Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-токсикологическая характеристика водорастворимых полимеров на основе полиакриламида

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-токсикологическая характеристика водорастворимых полимеров на основе полиакриламида"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ РАН

На.правах рукописи УДК 591.524:615.9:541.64:628.34 БЕЯМ Андрей Альбертович

ЭЕОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДОРАСТВОРНШХ ПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ ТЮЛМАЛРИЛАШДА

03. 00.16 - "Э1С0Л0ГИЯ"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в лаборатории биотестирования сточных вод Института экологической токсикологии Минприроды России

Научный руководитель: доктор медицинских наук,

JL М. Бресткина

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук,

В. Д. Тонкопий

кандидат биологических наук, JL A. jfechhkob

Ведущее учреждение: . Государственный научно-исследовательский' институт озерного и речного рыбного хозяйства (ГосНИОРХ)

Защита диссертации состоится ИА,Я 1Q94 Угода

в часов на заседании специализированного совета Д 200.10.01 при Институте озероведения РАН (196199, Санкт-Петербург, ул. Совостьянова, 9).-

С диссертацией шино ознакомиться в библиотек Института озероведения РАЕ

Автореферат разослан

••Í8

«АПРВА^ JQQ4 из-

учений секретарь Специализированного Совета, кандидат биологических наук

- з -

onrwï ХЛРЛКТЕИЮТИ! -Л ГЛШШ

Il^i-D1'''^'3; 21 îUïlX.^LUÇÇIb- ^ гтетояпуе крепя xo-

•яйстгспярл д<птел1-нсс7ь человека ягсдпе/огоят яипольгогзшю Сольного числа сгитзтнческих химических векосп», кереглэмонтпровашюо юетугоюи»? !?оторих в скруток среду ш?»т неблагоприятно CÎ-'ЛЗЫ-ктзя ча сОагЯ экологической обстииогкс. Так, по данным Шшю-плшто Д"клчла о ссстояикч ир«рлга>ой ср^да, п подшгэ иОъзггш с irj'.rnijr; лосгуппт Да ii:-0 !<"рД m ото-шых год, ко них t'."pn м (C1Z) 50ггя;?И'М;'ч-'л. Подсчитан . что в гедсеш (;що оро^-но io"'?'! 40 t'.ïii тонн зол рпэнлглд'Х химически'-: ^г'ддсгз.

В ОГ'Ч\ С1!П«?Н. ES'.'bMa СКТГРДОКЙЧ! CiaiiCF.-VL'Cn r-0!.'P0!?'J О ЕЯОЛре-¡ч.ч бс.:?от?одннх тйхнолсхп'й к сосерпоиггкопашш есох систем, 1бвспв'ЖР'"яшх очистку. с-иош'руу.ппзнне и Г"С1\г,!сл!1эагрш различных 1тходов. 1Ч'!Г>НИ!Э этих проблем сиособсхвуот ПрИЧ?1КМШЭ сп-ЗЦИаЛЫЮй •рупгш химических веществ: подорэстворкмнх полимеров - флокуллн-:ов. Эти рсагенгк широко иснольруотся в шгдоссП, угольнгр, хими-шсксй, ь'зталлургическсй, хскстильнсП, цсдлппозио-бутзаой, гор-:о-дсбыво.:ог.оЛ прсияилошюсти, а такте в коммунальном хозяйстве.

IlaOcp отечественных флскулнптов ограничен, кмзетдеся произ->0,пств5пн!,'э ГОЕ5ЮСТИ ПО ИХ вкчуску îï<? п состояния обеспечить всс федпрпятия необходимым количество!* этих роагентоз. Поэтому, паза :трана пп!у.-1?нз импортирегать нэоОяелпикэ •ï'-oiîy-iniixn. ГЪльпоо ко'-' i:î4?gt*so этих векэстз поступает m Германии П^агпафлскч к Зотаги), 1 такп> кз Японии, (Сел&юки). Сии праганпагся Сев. учета их теш!-юлогичоских свойств, что находится г> противоречии с сто*.:остгенш1 Ъднш законодательством.

"тгср-д?чи;! iïîpM-поставщиков о ¡fcpî.taiîc.'ion'.ueciîoft безопасности П^шцтоз м скуднее сведения о сакитзрио-гшт.еничаскгр: !!сризтпвя.т ,, r>„T47,v,!MI лля разр?2глгель!!о;1 систему ирирэдосхраша« ергагшва-»пЛ. ittpcro« кополг-помчке отих пнеокозф^гсгизикх вогсстп Суд? г

сдэрмшаться отсутствием полной информации о их токсикологически)! свойствах. Поэтому проблема токсикологического скрининга этих соединений, выбора из них экологически безопасных флокулянтов и раз-раОоткл регламентов на них для воды рыбохозяйственных водоемог представляется весьма а!стуалъной. Систематизированные данные пс этому вопросу отсутствуют.

Цели и задачи исследования. Цель работы заключалась в изучении особенностей токсического действия на водные организмы ишрокс используемых в России импортных флокулянтов: ыагнафлок ЕЮ, сач-флок (¡520Р, санфлок СН009Р, зетаг 64 и отечественного реагента -полиакриламида (ПАА). В работе решались следующие задачи:

1. Определить основные токсикомэтричеаоде параметры: диапазона острой и хронической токсичности флокулянтов для гидробионто! (водорослей, планарий, дафний, гаммарид и рыб).

2. Установить биологически безопасные концентрации флокулянто! для гидробионтов.

3. Сравнить особенности токсического действия флокулянтов разноге типа (анионных, катионных и неионных) на основе установлен^-токсикорезистентности различных водных организмов.

4. Выяснить возшжные механизмы действия флокулянтов, обусловливающих их токсичность для гидробионтов, и тсксико-генетически« свойства этих веогэств.

Научная новизна работы. Впервые проведены комплексные исследования токсичности широко используемых в мировой практике флоку лянтов для водных организмов .и изучены биологические эффекты и: повреждающего действия. Дифференцирована биологическая активност: флокулянтов различного типа (анионных, катионных и неионогенных) Установленные токсик&метрические параметры позволяют отнести водо растворимые полимеры - флокулянты к новому классу экологическ опасных микрополлотантов для воды водоемов.

Практическое значение работы. Проведенные исследования яви

- £> -

Siicb составной частью разработок предельно допустим!« концентраций (ЩЩ) изученных флокулян-гов, которые согласованы научно-техническим советом Росрыбвода и включени в "Перечень ГЩК вредных ве-ш,эств в воде рибохозяйственных водоемов", утвержденный Комитетом Российской Яедоращш по рыболовству 31.12. 92 г. Результаты работы вошли в отчетные материалы Института зкотоксикологии по реализации пятилетней (1985-1990 г. г.) научно-технической программы "Сибирь" (раздел 5.03 - Ресурсы оз. Байкал) и Государственной программы (1993-1995 г. г.) "Экологическая безопасность России" (раздел 0 -Проблемы экологической безопасности промышленности, энергетики, транспорта и коммунального хозяйства). Полученные данные были использованы при подготовке писем-рекомендаций по включении флоку-дянтов в Цэвдународний Регистр потенциально токсичных химических веществ С ¡¿РПГХВ/ЮНЕП).

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на V Всесоюзной конференции по водной токсикологии (Одесса, 1988); Всесоюзной конференции по рыбохозяйственной токсикологии (Рига, 1988); VI конференции молодых ученых вузов Иркутской обл. (Иркутск, 1988); Всесоюзном симпозиуме молодых ученых "Рациональное использование н охрана водных ресурсов от загрязнения" (Харьков, 1990); V научно- пршггичес'кой конференции молодых ученых "Здоровье человека а Сибири". (Красноярск, 1990); конференции "Проблемы экологической химии и токсикологии в охране природы" (БаГисальск, (990); Респуб-лшсанском научно-практическом семинаре "Зколого-гигиеническая оценка эффективности совместной очистки сточных вод на городских очистных сооружениях (Улан-Удэ, 19Й0); Международной ceuiinajw экспертов целевой группы Европейской экономической комиссии (E3U) ООН по прогнозированию состояния окрумшщей среды (Еайкалшс, 1990); Конференции "Биологические исследования Шйкалз к npi:Cu:'i~ валья (Иркутск, 1990); IV Всесоюзной конференции "Шдораепюриыич полимеры и их применение" (Иркутск, 1991); VI !<ч>ео.;нои п»:фо<Чи-

- е -

логическом сгезде (Мурмаиск, 1091); Шадуиарог,ной коЩорсндап СИ-ЕЖ)'93 (Ллствннка, 1993).

Публикации. Пэ теме диссертации опубхькошю 14 исчздних работ и два препринта (Гамбург, Германия).

; Структура и обт-ен. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (Глава I), материалов и методов исследований (ГлаваП), ивхолйшш результатов исследования (Глава III), обсуждения экспериментальных данных (Глава IV), выводов и списка нспользоешнюЛ литературы. Работа изложена ка 123 страницах машинописного текста, ь тон числе 15 рисунков и ¡57 таблиц. Библиография включает 75 наименований, пи них 17 на иностранном языке.

' . ОБЗОР ЛЖЕРАТУРи, СОСТОЯНИЕ ¡¡ОПРОСА Общие сведения о фжжулянтах и их биологических аффектах. Флокулйнташ называют высокомолекулярные водорастворимые полимеры, способствующие коагуляции и участвующие в процессе хлопьеобразова-ния - флокуляции (Вейцер, 1.!инц, 1984). йлокуляцип получила практическое применение во многих технологически;: процессах, связанных с отделением нелко,дисперсной твердой фазы от жидкости. 1.а Мог, Ноа1у (1963) разработали современную адсорбциошю-мзстшсовую теорию флокуляции, объясняющую.механизм образовании хлопьев. В хозяйственной деятельности наибольшее распространение имеют синтетические высокомолекулярные флокулянты - производные акриламида следующих типов: неиоиогешше, анионные п катионние. Наибольшее распространение из отечественных флокулянтов получил пилиакрилаыид (ПДА). Фло-куляиты использук/гсн ь коммунальной, пищевой, угольной, химической, нефтехимич? -кой, металлургической, текстильной и других отраслях промышленности, в том число целлюлозно-бумажной. 'Гак, на Байкальском ЦБК, Усть-Илимском Л1Ш, Селенгинскэм ЦКК и ряде других предприятий Гослеспрома, ввиду нехватки эффективных отечественных иг«штатов в течение последних лет ириминяются импортные акрила-

шшыэ флокулянты: магналию!®, зетаги и санфлоки.

При всех способах применения остаточные количества флокулян-ов могут попадать в водоемы со сточными водам.::. Однако, необходи-

ые экологические регламент (ПДЮ разработаны только для несколь*

их образцов ПАА отечественного производства (Обобщенный перечень

да, 1990). Биологические эффекты флокулянтов в основном изучались

а теплокровных организмах. Установлено, что токсичность флокулян-

ов для этой группы организмов зависит от их химического состава,

труктурн и молекулярной массы. Существенное значение имеет

риоутсхвне в флокулянте кепрорэагировавиих мономеров и реагентов,

спользусмых при их синтезе. Токсичность этих веществ ког.ет вначи-

ельно превышать токсичность полимеров (Гадаскина, 1976; Krauttor,

last, et al 1936; Petersen, Lech, 1.987).

Немногочисленные литературные данные о токсичности флокулян-

ов для водных организмов ограничиваются сведениями о результата::

раткосрочного действия этих веществ на несколько видов гкдроСион-

ов. В работах Bleslnger, Lemke, et al (1976); Сагу, et al (1987)

48 ос

риведены величины медиаино-летальных концентраций (LC50 и LC^g) докулянтов разного типа для дафнии матка (мг/л): анионный сепаран РЗО - 345,0'и 17,0; • неполный магнафлок 90511 - 50,0 и 16,5; кати-нный кагнафлок 521С - 3,7 и 2,1; катионный кальгон fSOO - 0,65; :атиоиный суперфлок 330 - 0,34; катиошшй катфлок - 0,2 и 0,04 ©ответственно. .Эти жв авторы сообщает о следующих значениях медн-.нно-летальных концентраций (LCgg и LCg^) катионных флокулянтов ля рыб (мг/л): 01 0,16 до 0,46 для гольяна; от 0,13 до 1,0 для

OR

шастого окуня. Значение LC50 суиерфлока я кальгона составило {-т/л): для радужной форели - 2,12 и 6,15; для озерной форели -,85 и 5,70 соответственно.

В технических бюллетенях японской фирмы Sanyo Chemical Indusries приводятся данные результатов экспериментов по опредолепил оказите^й LCgg и LCV,n! фяог-уллнтов «арки санфлок для рьй Сунлу-

Величины среднесмертельных концентраций реагентов (в зависимости от их типа) находятся в пределах 2\б - 1000 мг/л.

Имеющиеся в литературе данные не позволяют составить цельное представление о биологических эффектах акриламидных флокулянтов, что и явилось предпосылкой для проведения комплексного исследования по водной токсикологии флокулянтов и изучения механизмов их действия. •

Эксперименты на гидробионтах проводили в термостатируемых ак-варнальных в соответствии с общепринятыми методическими указаниями по разработке ПДК вредных вешеств для воды рыбохозяйственных водоемов (ГосНИОРХ, 1975; ВНИРО, 1985). Остролетальные концентрации Флокулянтов для гидробиситов определяли с помощью табличного метода (Прозоровский и соавт. , 1980). Генотоксичность флокулянтов исследовали в тесте Эймса (Фонштейн и соавт., 1977). Эколого токсикологический анализ механизмов действия флокулянтов на биологические мембраны (монооксигеназная активность и фосфолипидный состав микросом печени рыб, реологические свойства крови) проводили согласно методическим указаниям С. К Кстелевцева и др. , (1986).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Таблица 1

Характеристика флокулянтов

Шрка Препарат Тип Форма Основное Поставщик

выпуска вещество, (%)

Магнафлок ЕЮ анионный порошок 100 Зетаг 04 катиошшй --/•-- 100

Германия Япония

Санфлок Н5?.0Р аш-ошшй --/-- 100

СН009Р катионный --/-- 100 ЛМИакрИЛаМИЛ ПЛА и»ионный порошок 50

Россия

- g -

TeCran 2

Перечень тест-обиягтоз г: ociícum,x гьгперяиентоз

Тест- Perистр!фуе1глз Зксп. п объекты показатели _сут. зга.

Вадорош фодо&гкч. 35 2ноат Scc-nedéSEUS и Сяохк!л!ч. quadrtcauda показатели ' (Тигр )ВгеЬ

Планарни вкашаеиость, 30 84 Baícalobía фцзиолигичесияе

guttata показатели

--//---- 120 400

Daphnia дадпа Str.

Гамаарийы -//—- ' 80 100

EuHonogaaaa-rus cyaneus

Икра бычка .--//-- 30 500

CottocoEepho-rus- greulngkl

Го'льш EuaraasuocTb. 30 ICQ Fhcxinus елзнош'ичестаз phoxliüis I4. гистологические показатели,pprd-нолептич.анапнз

(Тест Зйиса)

Бактерии количество Зповт

Salmonella колоний typhiEurlua ревортаитоз

Диапазон изученных концентраций, иг/д

Нагнафлак ЕЮ

0.001,-1.0

Санрлон I1G20P CH00SP

0.00001-0,01

0.0i - Ш)

Зетаг G4

0,0002-0,2

Ш!А

0.001' -1.0

0.01-10.0

0.0-100.0

0,1-15.0

1,0-100

U.1 - 100,0

0,5-10,0

0,01-10

0,000001 0,01

0,001-1

0,01-1,0

О.00001 -0,01

0,01-10,0

1,0-50

1,0 - 100,0

0.1 -

00.0

0,001 - 10,0

0.1 - 100 ккг на чазку Пзтрн

Примечаний: Зксп.- Экспозиция: ri - количество использованных cprajustaa

е<сспэрш)знтаньны8 данные. подвергали статистическому анализу использованием параметрических и непараметрических критериев оце! кн (Ивантер, 1979). Данние-по характеристикам исследуемых флок;, лянтоя суммированы в таблице'1, а в таблице 2 приведен перече* тест-объектов, регистрируемых тест-функции, количества.использс ваши« жтотних, продолжительность экспериментов и диапазо! исследуемых концентраций.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Б результате экспериментальных исследований на водных оргаш {¡мах били определены величины среднесмертельных концентраций раг гейтов при проведении краткосрочных опытов в-течение Об часов. I основании, этих значений (таблица 3) была проведена поедваротельш оценка их токсических свойств, выявлены наименее устойчивые к де( стзию этих веществ виды гидробионтов и определены диапазоны конщ траций флокулянтов для проведения хронических экспериментов. Ib ] зультатам длительных опытов были установлены максимально перенос! мне (-витальные) концентрации исследуемых флокулянтов С таблица 4]

Таблица 3

Значения флокулянтов для гидробионтов (мг/л)

■Тест-объект Анионные Катионные Неиснный

Ыагнафцкж Саифдок ' Эетаг Санфлок- .ПАА . ЕЮ H520P 64 СН009Р

Пданарии Дафнии Гамшриды Годьяны

>100 . 14,1 2100 >1000

>100 13,2 2060 1000

>100 2,06 11 во 2,82

1,63 0,081 660 141

64,6 89.6,

2130 407

- И -

Влияние флокулянтов на гилрохтлшеские показотели воды. 11с-следуеше вещества в концентрациях 10 iir/л нз оказали значительного влияния на такие показатели води, как: содержание растворенного кислорода, величину его биохимического потребления (ВПК-5) и plL Лимитирующим показателем соотолния воды в присутствии флокулянтов (в концентрациях 0,1 - 1,0 иг/л ) являются процессы нитрификации.

Влияние флокулянтов на воде рос ли. ' Шлучзнниз даша» свиде-тельствукл' о том, что ПАЛ в концентрации 1,0 ш'/л подавлял peer численности клеток водорослей, увеличивая их средние разори, по-Еисал интенсивность фотосинтеза и содерканиз хлорофилла "а". В опытах с ыш'иафлогли ЕЮ, яакбохее четкие различал с контролем получены по показателю скорости роста культуры ь средах с концана-ра-циями фдокулянта 1,0 и 0,1 ur/л. Присутствие в суспензии водорослей реагента сан$лок И520Р в концентрации 0,01 иг/л привело на 28 сутки опыта к значительному уменьшений выделения кислорода и одновременному существенному снижению скорости роста культуры. Содержание в средах с флекулянтом петаг 64 в концентрациях 0,02 а 0,2 иг/л способствовало увеличении количества хлорофилла "а", изменении процесса фотосинтеза (по выделения кислорода) и показателя скорости роста Санфлок СН009Р в концентрации'0,0001 ur/л еннгтл скорость роста, увеличил количество калии клеток и изменил уровень фотосинтеза (по выделению кислорода). Величины недействугла« концентраций флокулянтов для водорослей представлены в таблице 4.

Влияние флокулянтов на планарий. В растворах IIAA с концентрацией 100 и 10 кг/л выживаемость планарий была еннкэиа. Действие ПАА в концентрации 1,0 мг/л не влияло на выживаемость цланарнй, на у них наблюдали симптомы отравления (сжатие тела, имыосилизишм). В растворах с более низкими концентрациями ПАЛ (0,1 и 0.Q1 мг/л) нее регистрируемые показатели тест-организмов Сшш ссшоставнии с уизиедоятольностью контрольных особей. Нагнафлок L'lQ во seas исследованных концентрациях не снижи ииаиваомоети тчет-орпинм-

- -

î'ob , однако в средам: 10П и 10 мг/л у животных отмечали некоторые пэрфофизиологические нарушения (изменение формы тела, ослабление присасывательной функции). Санфлок ÎI520P во всех испытанных концентрациях не проявил токсического действия. Зетаг 64 в растворах с максимальными концентрациям! - 100; 10 и 1 мг/л снижал выживаемость планарий, способствовал нарушению их поведенческих реакций, вызывал морфологические изменения. Величины недействующих концентраций флокулянтов для планарий представлены в таблице 4.

Влияние флокулянтов ira дафний. Воздействие ПАА в концентрациях 50 и 10 мг/л привело к снижению выживаемости рачков 2-го и 3-го поколений, плодовитости и средней длины тела тавотных. В растворе ПАА с концентрацией 5 мг/л была снижена средняя плодовитость рачков 2-го и 3-го поколений. Магнафлок ЕЮ в концентрациях 10 и 1 мг/л снижал выживаемость дафний почти всех поколений на 10-30%, уменьшал среднюю плодовитость рачков и размеры их тела. В растворах флокулянта с концентрацией 0,1 мг/л было отмечено снижение плодовитости дафний исходного, второго и'третьего поколений. В растворах с максимальными концентрациями санфлока Н520Р (15 и 5 от/л) была снижена выживаемость дафний двух поколений, отмечено снижение плодовитости и средней длины тела животных. Зетаг 64 в концентрациях 10 и 1 мг/л вызывал снижение выживаемости, плодовитости размеров тела дафний, отмечено отставание в скорости полового созревания. Санфлок СН009Р в концентрациях 0,00001 мг/л и выше, снияал средни» плодовитость дафний всех поколений и размеры тела рачкоз второго поколения. Витальные концентрации флокулянтов для дафний представлены в таблице 4.

Влияние флокулянтов на гаммарид. В растворах ПАА с концентрацией 1000 и 100 мг/л была зарегистрирована полная гибель гаммарид. *

При содержании животных в средах с концентрацией IIAA 10 мг/л и менее, отрицательного действия вещества на все регистрируемые показатели не выявлено. • Магнафлок ЕЮ в концентрации 100 мг/л оказал

влияние на рачков по всем исследуемым показателям. При содержании рачков в растворах с меньшей концентрацией, патологического действия флокулянта не обнаружено. Б растворе санфлока М520Р с концентрацией 100 мг/л была снижена вытаваемость га>мрид, интенсивность потребления корма, наблюдали абортирование яиц и появление нежизнеспособной молоди. В средах с концентрацией флокулянта 10 мг/л у отдельных особей регистрировали абортирование яиц. Зетаг 64 сникал выживаемость и репродуктивную функцию гаммарид в растворах с концентрациями 1 мг/л и выше. Признаки интоксикации у гаммарид в растворах санфлока СШ09Р с концентрациям! 1 и 0,1 мг/л выражались в снижении внушаемости, интенсивности питания и плодовитости. Величины недействующих концентраций флокулянтов для .гаммарид представлены в таблице 4.

Опыты с икрой бычка иелтокрылки. В опытах с ПАЛ икру бычка подвергли действию флокулянта со стадии начала гаструляции. Сниаэ-ние выживаемости икры зарегистрировали только в растворах с максимальной концентрацией ПДА (100 мг/л). В опытных средах с -этой концентрацией у формирующихся эмбрионов были отмечены патологические изменения (нрраспрямление хорды и нарушение кровообращения), развитие предликшюк было угнетено. Результаты биометрической обра-Сотки данных по -морфологическим показателям позволили установить величину недействующей концентрации ПАА для икры - 1 мг/л. При инкубации икры (со стадии бластулы) в растворах ыагнафлока ЕЮ не отмечено снижения выживаемости и нарушений эмбрионального развития рыб. Флокулянт вуконцентрации 100 мг/л незначительно нарушил мор-фосбразовательные процессы, поэтому недействующая концентрация этого реагента для икры - 10 мг/л. В растворы санфлока МБ20Р икру поместил! на стадии образования нервной бороздки. Флокулянт в исследуемом диапазоне концентраций не снижал выживаемость икры. В растворах с концентрацией 100 мг/л была зарегистрирована вадеряка вылупления эмбрионов из оболочки. В растворах, содержащих 100 и 10

иг/л исследуемого вещества, наояюдалп угнетение роста и скорости потребления питательных веществ из кзлточкого песка. Шдействуюцзя концентрация этого флокулянта для икры - 1 ыг/л. В опыте с зетагом 64 в растворах с максимальными концентрациями была сншкзна вылмва-емость икры и иредличшюк. По морфофизиологическиа параметрам они не отличались от контрольных особей. Растворы, содерлащк 0,1 ¡„т/л ветага 64, не оказали какого-либо влияния на процесс эмбриогенеза. Эту концентрацию можно считать недействующей. В эксперименте с санфлопом СГО09Р икру поместили в опыт ьа стадии образования хрусталика глаз эмбриона Еоьтазшсть икры в растворах с максимальной концентрацией реагента (1 ыг/л) к концу опыта была значительно снш^на по сравнении с контролем. Предличинки из этих сред были достоверно мельче контрольных. В растворах с более низкими концентрациями флокулянта значимые отличия с контролем отсутствовали по всем регистрируемым по1сазателям.

Опыты на половозрелых рыбах (гольян). В опытных средах с высокими концентрациями ПАА, несмотря на 100Х выживаемость, отсутствие 1саких-либо внешних изменений и клинических признаков интоксикации, наблюдали достоверное снижение (по сравнению с контролем) лейкоцитов и эр1р?роцитов в крови рыб. При изучении гистост-руктуры органов рыб -были отмечены выраженные изменения в тканях печени, гючек и кабр. По данным гематологических и гистологических наследований недействующая концентрация ПАА для рыб составила 0,01 иг/л.

Гибели и изменений поведенческих реакций рыб во всех растворах магнафлзка ЕЮ не отметила. Анализ крови показал, что реагент на оказал влияния на концентрацию гемоглобина крови рыб. У животных из сред с концентрациями 5 и 1 мг/л было снижено (по сравнению с контролем) количество эритроцитов и лейкоцитов. Патологоанатоми-чоогои обследование не выявило отклонений от нормы. Недействующая концентрация флокулянта для гольяна - 0,5 мг/л.

- -1 J -

5 о'лсперя-зате с санфло.'юм N52QP гибели рыб на еарегнстрнро-зали, со всех средах (опит и контроль) особи били клинически здоровыми. Гематологический анализ показал, что содержите гемоглобина и эритроцитов в крови соответствовало контрольный показателям. Учитывая характер изменений числа лейкоцитов, недействующей концентрацией флскулянга можно считать 0,1 иг/л. Пагогнстологическов исследование некоторых органов рыб показало, что макроскопическое строение органов особей из растворов с концентрацией 0,5 мг/л и ;ш:зз не отличалось от такового у контрольных раб. Таким образом, по сумме показателей недействующая концентрация флокулянта для гольяна составила 0,1 иг/л.

'Растворы с концентрацией ветага 5 и 10 мг/л оказались для рыб смертельными. Гематологический анализ крови рыб выявил, что недействующей концентрацией реагента (но гематологическим показателям) можно считать 0,01 мг/д. Еатологоанатомнческое и патогисголо-гическое обследование показали, что внешний вид и шкроскопическое строение изучаемых органов не отличались от таковых у гсзнтрольных рыб и у особей из растворов с минимальной концентрацией флокулян-та. Таким образом, по сумме всех рассматриваемых показателей недействующая концентрация ветага 64 составила 0,002 мг/л. В эксперименте с санфлоком СГО09Р выживаемость рыб была стопроцентной. По результатам гематологического и гистологического анализов концентрация флокулянта 0,0001 мг/л признана витальной. Органодептичеет! анализ шнсавал отсутствие постороннего привкуса бульона и мяса рыб", находившихся в растворах всех исследуемых флокулянтов.

Изучение механизмов повреждающего действия флокулянтов. Дна' лиа дополнительных токсикометрических данных, полученных а хода сравнительного биотестировш я (на дафниях и рыбах) 11 анионных и 16 катионных флокулянтов ми, к Магнафлок и Ззтяг, подтвердил фм« Солее высокой токсичности катионных препаратов по сравнению о ааи-\ онными и не ионо генными. При утом отмичвна закономерность усилен»«

- lö -

биологической активности к&тиэшшх похизлокцюлпгов в зависимости от возрастшшя положительного аарлда их молекул. Какой-либо корреляции мевду степенью токсичности флокулинтои и их молекулярной ¡.(зссой выявить не удалось.

- Следует отметить отсутствие специфического влияния, флокулян-тов на водные организмы. IIa беспозвоночных - полизлектролпти, пряадз всего, оказывали механическое воздействие, характеризуемое сорбцией флокулянта на поверхности тела с последующим угнетением жизненно вахних функций: питания, шщэварзшш и разншшлтя. Аналогичный механизм действия веществ проявляется и на рыбах, у которых, наряду с внешне наблюдаемыми симптомами поралйния (сорбция реагента на поверхности тела, увеличение слизеотделення), обнаружены дегенеративные изменения лаберного эпителия и клеток паренхиматозных органов (печени и почете). В крови наблюдалась лейкопения, эритроцитов, снижение вязкости и уменьшение потенциала течения крови. Исследование ряда биохимических констант: монооксигеназной активности и фосфолипидного состава микросом печени рыб, а таю® реологических свойств их крови (in vitro) позволяет высказать предположение, что в основе интимных механизмов действия флокулян-тов легат мембранотропныз эффекты.

В результате исследования возможной мутагенной активности ПАА, ыагнафлока ЕЮ, санфлом 1J520P и зетага 64 установлено, что флокулянты не увеличивали количества колоний ревертантов в опытах модифицированного тесха Зймса (с системой метаболической активации и без нее). Это свидетельствует о том, что данные вещества но обладают мутагенной активностью по отношению к тестерным бактериальным штаммам сальмг 'едли (TAI00 и ТА98). Отсутствие мутагенного эффекта в тесте Эймса продемонстрировано такта в случае сочотшшого цоадейстыш на микроорганизмы флокулянтов в смеси с лигнином, которые в комплексе формируют осадок сточных вод, спосойстиуквдй аагрявшликя донных оглошши в водоем:;.

- 17 -3 СПЛОЧЕНИЕ

Важнейшей задачей в области водной токсикологии является выявление экологической угрозы со стороны различных химических веществ швому населению водоемов и разработка мероприятий по ее снипэнию или устранению (Строганов, 1977; Лесников, 1979).-

Результаты комплексных эколого-токсикологических исследований показали, что одним из источников токсического загрязнения вод могут быть кироко применяемые в народном хозяйстве синтетические флокулянты, производство которых во всем мире неуклонно возрастает. Их использование происходит без учета ближайших и отдаленных экологических последствий еагрязнения водоемов.

Используя критериальные оценки, принятые в отечественной водной токсикологии, было обнаружено наличие токсичности исследуемых флокулянтов для гидробионтов различных систематических групп и сделана попытка изучить механизмы их токсического действия. Влияние синтетических флокулянтов сказывается практически на всех компонентах водной экосистемы (особенно на водорослях, беспозвоночных, и рыбах). Исследования действия флокулянтов на основные гидрохимические 'характеристики продемонстрировали, что они не являются лимитирующими показателями вредности этих веществ.

Острая токсичность флокулянтов для водных животных выражается чрезвычайно варьирующими величинами. Ориентируясь на классификацию Л А. Лесникова и К. К Врочинского (1974), флокулянты по их токсическому действию уояно расположить в следующий восходящий ряд: ПАА (малотоксичен) - магнафлок ЕЮ и санфлок Н520Р (умеренно токсичны) - зетаг 64 (средняя токсичность) - санфлок СГО09Р (высокотоксичен) ...

Результаты хронических экспериментов на гидробионтах позволили установить максимально переносимые (витальные) концентрации (ПДК) исследуемых Флокулянтов (Таблица 4). В этих опытах наимонео

- 1В -

устойчивыми к действия фяокулянтов оказались планктонные водоросли, дафнии и рыба Все исследованные соединения не обладали мутагенным эффектом (в модифицированной тесте Эймса). Такге.! образом установлено, что диштируюиим !Ю1сазателеы вредности всех изученных соединений является - токсикологический.

Величины 1ЩК исследованных реагентов соответственно составили: НАЛ и ыагнафлок ЕЮ - 0,01 иг/л; санфлок М520Р - 0,001 мг/л; аетаг 64 - 0,б02 кг/л; санфлок СШ09Р - 0,000001 .иг/л.

Таблица 4

Значения витальных конценграций флокулянгов для гидробионтов (мг/л)

флокулянт Анионный Анионный КатионныЯ Катпонный Неионоген.

Ыагнафлок . Санфяок Зетаг 64 Санфлок НАА

Тест-объект Е-10 М520Р СН003Р

Водоросли 0. 01 ' 0. 001 0.002 0.00001 0. 01

Планарии 1.0 100.0 0. 1 - 0.1

Гаммариды 10.0 1.0 0.1 0. 01 10.0

Дафнии 0. 01 1.0 0.1 0-С00001 1.0

К!фа бычка

гзлтокрыжи 10.0 1.0 0.1 0.1 . 1.0

Половозрелиз

рьйи (гольян) 0.5 1 0.1 0. 002 0.0001 0. 01

Наиболее выраженной токсичностью обладал!! катионные флокулян-Т1£ зетаг 64 и санфлок СГО09Р. Этот факт подтвердился и при дополнительном изучении (Ересткина, Бейм, 1900) других [сатионных препаратов этих марок, а такте Флокулянтоз катфлок (США) и ВПК-402 (IV,*сия), их ьит'1льнне концентрации для гидробионтов составили

О.СШЛ ¡.г/л. Устшсвлониии закоьопзрность дает ссгшляость крод-Е;:Р1г.-ел{.ииЛ оценки' степени тсьчцшиостн новых трек отечзегпоншк ¿1 шшертшве Заокуллнгсв различного типа. Учитывая, что ЦД!С па ото-чостг.>-:;ние фшкулшгш ыг-ки ШЛ уха установлена в гдапг-нсно от 1,0 до 0,0-1 иг/я, нргдяыюко на основании уточненных данных пзресиат-регь эту величину и у-гкердьть ДДК на уровне 0,01 ¡гг/л в качестве регионального ругжшпта длд олиготрсЗнш водоемов и, прежде всего, озера Байкал.

На осьосапки пояуч-гииих дапшлс о некоторых сторонах мэханнзка ио£ре:«л.-г.1^го действия шш«зяектролитой, ко;,сю полагать, что у гидрьбионхов эти вьну-етва при гссшдатш в организм восииодействуш с клгточиши мекбранаки. Рас.о>«трпь.лл (злягьмотроаиш э|<^кг фсо-куляптов в качестве в&душю иерыншого шх&низиа токсического действия лолииеров, необходимо дзиьиейсде деч альное выяснение к»-хшшзмов шд11фик2«ии 'этпни нр-паратамп рыаш'ишх !„.л.:5ранши структур тканей гидрсоисптов.

Результаты проведенных исследо. ¡кий нонао;;,;;;-!' заключить, что применение совренеша &д;*ку ¿китов при очистке отечных и природных вод должно проьоднтьпн строго с ."обльдкнпен технологических рс-1 ла-контои И с учи ом тбгйодьи.чо контрмл.1 нх остаточных количеств б сбросньа водах, ипппдьь^нх в рыЗоховяйстЕешшо ьедоеиа. Шобход-ия в ашанюдательном порядка еаиг-етпгь вакуш;у импортных фгасулднтоа при отсутствии на препарат ^колого-токсикологических еврпфпзд-тов,'удовлетворяющих требованиям водоохранного законодательства на территории России.

в и в о д и

1. Все исследованные водорастворимы*» полимеры - флокулянты являются высокоактивны?,<и химическими соядипенинии. По стопешк опасности для водоешн рыСохоаяйствениого назначения Фпокудяиш п-!1 носятся к потенциально токсичным энгриотиицш ич^егьан, ооэда-

■ - 20 •

води по отношэшш к гидробиоитаи: полиакрилампд и .магиафзок ЕЮ -средней; зетаг 6-1 и санфлок Н520Р - высокой, а еапфяок СН009Р -особо высокой токсичностью.

2. Сравнительное исследование биологической активности флокулянтов разного типа действия показало, что катионактивныа полимеры (зетаг 64, санфлок СК009Р и их гомологи) обладает наиболее выраженной острой и хронической токсичностью для гидробнонтов по сравнению с ашюнактивними и неионнымн (магнафлок Ё10, санфлок Н520Р, ЯМ и их гомологи) веществами.

3. На основании опытов по изучению степени токсичности флоку-лянтов различного типа установлено, что наименее устойчивыми к действию полиэлектролитов явились планктонные организмы (водоросли и дафнии), а также половозрелые рыбы.

4. Регамендуемые величины ПДК флокулянтов для воды рыбохоэяй-стьенных водоемов составляют (мг/л): магнафлок ЕЮ и ПАЛ - 0,01; зетаг 64 - 0,002; санфлок М520Р 0,001; санфлок СН009Р - 0,00001. ЦДК флокулянта ПАА следует рассматривать в качестве регионального регламента для воды озера Байкал.

5. Механизмы поврекдающего действия флокулянтов связаны с их способностью сорбироваться на поверхности тела гидробионтов, а при проникновении в ткани - проявлять мембранотропныэ эффекты и модифицировать фосфолипидный состав биологических мембран. . Выраженная биологическая активность катионных флокулянтов обусловлена их положительным зарядом и,находится в зависимости от его■величины.

6. Исследованные вещества не проявили генотоксичности в тесте Эймса (на штаммах сальмонеллы ТА100 и ТА93, как в присутствии системы метаболической активации, так и без ней) в широком диапа-воне концентраций. Ото позволяет предположить, что данные флоку--лянти не представляв1 мутагенной и канцерогенной опасности.

C::;CCR пувлтиаБ:! по ТЕ:;Е КХЗОЕРТШИ

1. Е-з!',:? А.!'., Калинкина IL 11, Королёва Л Д. , Еэйм Л. Д. Срашштель-;:?:■! тсксккокетрическая характеристика современных. флокулянтов// У Есесогэ!!. конф. по водной токсикологии: Тез. докл. , Одесса, 18-22 апреля 19S8. - 11: ШПЮ, 1988,- С. 9-10.

2. Бресткина JL11 , Королева Л л. , Семутенко И. А. , Еейм А. А. Осс-

• бенности устойчивости рыб и других гидробионтов к флокуллнтам равного типа действия // I Есесоюз. конф. по рыбохозяйств. токсикологии: Tee. докл., Юрмала, декабрь, 1988. - Рига: 1988, ч. I. -С. 49-50.

3. Бресткина Л И. , Езйм А. А. Водная токсикология флокулянтов н проблемы их отологического нормирования // Есесоюзн. сшшоз. молодых ученых "Рациональное использование и охрана водных ресурсов от загрязнения": Тез. докл. , Харьков, 9-13 июля 1090. -ларьков: ВШИВО, 1990,- С. 20-21.

4. Еуевич Г. В. , Еейм Л. А. Исследование мутагенных эффектов кмпорт-ных Флокулянтов // V Научно- пракгическ. конф. молодых ученых "Здоровье человека в Сибири": Тез. дога. , Красноярск, 29 окт. -2 нояб. 1990. - Красноярск: Сибирь, 1990. - С. 18-19.

0. Вейч А. А. ' Генетические исследования шлам-лигнина цеха переработки осадков сточных вод сульфат-целлюлозного производства // V Научно-практич. конф молодых ученых "Здоровье человека в Сибири": Тез. дою!. , Красноярск, 29 окт. - 2 нояб. 1990. - Красно-' ярск: Сибирь, 1990,- С. 11-12.

6. Еейм А. Л. Зодгеографическне аспекты устойчивости гидробионтов к флокулянтам // Конф. "Проблемы экологической химии н токсига-логии в охране природы": Тез. докл., Байкальск, 5-6 няня 1990.-Глйкольск: 1990.- С. 37-38.

7. Гейм Л. Л., Карчевски К. Повышение эффетивности локальной очистки сточных вод промышленных предприятий г. Улан-Удэ // Научно-ирактгческ. семинар "Зколого-гигиеническая оценка эффективности

г;ог>::ст!:ой очистки сточных вг>ц па городски'7, очкстных ccop>7j?tm-я.ч": Тог. дспя., Г-аи-Удз, P-K'J i^ur.' 1930. ~ 1'?.<>л-1ШП!, lL'ja - С. 47-40.

В. Бе Ям Л. Л. Сраппигсльная характерно! ига Околэппь-акгП акпшнощ'н катионних и анионных шлор-пшх ф.:окуаднгов // iv Eocco?.on. куп*. "Водорастворнмиз пэлш-при и их применение": Тез. докл. , Иркутск. 28-31 мап 1931.- Иркутск: 1901.- С. 108.

U. Ыкаандгопцза Н. II. , £?йи А. Л. , Нордов 1'. II , FpccTiuma JL }í .Cir.p-нов Л. it Нугн сппташ:;; тсгсиъчэсти пзлшзи ::зш:ых ф7он?£ииоо //

IV ЕСССОГГП. KOH'I'. "ИОДСГ'ЛС!ЕОрИНьП И ИХ I¡p:iV2H0UU3":

Tea. докл., Гркугск, 20-31 мал 1914. - Крачек: 19SJ. - С. £1G.

5 0. Сейм А. Л. Водная тикилсолэп;;: имнергиыч Стшулянгов// VI сгегд te. гидробиолог. оО:д-ва: lea. до;:л. , К-фтпск, 0-11 окг. 1991. -"урманск: йэляризя Правда, 1391. т. 2.-С. 101-102.

11. Ерзстки:;а Л. М. , Громов Л. С. , Есйм А. Л. , Котслевцов С. Г.. Дойстбис <f до куля н г об на клеточные ызмЗраны риЗ // II Есосохан. глиф, по рьйохоаяйствояпой токсикологии: Тез. докл., Санкт-Петербург, ноябрь 1991. - Санкт-Петербург: 1991. т. 1 - С. 60-61.

12. ЕеШл Л. Л. Тс!'Лш;ожтричес!21Л оцзика акриламядных флокулянгак// акыгагичзегсю исследования Ба?к?.ла и баЯказьсиого региона. тЬ«ь ?./ Шд рсл. 0. К Которой. - Кркутсг,: Иэд-во Иркут. уп-та, 1932.- С. 71-Ю.

1с. 1 irofeova S. S., Beim A. A. Efficiency rise of taste rater tro-nltrent cLtrinj d»posll exploitation // SlbEco^-53, Tin International Conference on 3lb?rl«i Ecology- Beck of Abstrorts, 11laU.«k Russia, 5pp. 110-Ш.

1 í. D Pcln А. К Corpa? £t 1 ve 'cco J osical - tes ic?!c*: 1 on I d-r^a

on <Mcrrltr.tlcn cí ruxliw pcml53il:le conc-mlr«'. !с!П (fPC'K.'i flcycnlcnts. Глг!тcrreritril ТссЬ-хЛг-:'}/, JPyy, [15). ¡95-198.