбционной емкости в отношении комплекса микробиаль них загрязнений;

* »

- разработаны наиболее аффективные способы восстановления адсорбционно-фильтрационной активности цейлитовых колонок в условиях их разномасштабного использования; *

- разработаны рекомендации по применению цеолитовых фильтров,. для очистки не только питьевой воды, fio и других объектов от микроорганизмов, что может найти применение в клинической практике.

Апробация диссертационной работы. Материалы диссертации были представлены и апробированы на ряде научных конференций: на конференции молодых ученых (Владивосток,1993), на Всероссийской научно-практической конференции' "Цеолиты Приморья" -(Владивосток, 1994). Они опубликованы в 4 статьях и тезисах докладов, представлены в виде заявки на 1 изобретение, защищены удостоверением БРИЗ ВГ1ДО N 2213 от 20.05.92 Г. на рационализаторское предложение.

Структура диссертации..^ Диссертация написана по традиционному плану, включает введение, обзор литературы (1 глава), собственные исследования (6 глав), заключение, общие выводы, рекомендации для внедрения в науку и практику и указатель литературы, состоящий иа 1?4 источников, в том числе 67 иностранных. Материалы диссертации проиллюстрированы 25 таблицами, 34 рисунками, 4 рабочими схемами. Текст диссертации раамеден на 150 страницах машинописного текста.

Положения, выносимые на защиту.

1. Природные цеолиты обладают универсальной, но количественно различной адсорбщюнно- фильтрационной активностью в отношении микроорганизмов разных таксономических групп.

2. Адсорбционно-фильтращганкая способность цеолитов, их емкость и продолжительность работы максимальна при размере гранул 0,5 - 0,65 мм.

Я Природные цеолиты хорошо восстанавливают свои адсорбционно-фильтрационные Свойства под влиянием различных физико-химических воздействий, что определяет большую продолжительность их рабочего состояния и экономическую целесообразность их использования для разномасштабных целей.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ И EI'O ОБСУЖДЕНИЕ

Направления, объекты, материал и. методы исследования.

Направления^ уюсертационного поиска, методы и объем выполненной " работы ^ представлены в табл. 1. Объектами для • изучения послуяш'ирояаи Чугуевского месторождения и питье: вая вода Среди биологических объектов, в качестве искусственных загрязнителей были использованы бактерии (грамполо-жительные и грамотрицательные, споровые и неспоровые форку), вирусы, (патогенные для человека и бактериофаги), грибы (представители двух семейств) и микробные токсины.

По видовоцу признаку это' бшш микробы, причастные к естественному возможному загрязнению воды и способные послужить причиной водных эпидемических'вспышек с формированием разнообразных расстройств кишечника, а именно шигеллы (Sh. flexneri, Sh. sonnéi), ашерихии (E. coli 0-111), сальмонеллы (Sain, enteritldis, Salai typhimurium, Sala nevport), возбудители вирусных инфекций (вирусы гриппа), бактериофаги -косвенные свидетели и индикаторы бактериальных загрязнений (коли-протейный, стафилококковый, салыюнеллеаный), нитчатые грибы (Pénicillium, Asperglllus), дрожжи - Saccharomycetes. В качестве токсинов испытаны столбнячный и стафилококковый ' анатоксина

Цеолиты Чугуевского месторождения испытаны разной дисперсности (0,5 мм; 0,65 мм; 0,7 мм; 1,0 мм), полученной с помощью мерных, сит. 1Ь физико-химическим показателям они соответствовали требованиям ТУ 429-10235224-001-92 "Туф цеолитизированный для .очистки природных и сточных вод", разработанный ДВО ВНИИ ВЭДГЕО в 1992 году канд. хим. наук & А. Коваленко и зарегистрированным.в государственном реестре за N 03S/OOÏ157 от 21.07.92 г. Цеолитовые фильтрующие колонки представляли собой вертикальный фрагмент горизонтального пласта, заключенный в стандартизованную стеклянную . емкость трубчатой формы определенного размера с учетом, дисперсности цеолитовых частиц и их весовых параметров.

Исследовшшя для получения верифицированных результатов были проведены в многократных повторностях, а при оценке продолжительности сохранения рабочего состояния - до прекращения их действия, то есть до полного насынрния цеолита. '

Таблица 1.

.-Направления, методы и объем'исследований

N Направления Объем

п\д исследований ' Методы исследований работы

I. Изучение антимикро- 1.Конструирование цеолитовых 20

бной адсорбционной фильтрующих колонок колонок

активности природ- 2. Подбор биозагрязнителей 16

ных цеолитов 3. Расчет микробиальной нагру- объект.

зки

II. Изучение противо - 4. Определение ОЫЧ для неспо - 470

бактериальной ад - ровых форм проб

сорбционной актив- 5. Определение ОЫЧ для споро- 112

ности цеолитов вых форм . проб

6. Определение бактериальных 350

индексов проб

III. Изучение противови- 7. Определение титров бактерио- 401

русной адсорбцион- фагов в р. Ашшдьмана проба

ной активности цео- а Определение титров в РГА 106

литов -для вирусов гриппозной вакци- проб

ны

IV. Изучение антитокси- 9. Постановка р. инициальной ческой адсорОцион- фдоккуляции и расчет титров ной активности цеолитов

V. Изучение антимико - 10. Определение ОЦЧ для дрож- 131

тической адсорбци - жей проба

онной активности 11. Определение'микробного чис- 70

цеолитов ла и видо-типовая оценка для проб

плесневых грибов (стереомик-

роскопия колоний)

VI. Статистическая об- 12. Метод вариационной статис- Все

работка материалов тики с использованием крите- цифр.

\ риев Огьвдента-Оиаера данные

108 проб

Примечание: ОМЧ - общре микробное число, РГА - реакция гемагглютинации. -

Цетодическов решение поставленных еадач (таблЛ) включало комплекс, мшфойио логических и иммунологических методик. Среди первых 'иа них Ошм микроскопический, бактериологический методы, тигро^^ го Amw^ вторых - реакции

флоккуляции и гешгглвтинации (1 фаза). Бее цифровые данные подвергнуты статистической обработке методами вариационной статистики, разностному и корреляционному анализу с учетом критериев достоверности.

РЕЗУЛЬТАТЫ4 ИССЛЕДОВАНИЯ

»

1. Противобактериальная адсорбционная активность природных цеолитов.

1,1. Противобактериальная адсорбционная активность цеолитов в отношении грамотрицательных бактерий.

В ходе оценки адсорбционно-фильтрационной активности цеолитов наибольшее внимание было уделено грамотрицательным патогенным бактериям 'йишечной группы: представителям сальмонелл (Salm, enteritidis, Salm, typhimurium, Salm, rvewport) к оигелл (Sh. flexneri, Sh. sonnoi).

Дня определения оптимальной микробной нагрузки и аффективных размеров. цеолитовых частиц нами была испигана исходная стандартизированная взвесь каждой культуры в 500 млн. микробных тел в 1 мл и ее десятикратные разведения до 10-5, а также дисперсности цеолитовых гранул в 0,5 мм; 0,65 мм; 0,7 мм и 1,0 мы, полученные путем просеивания дробленого цеолита через сита с известной величиной ячейки.

В ходе исследований было установлено, что для цеолитовых фцьтрувдих колонок, сконструированных для наших экспериментов, размеры частиц, которые эффективно еншши общэе микробное число и даже полностью извлекали микробные клетки из искусственно инфицированной водопроводной воды, оказались - равными. 0,5; 0,65; и 0,7 мм. Причем, для дисперсности 0,5 и 0,65. мм оптимальная бактериальная нагрузка была определена' в 5, 50 и 500 тыс. микробных тел в 1 мл для саль-

монелл (исключение составила Salía typhimiriuoi, давшая при 3-кратном контроле ■ рост в третьей . опыте при нагрузке в 500 тыс. м.т./мл). Для шигелл же вышеназванные размеры цеолитовых частиц были эффективны лиш^ при нагрузке в 5 и 50 тыс. м. т. /мл.

Для дисперсности цеолитовых частиц в 0.7 мм оптимальная бактериальная нагрузка снизилась и составила 5 и 50 тыс. м. т. /мл и 5 тыс. м. т. /мл для сальмонелл и шигелл соответственно. Исключением и здесь явились Salm, -typhimiriunu . для которых эффективной была нагрузка только в 5 тыс. м. т. /ил. Относительно размера цеолитовых частиц в 1,0 мм четких тенденций не было обнаружено, так как результаты отличались вариабельностью по каждому виду бактерий. Так, число колоний в фильтрате могло быть несколько ниже и несколько выше контрольного посева из соответствующие разведений. Исходя из этих данных, мы признали дисперсность в 1,0 мм непригодной для дальнейшей работы с грамотрицательными бактериями.

— Что касается исходной стандартизированной нагрузки в ' 500 млн. м. т. /мл и ее разведений 10-* и 10-2, то все они в контрольных высевах дали. неподсчитываемое число колоний, а исходная взвесь и разведение 10-4 такой же результат показали и в своих фильтратах. В фильтратах же разведения 10--2- мы обнаружили резкое, снижение количества микробных клеток, которое наблюдалось при дисперсностях 0,5; 0,65 и 0,7 мм для всех бактерий,. кроме Sh. flexneri, которая при дисперсности 0,7 мм в фильтрате также'дала сплошной рост.

Таким образом, родовые различия между способностью сальмонелл и шигелл адсорбироваться на цеолитовых частицах разного размера были достаточно сильны, более ярко выражаясь у сальмонелл и меньше - у шигелл. Видовые жа различия внутри сальмонеллезной и шигеллезной групп были незначительны и определялись в основном размерами самих цеолитовых частиц.

Особый интерес для нас представляла продолжительность сохранения рабочего состояния в режиме . фильтров и адсорбционная емкость цеолитов в зависимости от вида бактериальной нагрузки водных проб и степени их разведения. Цричем, исследования проводились с посевами наиболее читабельных разведений и крайними дисперсностями цеолитов (0,5 и 0,7 мм).

Результаты исследований показали, что длительность рабочего состояния фильтров обеих дисперсностей зависела как от вида грамотрицательных бактерий кишечной группы, так и

-10-

от их разведений. Наилучшие адсорбционные свойства среди cauuoHôJU были выявлены у. Salm, newport, давших 85,9 *

4.2 Z стерильных фильтратов от обоего количества профильтрованных проб воды. Для Salm, typhi curium- и Salm, enter itidis этот показатель был равен 84,5 * 4,4 Z и 83,8 * .4,8 Z соответственно. . я v; , .... .;.... J . ■. .

Адсорбционные способности шигелл были несколько, ниже, причем, по общай сумме стерильных фильтратов несколько лидировала Sh.flexneri(80,l * 6,2 Z против 79,4 * 6.2Z - у Sh. sonnei). ?

Следует отметить, .что по ходу оценки полученных т'--*—** -просматривалась четкаях обратная зависимость адсорбционного эффекта от величины цеолитовых гранул. Чем меньше был их размер, тем больше наблюдалось стерильных фильтратов. Эти различия были особенно показательны* у шигелл. Так, для Sh-flexnerl сорбционная способность возрастала в 3,55 раза, а для Sh. sonnet - в 3,62 раза. Для сальмонелл это качество увеличивалось достаточно плавно, не обнаруживая резких скачков, за исключением S^lm. typhimurium, для которой сорбционная способность усиливалась в 2.65 раза.

Что касается степени микробной нагрузки, то здесь разница в адсорбционном эффекте также была выраженной. Четко просматривалась тенденция к увеличению количества стерильных фильтратов по мере уменьшения количества микробных тел в испытуемых пробах воды. Так, для Sain, typhi inirl um сорбционный эффект при меньшей микробной нагрузке увеличился в 2,14 раза.

Рабочая адсорбционная емкость цеолита Зависела от размера частиц и вида бактерий. Она достигла своего максимума для Salm. newport при дисперсности 0,5 мм - 7,6 мл/г (полная адсорбционная емкость - 8,7 мл/г), а при дисперсности 0,7 мм -

5.3 ил/г (полная емкость - 6,2 мл/г).

Минимальная адсорбционная емкость, при которой наблюдались стерильные фильтраты, была определена для обоих видов вигелх Она была одинакова и составила 4,4 мл/г при размере частиц 0,Ь мм и 1,4 мл/г при дисперсности 0,7 мм.

Таким образом, если у сальмонелл рабочая адсорбционная емкость падала в зависимости от увеличения размеров цеолитовых частиц .в среднем в" 1,4 раза, то для шигелл этот показатель был намного больше и составил 3,1 раза На этом основании можно констатировать, что' тагеллы более чувствительны к увеличению, дисперсности, чем сальмонеллы.

\

: -1.2.. Противобаюгериадьиаа адсорбционная активность цеолитов в отношении грамположительных бактерий..

В качестве тесту микробов из числа гг^мпр дпжительных бактерий ваш были использованы неспоровые(Staph, aureus N 209 Р) и спорообразупцие (Вас. anthrasoides, Baa subtil is) микроорганизмы. : •

В ходе работы установлено, что оптимальная нагрузка на экспериментальные фильтрующие колонки у споровых (взятых в смеси в соотношении 1:1) и у неспоровых бактерий требовалась одинаковая, а именно 5, 50 и 500 тыс. микробных тел в 1 ил, а эффективные дисперсности цеолитовых частиц, при которых отмеченные выше нагрузки давали стерильные фильтраты, определены в 0,5; 0,65 и 0,7 мм.

Цеолиты с дисперсностью 1,0 мм, дали лишь небольшое сни-. жение числа колоний обоих видов в фильтрате: у Staph, aureus 161,8 * 16,9 колоний до фильтрации и 124,3 * 16,4 после нее при нагрузке в 5 тыс. м.т.^цл; при той жз нагрузка на цеолиты смесью Вас. anthracoides и Вас. subttlis (1:1) - 146,3 * 40,4 и 129,0 ± 25,9 колоний соответственно.

Результаты проведенных испытаний по определению продолжительности сохранения рабочего состояния в режиме фильтров показали, что как смесь-Вас. anthracoldes и Вас., subtllis, так и Staph, aureus обладают высокими сорбщюнными способностями в отношении цеолитов. Так, оСзее' количество стерильных фильтратов для золотистого стафилококка составило 87,9 * 3.7Z, а для микробной, смеси антракоидной и сенной палочек - 92,3 * 2,7 2.

В то же время и для этих бактерий размер цеолитовых гранул, а также бактериальная нагрузка подчинялись обратному отношению, хотя при этом не было столь четких различий. Так, , для Staph, aureus и микробной смеси адсорбционный эффект в зависимости от различной бакериаиноя нагрузки (б и 60 тыс. м. т. /мл ) изменялся всего лишь" в 1,7 и 1,1 раза соответственно, а тот яэ эффект в зависимости от дисперсности изменялся в 1,3 и 1,03 раза соответственно.

В отношении, адсорбционной емкости обнаружены интересные факта Если у золотистого стафилококка как рабочая, так и полная адсорбционная емкость снижались при увеличении размеров цеолитовых частиц до 0,7 мм (8,7 - 11J5 ил/г против 7,3 -

9,8 мл/г), то для микробной смеси Вас. anthracoides и Вас. subtills (в соотношении 1:1) обе емкости, наоборот, несколько увеличивались (15,5 - 16,6 мл/г при 0,5 мм против 16,5 - 17,5 мл/г.при 0,7 мм).

Таким образом, цеолотовые фильтры хорошо.сорбируют не только грамотрицртельные микробы,'в частности, бактерии кишечной группы, но и грамположительные неспорообразувдие виды, например, стафилококки, а также споровые формы, такие как ан-тракоидная и сенная палочки.. При этом имеет место четкая зависимость эффективности юс работы от размеров цеолитовых чя^-тиц и насыщенности водных проб бактериями.

g. Противовирусная адсорбционная активность природных цоолйтоя.

2.1. Адсорбционная активность цеолитов н отношении бактериофагов.

В эксперимент были взяты три вида бактериофагов - саль-монеллезный, коли-протейный и стафилококковый.

В результате предварительной проверки были подобраны наиболее. эффективные размеры цеолитовых частиц для фильтров. Индикатором служила реакция Аппельмана с титрованием бактериофагов до и после фильтрации.

В ходе работы было установлено, что наибольшей адсорбци-онно-фильтрационной активностью обладали цеолитовые чаЬтицы первых трех степеней дисперсности (0,5 мм; 0,65 мм и 0,7 мм), полностью сорбирующие фаговые частицы.

Эксперименты по оценке длительности рабочего состояния цеолитовых фильтрующих колонок показали однотипность адсорбционной активности фильтров разной дисперсности в отношении неодинаковых видов бактериофагов. Эта активность была очень высока и составила для всех тр$х бактериофагов в среднем 92,9 * 0,6 Z. ;

Динамика адсорбционного аффекта в зависимости от размеров цеолитовых частиц показала сходство' поведекия коли-протейного, сальмэнеллезного и стафилококкового бактериофагов.

Так, при дисперсности цеолитовых гранул в 0,5 мм стерилизующий эффект по отношению к коли-протейному бактериофагу исчезал на 37-й попытке фильтрации, а на 47-й его сорбционная функция вовсе прекращалась.

-13 -

По отношению к сальмонеллезному бактериофагу стерилизующее действие фильтра претерпело нарушение на 38-й кратности фильтрации, но несколько больше потребовалась нагрузка для полной остановки проявления*, сорбционнчй функции. Она прекратилась на 50-й попытке. Для стафилококкового .бактериофага эти цифры соответственно равнялись 36 и 50.

Чуть больше размеры цеолитовых гранул порядка' 0.65 мы. позволили прекратить стерилизующий эффект в отношении коли -протейного бактериофага уже на 33-й кратности фильтрации, для сальмонеллезного - на 34-й, для стафилококкового - на 32-й. Раньше наступала и полная потеря какой бы то ни было адсорбционной активности цеолитов - соответственно на 44-й, 45-й и 43-й попытке фильтрационной очистки.

Мг((з больший размер цеодитовых частиц обнаружил самые худшие результаты. Потеря стерилизуювдэго эффекта наступила для коли-протейного фага на 28-й попытке фильтрации, а полная остановка сорбции - на 37-й, для сальмонеллезного и стафилококкового - на 29-й* и 38-й, на 25-й и 34-й соответственно.

Рабочая адсорбционная емкость цеолитов колебалась в пределах 13,9 мл/г для стафилококкового бактериофага до 14,7 мл/г - для сальмонеллезного при дисперсности 0,5 мм.

Диапазон рабочей адсорбционной емкости при.дисперсности 0,65 мм имел границы в 12,8 мл/г для стафилококкового бактериофага и в 13,6 мл/г - для сальмонеллезного.

При размере цеолитовых частиц в 0,7 мм эти показатели составили 11,0 мл/г и 12,3 мл/г для стафилококкового и сальмонеллезного бактериофагов соответственно.

По мере лв выполнения адсорбционно-фильтрационной функции и насыщения адсорбированными вирионами бактериофагов цеолита адсорбционная емкость его резко, в среднем в 12 раз, снижается для дисперсности 0,5 мм и в среднем в 13,5 раз -для дисперсности 0,7 мм.

2.2. Адсорбционная активность природных цеолитов в отношении вируса гриппа.

Не отступая от ранее принятой схемы эксперимента, мы определили оптимальные размеры цеолитовых гранул, при которых происходит наиболее полноценное извлечение вирусов. О количестве вирусов судили по изменению Титра прямой реакции ■ гем-агглюгинации (РГА) в процессе фильтрации. Для РГА использо-

- 14 -

ваш сухую живую эмбрионально-лллантоисную гриппозную -вакцину из вирусов типа А2 и В.

Результаты исследования показали, что до фильтрации титр ° вируса гриппа в.РГА.был стабилен и достигал 1:16а • .

Еосла его'фц^трац^ы'через,цводитовш фильтруивдетлон-' ки с диспеувостью^О.5' ' 0,65 мм; 0,7, мм во всех* трех пробах вирус ае опредеи лдяГЭто'говорило о" его • адсорбции на. ; •■' частичках "цеолита.*- '.•.

; После трехкратной фильтрации вируса гриппа через цеоли-товш колонки с дисперсности) 1,0 мм в первой пробе титр вируса опустился до 1:80, в двух ю других' остался на прех»»у »• уровне (1:160)." ^ ' • • ■ - , '

• Результаты по определению •продолжительности сохранения рабочего состояния в решив фильтра показали, что общзе количество стерильных, фильтратов для вируса гриппа составило 55,8

* 5,1 X. • " - Л -<" ■' ■•■ ..■-,... ,

При использовании цеолитовых фильтров с дисперсностью частиц порядка 0,5 мм полноценная их .работа имела место при 16-кратной фильтрации инфицированных водных проб. Далее, работай режим нарушался, адсорбционная активность цеолитовых частиц падала. Причем, "отмечена" ступенчатость этой закономерности, когда титр вируса в РТА постепенно повышался от 1:10 до исходного (на 35-й фильтрационной проре).

Црименение .цеолитовых колонок с дисперсностью частиц в 0,65 . мм" обеспечивало стерильность загрязненных водных проб

• только при 14-кратной их эксплуатации, а полная остановка их функционирования в отношении вируса гриппа наблюдалась на 32-й попытке фильтрования. Здесь также зафиксирована ступенчатость в ослаблении санирующего эффекта.

Самая короткая продолжительность полноценного рабочего состояния фильтров и самая быстрая потеря их адсорбционной

* активности была зафиксирована при 'дисперсности цволитовых частиц в 0,7 мм. .

Стерильшз водные пробы были подучены лишь в . течении 10-ти кратиостеД ' применения фильтров, а полное прекращение фильтрацишно-адсорбционной функции отмечено на 20-й кратнос-

Таким образом,' продолжительность рабочего состояния очистительных фильтров была в наших опытах неодинаковой и зависела от'дисперсности-цеолитовых частиц в фильтрующих колонках. Характерной явилась четкая ступенчатость в потере , актив-

- 15 -

ности фильтров, задержка на очередном рабочем режиме в течение некоторого времени. Адсорбционная емкость сншшась очень плавно, примерно в 2 раза для всех трех дисперсностей. Рабочая адсорбционная емкость для дисперсности 0,5 мм составила 5,9 мл/г, для 0,65 мм - 5,3 мл?г, для 0,7-мм - 3,7 мл/г.

Таким образом, в экспериментах с вирусом гриппа такжа просматривается закономерность, когда при увеличении размеров цеолитовых частиц уменьшается их адсорбционный эффект.

3. Антитоксическая адсорбционная активность природных цеолитов.

а 1. Адсорбционная активность природных цеолитов в отношении столбнячного анатоксина.

Выбор столбнячного анатоксина для оценки адсорбционной активности цеолитовых фильтров связан с близостьв -данной модели к естественным условиям попадания микробиальных ядов в воду или наличием в ней их продуцентов. Препарат содержал в 1 мл 20 единиц связывания (ЕС) анатоксина .

Для определения количества анатоксина была использована реакция инициальной флоккуляции. которую ставили с противостолбнячной антитоксической сывороткой, содержащей 3000 ЫБ (международных единиц) в 1 ампуле.

Результаты трехкратных испытаний цеолитовых колонок с разной дисперсностью цеолитовых частиц показали, что отличными противотоксическими свойствами обладали фильтрующие колонки с размером частиц в 0,5 мм; 0,65 мм и 0,7 мм. В ходе фильтрации они обеспечивали полное исчезновение анатоксина

Совсем другие результаты получены при использовании цеолитовых колонок с дисперсностью 1,0 мм. Они оказались совершенно неэффективными и титр анатоксина в фильтратах ■ практически не отличался от исходной "загрязненной" им водной пробы.

Оценивая продолжительность сохранения рабочего состояния и эффективность работы в режиме фильтра, можно констатиро-,-. вать, что общее количество стерильных фильтратов составило 70,5 1 1,8 X. Общя картина преобразования адсорбционно-фильтрующей активности цеолитовых колонок с неодинаковой дисперсностью фильтрующих частиц была однотипной. Но в количественном отношении выявлены заметные различия.'

-16-

Так, на цеолитовых колонках с частицами в 0.5 мм полное освобождение от анатоксина отмечено при 23 повторностях филь-- трации, а с 43-й кратности уровень анатоксина не отличался от исходного (20 ВС).

Здесь, как ц.в случае с вирусом гриппа, наблюдалось Ступенчатое увеличешю¿цшоюиша в фильтрате. Скажем/ в-' режиме остаточных 12 ЕС колонки работали 9 раз, в режиме 16 ЕС - 6 раз, в режиме 18 ВС - всего 4 раза. Далее адсорбционнофиль-трационная функция цеолитовых колонок прекращалась.

Другими оказались показатели при использовании цеолитовых колонок с дисперсностью в.О,65 мм. Адсорбционный эффект с • _ полным освобождением фильтрата от анатоксина сократился

18-й фильтрации, а полное прекращение работы в режиме фильтра • отмечено на 33-й фильтрации. В атом .случае режим работы фильтров с остаточными после фильтрации. 12 ЕС и 16 БС анатоксина оказался возможным только в ходе 7 фильтраций. Далее адсорб-ционно-фильтрационная функция цеолитовых колонок прекращалась.

Ете резче отличались показатели фильтрации через цеоли-товые колонки с дисперсностью частиц в 0,7 мм. Полноценная их работа зафиксирована на протяжении всего 12 фильтраций.

Остаточный анатоксин с титром 14 ЕС обнаружен в 13-й пробе, сохраняясь до 18-й, но ухе с 19-й по 22-ю краткости фильтрации уровень повысился до 16 БС. После 23-й фильтрации содержание анатоксина в "загрязненном" водном фильтрате сравнялось с его исходным уровнем. Сопоставляя приведенные показатели фильтров разной дисперсности, можно судить об адсорб-ционно-фильтрациорной активности цеолитовых колонок, их санирующей емкости. Ее показатели для столбнячного анатоксина были одними из самых высоких среди остальных биообъектов. Так, рабочая адсорбционная емкость для дисперсности в 0,5 мм составила 15.9 мл/г (полная емкость - 22,0 мл/г), для дисперсности в 0,65 мц - 13,04 мл/г (полная емкость - 18,9 ил/г), для 0,7 мм - 9,2 мл/г (полная - 12,8 ил/г).

АдсорОционно-фильтрационная емкость фильтров, как видно, имеет тенденцию к уменьшению но мере понижения их дисперсности и сокращения сорбирующей поверхности цеолитовых частиц, то есть от 0,5 мм до 0,7 мм.

Однако отмечена некоторая тенденция к парадоксальному стерилизующему - эффекту- Фильтраты с полным отсутствием анатоксина несколько чаще встречались при дисперсности цеолита в

- 17 - *

0,7 мм по сравнению с 0,5 мм - соответственно 71,5 * 3,7 1

против 71,1 * 2,7 X (р > 0,05). • •

4. Антимикотическая адсорбционная активность природных цеолитов.

4.1. Адсорбционная активность природных цеолитов в отношении дрожжей. %

Предварительная оценка адсорбционной активности цеолитов, в отношении дрожжей проводилась в 2-х направлениях: в зависимости от размера' цеолитовых частиц и в зависимости от интенсивности биологической нагрузки. Определение последней проводили с учетом рекомендаций П.Н. Кашкина и ЕЕ Лисина (1983). Исследованиями установлено, что все взятые а эксперимент дисперсности цеолитовых колонок обеспечили хорошую адсорбцию, полностью сорбируя микотические клетки вне зависимости от их концентрации (использованы концентрации в 10ч и 105 клеток гриба в 1 мл). Продолжительность же сохранения рабочего состояния цеолитовых фильтрующих колонок по отношению к дрожжам зависела как от их концентрации, так и от раамеров цеолитовых частиц. Так, при нагрузке водопроводной воды грибами этого вида порядка 10* и. т. /ил фильтр с дисперсностью 0,5 мм оказывал стерилизувдзе действие в течении 21-й кратности фильтра-. ций, при концентрации 105 м. т. /ил - этот показатель уменьшался до 15-и повторностей.

Колонки с дисперсностью 0,7 мм обнаружили стерилизующий эффект по отношению к концентрации 104 м. т. /ил на протяжении 16-ти фильтраций, к содержанию же' дрожжей в 105 и. т. /ил -только 10- и. Колонки с наиболее крупными цеолитовыми частицами в 1,0 мм проявили способность полностью освобождать водопроводную воду от дрожжевых клеток в концентрации 104 м. т. /мл в течении 6-и кратностей, при содержании 105м.т./мл - только 3-х кратностей фильтрации. Следует особо отмстить, что только при грибковой нагрузке водолронодной воды фильтры с дисперсностью 1,0 мм впервые в наших исследованиях обнаружили хороший санирующий результат. Это, очевидно, связано с яркими сорбционными свойствами цеолита по отношению к дрожжевым клеткам. Говоря об адсорбционной емкости цеолитов, необходимо отметить, что ее показатели были самыми высокими для дрожжей и составили 18,4 мл/г при дисперсности в 0,5 мм, 15,4 мл/г -

- 18 -

при 0,7 мм, 6,6 мл/г - ПРИ 1,0 мм.

4.2. Адсорбционная активность природных цеолитов в отношении плесневых грибов^рода Aspergillus и Pénicillium.

Методическое, обеспечение данного раздела работы столкнулось с некоторыми трудностями: с длительностью роста грибов этих групп и невозможностью точного количественного учета в случае работы с проросшими фильтратами. В этой связи, отступив от принятого нами плана исследований, мы ограничились лишь регистрацией освобождения водных проб от этих нитчатых плес. ней и их присутствия. ; >

Результаты исследований показали, что вне зависимости от дисперсности фильтров наблюдался стерилизующий аффект в отношении представителей обоих родов плесеней. Однако частота их обнаружения в ходе многократной фильтрации была неодинаковой и аависела от размеров цеолитовых частиц.

Если при использовании фильтров с дисперсностью в 0,5 мы во всех 3-х повторностях фильтрации наблюдался стерилизующий эффект, то при дисперсности в 0,7 мм он наблюдался лишь в 2-х пробах из 3-х, а при размере цеолитовых частиц в 1,0 мм - в 1 пробе из 3-х. Отличались фильтраты и по интенсивности роста в случаях плохого санирующего аффекта.

Следует также отметить, что рабочее состояние фильтров в отношении их способности очищать водные пробы от грибов этих видов было самым кратковременным. Возможно в прорастании фильтратов сказалась исключительно высокая влажность в окружающей среде, способствующая вторичному загрязнению питательных сред плесенями, а также большая продолжительность выдерживания их ' посевов. Степень фильтрационно-адсорбционной емкости цеолитовых фильтров в отношении нитчатых грибов в полном объеме установить не удалось.

5. Эффективность-различных способов регенерации цеолитовых Фильтров и перспективы их использования на практике.

Ограниченность в длительности сохранения рабочего состояния цеолитовых .фильтров потребовала решения вопроса об их регенерации.

С этой целью, учитывая термоустойчивость как самих цеолитовых частиц, так.и стабильность их ячеистой структуры, а

- 18 - *

также резистентность к химическим вешествам, были применены высокая ' температура по»принципу сухо-жаровой стерилизации (+ . 160*С в течение часа) и обработка дезинфицирующими веществами < - 1 Х-ным раствором Виркона (производство фирмы КРКА, КГосла-вия - Словения) и 0,5 Х-нш раствором хлорной извести.

Результаты сравнительного исследования разных способов восстановления цеолитов показали, что все они обладают способностью после предварительной промывки снимать накопленный фильтрами адсорбат и вновь возвращать им исходные фильтраци-онно-адсорбционные свойства. Лучшее регенерационное действие при этом оказывала высокая температура порядка +160* С при часовой экспозиции и промывка 1 Х~ным раствором Виркона, рекомендованный его разработчиками в качестве самостоятельного деяинфс1станта при очистке вода

На основе полученных материалов нами были разработаны 2 варианта применения природных цеолитов для водоочистительных целей: в виде рекомендаций к усовершенствованию их использования к крупномасштабных (производственных) водоочистных сооружениях и в виде самостоятельной конструкции средней мелкомасштабных фильтрационно- адсорбционных систем.

В качестве основного выхода в практику 'нами предложены бытовой регенерируемый фильтр для очистки питьевой воды.

Проанализировав положительные и отрицательные качества прототипов этого прибора - бытовых фильтров "Водолей" и "Родник - ЗЦ", поступивших к потребителю, мы обнаружили целый ряд преимуществ у предлагаемого нами фильтра. К ним откосятся дублирующиеся и уникальные признаки, присущие обоим прототипам. Среди них следует назвать количество вариантов филыфа, композиция фильтрующего элемента, обеспеченность сырьем и его низкая себестоимость, возможность регенерации съемного фильтрационного патрона, сроки его работы, возможность очистки горячей воды, высокий антимикробный эффект, изученный по глубине и диапазону, доступность для широкого потребителя и пр.

На основе разработанных принципов противомикробного и антитоксического действия для бытового регенерируемого фильтра можно сконструировать другие системы и приспособления ад-сорбционно-фильтрационного назначения. Они могут быть полезны в гемосорбции, очистке биосубстратов от микробов, токсинов разной природы, очистке жидкой основы в фармации, в космонавтике, на судах, в косметологии и Т.д.

Таким образом, реализованная нами в настоящем исследова-

. - 20 -

шш целъ не только объясняет суть достигнутого на сегодняшний день положительного использования цеолитов на практике, в частности, в животноводстве, птицеводстве, ветеринарии, очистке сточнызс и питьевых вод. открывая пути для еще более рационального и эффективного ш применения, но и определяет, перс-■ пекхивы их внедрения , вразные ^отрасли медицины и народного хозяйства. • •. ¿¿Не •. -л':-: ' "

' ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании , совокупности материалов диссертации '

сделать следующие общие выводы:

1. Природные цеолиты обладают универсальной антимикробной активностью, освобождая .фильтруемые объекты (на примере питьевой воды) от микробов разной' сложности организации и размеров (бактерии, вирусы, грибы). Количественные показатели адсорбционно- фильтрационной активности их зависят от вида микроорганизмов.

2. Природные цеолиты отличаются высокой сорбирующей эффективностью в отношении микробных токсинов, либо полностью изымая их из жидкого субстрата, либо резко уменьшая их количество, то есть обладают четким антиинтоксикационным действием.

3. Сорбционные свойства природных цеолитов в отношении микроорганизмов разных видов и продуктов их жизнедеятельности

- токсинов зависят от дисперсности цеолитовых частиц. Высокодисперсные цеолитов» колонки задерживают все микробы и их токсины и. особенно, активны' в- отношении мелких микрообъектов (вирус!/, бактерии, токсины),' низко дисперсные - крупных (микроскопические грибы).

4. - Адсорбционно-фильтрационная емкость природных цеолитов в среднем колеблется в пределах 1,4 - 18,4 мл/г или 70 ООО

- 1 840 ООО Ы.Т./Г.

5. Продолжительность сохранения рабочего состояния цеолитовых фильтров в среднем высокая (до 51,8 * 10,2 фильтраций) , варьируя в зависимости от, вида фильтруемого микрообъекта, его размеров, дисперсности цеолитовых частиц. Наибольшая продолжительность рабочего' режима цеолитовых частиц размером 0,5 - 0,65 мм в отношении мелких микрообъектов.

6.. Цеолитовые фильтры в силу особенностей их фмзико-химических характеристик легко, освобождается от адсорбата под

специальный воздействием и подвергаются регенерации. Jt/чшши способами восстановления их адсорбционно - фильтрационных свойств является сухо-жаровая обработка при +1БО*С ь течение 1 часа и трёхкратная 4 обработка 1'2-нш| раствором Виркона,. ' несколько хуже -' 0,5 Х-ным раствором хлорной извести.

7.. Основнши щшцшашГпри использовании природных цеолитов в крупномасштабных водоочистительных ^системах (промз-. водствешше очистные сооружения иа водопроводных станциях) могут служить поэтапность и' последовательность. расположение .. !

цеолитовых пластов разной дисперсности (вначале 1,0 мм, затем 0,5 0,7 мм) и преимущественное их размещение на входе водосбора (дисперсность 1,0 мм) и по выходе из водоочистки (0,5 - 0,7 мм), а также перед поступлением к потребители >

а Основными, принципами использования цеолитов в бытовых и среднемасигабшс фильтрах авляогса посдойность ' размещения ' <

цеолитовых слоев в сменяемом фильтрационной патроне с посте-ленно возрастающей сверху вниз дисперсностью цеолитовых ° частиц, его обязательная регенерация после выхода из рабочего > :

режима с применением одного из наиболее 4 доступных способов восстановления его адсорбционной активности, длительное (практически без ограничений)*применение одних и тех же филь- :

трационных цеолитовых колонок. '

Рекомендации для внедреря результатов научных 'исследо-. ваний в' науку и практику. ... ..

На основе проведенных исследований разработаны следующие рекомендации два внедрения в науку и практику: '

.1. Разработана конструкция бытового регенерируемого цеолитового фильтра для очистки питьевой воды, имеющего ряд преимуществ перед известными'марками "Водолей** и "Родник -3 V. Он отличается универсальностью антимикробного и антитоксического действия, дешевизной, доступностью, регеиерируемос-тью, не уступает по адсорбционно-фидьтрдционным признакам прототипам, имея перед ними рад дополнительных прешдодеств - не требует дорогостоящих металлов (серебро), независим от других организаций (в частности, от военной промышшнного комплекса^ в исполнении, не ограничен температурным режимом фильтруемого объекта, не нуждается в. повторении . покупок ни самих фильтров,, ни фильтрационных патронов. Конструкция и ее принципиальная основа заявлены во ВНИИ ТШ как изобретение.

- 22 -

2. Разработаны принципы наиболее рационального и эффективного прогивомикробного и антитоксического использования природных цеолитов для водоочистительных целей в централизованных водопроводных.станциях (си. общие выгоды п. 7).

3. Разработаны, основные принципы перспективного использования выявленных закономерностей антимикробного'и антитоксического действия цеолитовых фильтров для очистки любых.биологических жидких ' субстратов человека в области создания средне-, мелкомасштабных средств и приспособлений для медицинских целей.

4. Разработана удобная и весьма информативная модель для изучения противобакгериального и антитоксического, противовирусного и антимигатического действия природных цеолитов, их специфической целенаправленной., активности ' при обработке различных биосубстратов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ:

Основные фрагменты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Антибактериальная и противовирусная адсорбционная активность природных цеолитов. // В кн.: Здоровье и болеани человека на Диьнем Востоке. - 1993. - С. 121.

2. Антимикробная адсорОционно-фильтрационная активность природных цеолитов и перспективы их использования для очистки воды. // Л Гигиена и санитария, на редакц. правке (соавт. -

" Штавкина ЕС.).

-3. Виркон как регенератор адсорбционной активности природных цеолитов.*У/ В кн.:. Инфекционная патология в Пришр-ском крае. - 1993. - С. 194-195. (соавт. - Благова ЕЕ, Шим-чик Е.А.).

4. Результаты лабораторного исследования санирующей активности природных цеолитов и перспективы их использования для очистки воды. // В кн.: Цеолиты Приморья. - 1994. - С. 95 - 97. (соавт. - Ыотавкина Н.С.).