Способ биологической оценки токсичности воды

СОЮЗ РЕСПУ БЛИН 33/1 сад. А 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ%9ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод(54) (57) СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИТОКСИЧНОСТИ ВОДЫ, предусматривающийразмещение в резервуаре двустворчатыхмоллюсков, пропуск через резервуарконтролируемой воды и регистрацию реакции закрывания моллюсками створокпод воздействием токсических веществ,находящихся в воде, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности способа и расширения диапазона оценки токсичностиводы, периодически через каждые 2-6 чмоллюсков подвергают в течение 18 мин действию электрического поляпостоянного тока напряженностью 0,5 -- 2,0 В/см.1 11Изобретение относится к исследованию химических свойств веществ, в,частности к оценке токсичности воды,и предназначено для контроля качествавод, 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 известногоспособа определяют по одному из параметров, связанных с их жизненнойактивностью, в основном по уменьшению потребления кислорода.Недостатком способа является значительная зависимость данного параметра от различных трудноучитываемыхфакторов, в частности от стадии зрелости культуры, генетической структуры популяции микроорганизмов, атакже от температуры.Известен также способ биологического определения токсичности водыпутем помещения в проточную водутаких тест-объектов, как рыбы, и регистрации нарушения их поведения припоявлении в исследуемой воде токсических веществ,.Недостатком данного способа является также зависимость поведения рыбот многих факторов - времени суток,возраста рыб, физиологического состояния рыб.Наиболее близким к заявленномупо технической сущности являетсяспособ биологической оценки токсичности воды, предусматривающий размещение в резервуаре двустворчатых моллюсков, пропуск через резервуар контролируемой воды и регистрацию реакции закрывания моллюсками створокпод воздействием токсических веществ,содержащихся в воде.Недостатком известного способаявляется то, что в присутствии отдельных токсическйх веществ (фенол, хроми др.) моллюски не закрывают створкираковин и, следовательно, сигнал отоксичности воды не возникает.Кроме того, поведение моллюсковв присутствии в воде тех или иныхтоксических веществ проявляется неодинаково, то есть реакцию эакрьваниястворок моллюсков вызывают ионы меди,кадмия, поверхностно-активные вещества, Однако и эти токсические вещества, 44203 ЭО чение 1-8 мин действию электрическогополя постоянного тока напряженностью0,5-2,0 В/см.,Двустворчатых. моллюсков закрепляют в кассетах так, чтобы одна створка была неподвижно прикреплена ксъемной полке кассетыа 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 открывают створки и фильтруют воду, В этихусловиях моллюсков выдерживают 5 -6 ч, что достаточно для адаптации организма к. условиям эксперимента.Затем периодически через. каждые2-6 ч моллюсков подвергают в течение1 - 8 мин действию диэлектрическогополя постоянного тока напряженностью0,5 - 2,0 Всм.В чистой воде при отсутствии токсического воздействия все моллюскиреагируют на электрическое поле,закрывая створки раковин. В этомположении моллюски пребывают ещенекоторое время после прекращения 5 0 15 20 25 вызывающие закрывание створок, могутнаходиться в контролируемой воде вподпороговых концентрациях и поэтомуне обнаруживаются. В этом случае происходит в.зависимости от степени токсичности либо адаптация моллюсков,либо их хроническая интоксикация, сопровождающаяся глубокими нарушениямижизнедеятельности. В обоих случаяхреакция моллюсков. на присутствиетоксикантов в воде будет неадекватной, либо вовсе не наступает, тоесть способ не обеспечивает достаточной чувствительности при оценке токсичности воды,Целью настоящего изобретения является повышение чувствительности способа и расширение диапазона оценкитоксичности воды.Для достижения поставленной целиизвестный способ биологической оценкитоксичности воды, предусматривающийразмещение в резервуаре двухстворчатых моллюсков, пропуск через резервуар контролируемой воды и регистрациюреакции 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 минтакже 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. П р и м е р 1. Для биологичесКойоценки токсичности воды использовалимоллюсков Пп 1 о СщпЫиз с длиной раковин 9 + 1,2 см.Моллюсков закрепляли неподвижноодной из створок в съемных кассетах,последние в количестве 10 шт. размещали в резервуаре с проточной чистойводой объемом 10 л.Моллюсков адаптировали к этимусловиям в течение 5,5 ч. После адаптации в аквариум с моллюсками в течение 4 ч подавали чистую воду, послечего между электродами создавалиэлектрическое поле напряженностью0,25 В/см. Через 5 мин поле отключали и регистрировали число моллюсков,закрывших створки раковин. Створкибыли закрыты у 7 моллюсков из 10(707) .В аквариум подавали чистую водув течение следующих 4 ч, после чегоописанные вьппе операции повторялипри тех же режимах. творки были закрыты у 6 моллюсков (603). В аквариум подавали чистую воду еще в течение 4 ч и повторяли вышеописанныеоперации. Створки были закрыты у 7моллюсков (70 Ж).В аквариум подавали воду в течение 4 ч и все операции повторяли.ЪСтворки были закрыты у 5 моллюсков(50 Ж).В аквариум подавали чистую водув течение 4 ч и все операции повторялн. Створки были закрьггы у 7 моллюсков (70 Ж).В аквариум подавали чистую водув течение 4 ч и все операции повторяли. Створки закрыты у 7 моллюсков(70 Ж),3 1 44203 4действия электрического поля (около10 мин), затем створки открываютсяи возобновляется фильтрация воды,При наличии в воде токсическихвеществ, таких как фенол, хром илипестициды, происходит постепенноеотравление организма моллюсков, сопровождающееся нарушением нормального характера реагирования их на воздействие электрического поля. Токси Оческие вещества замедляют либо вовсеподавляют реакцию моллюсков (закрывание сгворок) на электрическое поле,что и фиксируется регистрирующим прибором. 5Установлено, что после 12 ч пребывания моллюсков в воде, содержащейфенол, под действием электрическогополя напряженностью 1,37 В/см створки равковин закрыли 63 моллюсков, гопосле 24 ч пребывания в этой воде -50 Х моллюсков.То, что моллюсков подвергают действию электрического поля, периодически, например, через каждые 2-6 ч, 25обеспечивает необходимый режим оценки токсичности и, следовательно, требуемую эффективность и надежность.Если моллюсков подвергать действиюэлектрического поля через интервалыменее, чем 2 ч, то слишком высокаячастота воздействия отрицательноскажется на состоянии моллюсков и этоприведет к снижению надежности оценки. Если моллюсков подвергать действию электрического поля через интервалы более чем 6 ч, то неоправданонизкая частота воздействия вызоветснижение экспрессности контроля.То, что моллюсков подвергают действию электрического поля постоянного .тока, обеспечивает требуемый режимоценки токсичности, так как воздействие на моллюсков электрических полейпеременного и импульсного токов действует на организм более угнетающе,что отрицательно сказывается на надежности оценки.Действие электрического поля напряженностью в пределах от 0,5 до2,0 В/см обеспечивает повышение надежности, так как использованиеэлектрического поля напряженностью менее 0,5 В/см не всегда вызывает закрывание створок моллюсков, а использование электрического поля напряжен 55ностью более 2,0 В/см при регулярномвоздействии может вызвать стользначительное угнетенное состояниеДанная напряженность поля 0,25 В/см 1 рнеприемлема, так как не вызываетзакрывания створок раковин у 1007моллюсков. 5 1144Весь цикл вышеописанных операций был повторен 4 раза. В.результате.статистической обработки были вычислены средние значения процента моллюсков, закрывших створки: через 4 ч - 73%О р через 8 ч - 62%, через 12 ч - 68%, через 16 ч - 54%, через 20 ч - 66%, через 24 ч - 69%. П р и м е р 2. Условия проведения 1испытаний соответствовали условиям,описанным в примере 1. Напряженностьэлектрического поля составлялаС,5 В/см. Весь цикл был повторен 4раза, статобработка показала, чтостворки были закрыты у 1003 моллюсковчерез 4 ч, у 98% через 8 ч, у 1007.через 12 ч, у 100% через 16 ч, у 1007через 20 ч, у 1007. через 24 ч. Результаты приведены в табл. 1. 25П р и м е р 3Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 1. Напряженность электрического поля составляла1,37 В/см,Через каждые 4 ч створки были закрыты у 1007. моллюсков,Результаты опытов приведены втабл. 1,П р и м е р4. Условия проведенияиспытаний соответствовали условиям,35описанным в примере 1. Напряженностьэлектрического поля составляла2,0 В/см. Через каждые 4 ч створкизакрыты у 100 моллюсков. Результатыприведены в табл. 1.П р и м е р 5. В аквариум с моллюсками подавали сточную воду химического предприятия, поступающую наочистные сооружения. Через 4 ч между 45электродами создавали электрическоеполе напряженностью 0,25 В/см в течение 5 мин. Посла отключения поля регистрировали число моллюсков с закрытыми створками, Створки были закрыты у 3 моллюсков (ЗОЖ). Вышеописан 50ные операции повторяли через кащцые4 ч в течение суток. Обработка полученных данных показала, что через4 ч створки закрыты .у 31 . моллюсков,через 8 ч - у 35%, через 12 ч - у5518/, через 16 ч " у 247, через 24 ч "у 187, Следовательно, напряженностьполя 0,25 В/см недостаточна,. так как 203 ьвызвает значительный разброс результатов оценки токсичности воды.П р и м е р 6, Условия проведенияиспытаний соответствовали условиям,описанным в примере 5. Напряженностьэлектрического поля составляла0,5 В/см. Процент моллюсков, закрывших створки, составлял: через 4 ч -70%, через 8 ч в .617, через 12 ч -68%, через 16 ч - 647., через 20 ч -59 , через 24 ч - 62%. Результатыпредставлены в табл. 1,П р и м е р 7, Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 5, Напряженность поля составляла 1,37 В/см.Процент моллюсков, закрывших створ-.ки, составил: через 4 ч - 82%, через 8 ч - 657, через 12 ч - 637, через 16 ч - 587, через 20 ч - 52 ., через 24 ч - 50%. Результаты представлены в табл, 1.П р и м е р 8. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 5. Напряженность поля составляла 2,0 В/см,Процент моллюсков, закрывших створкичерез каждые 4 ч, представлен втабл. 1Установлено, что данная напряженность поля приемлема для оценкитоксичности воды, хотя и незначительно снижает экспрессность контроля. Дальнейшее повышение напряженности поля по этой причине нецелесообразно.П р и м е р 9, В аквариум с моллюсками подавали сточную воду химического предприятия и регистрировалипроцент 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 закрываниястворок (медь, кадмий, СПАВы). Следовательно, по способу - прототипу невозможно произвести оценку токсичности данной сточной воды.П р и м е р 10. В аквариум с моллюсками подавали сточную воду химического предприятия, прошедшую очистку.Через 4 ч между электродами создава"ли электрическое поле напряженностью0,25 В/см в течение 5 мин. После отключения поля регистрировали числомоллюсков с закрытыми створками.Створки были закрыты у 4 моллюсков(40%), Вышеописанные операции повторяли через каждые 4 ч в течение суТаблица Контролируемая во"да-сточная, содержащая повышенные Чистая вода(контроль) Контролируемаявода-сточная,после очистки количества енол Напряженностьэлектрического поля (В/см)5 0,25 0,1,3 0 100 100 8100 100 8 9 35 61 65 100 42 95 100 10 00100 100 18 68 63 82 35 90 96 10 00 100 100 24 64 58 77 36 89 92 10 6 2.ч 27 59 52 . 75 44 97 95 1 0 ч 100 24 9 100 100 100 18 62 50 7 1 ность контролируепоступающей напри напряженностия 1,37 В/см, сос,24 усл,ед.олученных данныхсобу и способу -что токсичность ая токсича количе ность может ивае ме .выражения ток с мой сточной воды ь твенно, но лиш цах ввиду отиниц токсичносстепень токсич контролю, т.е. закрывшихПри такой форыть е сител ных един темных е очистку через 4 ч электрического по тавляет 100/81 ия с обно с цениватьтельно к моллюск ти.ност тиос Сопоставление о заявляемому с рототипу показалент в чистой во ст 7 1144 ток. Все испытания повторяли трижды. Результаты обработки показали процент моллюсков, закрывших створки через 4 ч - 382, через 8 ч - 423, через 12 ч - 357., через 16 ч - 367, через 20 ч - 447, через 24 ч - 41 Х, они внесены в табл. 1. Установлено, что напряженность поля 0,25 В/см вызывает значительный разброс результатов, поэтому недостаточна для оценки ток 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 статобработкичерез каждые ;4 ч в течение, суток внесены в табл.1.П р и м е р 12. Условия проведения исптыаний соответствовали условиям, описанным в примере 10. Напря женность поля составляла 1,37 В/см. 203 8Результаты статобработки опытов черезкаждые 4 ч в течение суток внесены втабл. 1. П р и м е р 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, 1Анализ 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 - 2,0 В/см. 0 81 100 38 88 100 10011442 03 Таблица 2 Время, часыс начала испытаний 1 2 3 Процент моллюсков с зактыми створами 100 100 93 88 97 100 100 100 аблица 1 Время, час началапытаний . 2 6 8 оцент молмоллюсковс закрытыми створками 9сточной 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. 10Использование заявляемого способа позволит производить оценку токсичности сточных вод, содержащих более широкий набор токсикантов, чем это было возможно с применением прототи па. В отличие от,последнего,заявляемый способ дает возможность определить токсичность практически любого вещества, отрицательно действующего на организм моллюска. 20П р и м е р 14. 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 дляЧ) оценки токсичности.П р и м е р 16. Условия проведения испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 15. Электрическое поле; напряженностью 1,3. В/см 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 сначала подачи в резервуар контролируемой сточной воды створки раковинпод действием электрического полязакрыли 763 моллюсков, через 24 чс начала подачи - 61 Ж моллюсков. У1003 контрольных моллюсков, находившихся в чистой воде, створки раковинбыли закрыты после воздействия электрического поля той же напряженности.Произведенный параллельно химическийанализ показал наличие в контролируемой сточной воде незначительных добавок ионов меди. Полученные экспериментальные данные показывают, чтозаявляемое изобретение позволяетповысить чувствительность оценки токсичности. П р и м е р 15, В аквариум с моллюсками подавали сточную воду химического предприятия, прошедшую очистку. Через каждый час между электродами создавали электрическое ноле напряженностью 1,37 Всм в течение 5 мин. Результаты приведены в табл.2.4 5 6 7 8 00 81 70 65 63 63 Установлено, что при перерывах 2 ч и более между периодическим воздействием на моллюсков электрическим полем токсичность воды может быть11 1144203 12оценена 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 створкаП р и м е р .17. В аквариум сми. Створки быпи закрыты у 9 моллюсмоллюсками подавали сточную воду хи- ков (903). По трем сериям опытам вымического предприятия, прошедшую числяли средние величины, приведенные очистку. Через 2 ч между электродами в табл. 4.)Таблица 4 Продложительность воэдействия 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 СоставительТехред А.Кравчук Редактор О, Иванова Корректор М, Шароши Тираж 679 ПодписноеВНИИПИ .Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 5588/2 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Установлено, что данная продолжительность недостаточна, так как вызывает большой разброс результатов.П р и м е р 18. Условияпроведе- ния испытаний соответствовали условиям, описанным в примере 17. Про 1 должительность воздействия на моллюсков электрическим полем - 16 мин. Ус-з 5 тановлено, что через 8 ч после началаиспытаний нормальный физиологичес.кий режим активности моллюсков нарушился, что сделало невозможным дальнейшие испытания, 40Результаты 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 токсичностЦконтропируемой воды.Использование способа в народном хозяйстве позволит получить не толь" ко 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.