научная статья по теме ОЦЕНКА НАКОПИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ МИКРОБИОЦЕНОЗА ОБРАСТАНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО РЯДА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОРТОВЫХ И КОНТРОЛЬНЫХ ВОДАХ МОРСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КОРРОЗИОННЫХ СТАНЦИЙ Химия

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА НАКОПИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ МИКРОБИОЦЕНОЗА ОБРАСТАНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО РЯДА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОРТОВЫХ И КОНТРОЛЬНЫХ ВОДАХ МОРСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КОРРОЗИОННЫХ СТАНЦИЙ»

ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ, 2007, том 43, № 3, с. 320-325

== == МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ

УДК 620.193.47+504.4.054

ОЦЕНКА НАКОПИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ МИКРОБИОЦЕНОЗА ОБРАСТАНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО РЯДА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОРТОВЫХ И КОНТРОЛЬНЫХ ВОДАХ МОРСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КОРРОЗИОННЫХ СТАНЦИЙ

© 2007 г. А. П. Супонина, М. Д. Корякова, В. Г. Курявый

Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) 690022 Владивосток, просп. 100-летия Владивостока, 159 Тел/факс (4232)-311889 E-mail: сhemi@online. ru Поступила в редакцию 16.02.2006 г.

Исследована концентрирующая функция микросообщества матированного стекла относительно ряда тяжелых металлов и алюминия и влияние импактных морских вод на коррозионную стойкость высоколегированной стали.

PACS: 90.20.-h

Отмечено, что антропогенное загрязнение прибрежных морских вод создает угрозу коррозионного разрушения металлов и их сплавов в результате существенного изменения гидрохимических показателей воды и стимулирования развития специфических сообществ обрастания, представленными определенными группами микро-, мейо- и макробентоса [1].

Проблема оценки уровня загрязнения окружающей среды, в частности морских вод тяжелыми металлами, с использованием живых организмов в качестве биомониторов, остается по-прежнему актуальной, поскольку прямой химический анализ воды создает трудности технического и информативного характера из-за постоянного колебания в воде уровня поллютантов.

Предложенный нами [2] способ биоиндикации загрязнения морских вод тяжелыми металлами, где биомонитором служит сообщество обрастания матированного стекла в стадии первичной сукцессии, расширяет границы оценки химико-экологического состояния морских вод, включая их биозагрязнение и коррозивность, при испытании стальных материалов в прибрежных морских акваториях [3].

В данной работе проведены детальные исследования накопительной способности бактериально-диатомовой биопленки матированного стекла относительно ряда металлов: Fe, Мп, Си, Zn, РЬ, Cd, № и А1 в условиях загрязненных портовых вод бух. Золотой Рог и контрольной бух. Рында залива Петра Великого Японского моря, где проходят ежегодные испытания образцов высоколегированной стали на коррозионную стойкость.

МЕТОДИКА

Пластины матированного стекла размером 50 х 50 см, обрамленные деревянной рамой и стекла обрастания размером 2 х 4 см, выполненные из стандартного оконного стекла, выставляли в море на горизонте 2-3 м от поверхности воды. В бух. Золотой Рог пластины экспонировали с борта судна, пришвартованного к 44 причалу (порт Владивосток), на глубине 8-10 м над поверхностью дна; в бух. Рында - с железного буя на глубине 0.8-1 м над дном. Одновременно с этим на заданных горизонтах экспонировали образцы-пластины высоколегированной стали 08Х18Н10Т размером 80 х 40 х 2 мм.

Температурный режим морской воды в ходе начальной постановки стеклянных пластин составлял 9°С (начало мая 2003 г.), а металлических образцов - 16°С (последние числа июня).

Стеклянные образцы снимали с экспозиции через каждые две недели до начала появления в сообществе ювенильных макрообрастателей (всего семь съемов за время испытаний); стальные - после первых 14 сут для исследования мик-рооброста и после 120 сут для оценки видового состава и биомассы обрастания; характера и интенсивности коррозионных разрушений их поверхности.

Двухнедельную биопленку с поверхности исследуемых объектов снимали стерильным шпателем в виде усредненной пробы с 3 см2 площадей. Соскоб разводили в 15 мл стерильной морской воды. Бактериальную суспензию высевали на питательные среды по общепринятой методике [4] и через трое суток подсчитывали количество ко-лонеобразующих единиц четырех физиологиче-

ОЦЕНКА НАКОПИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ МИКРОБИОЦЕНОЗА ОБРАСТАНИЯ

321

ских групп коррозионноактивных бактерий: сапрофитных (С), железобактерий (ЖБ), гнилостных (Гн) и сульфатредуцирующих (СРБ) анаэробов.

Аналогично анализировали 120 суточную биопленку, отбирая ее с трех участков поверхности стальных образцов:

I - свободной от макрообрастания;

II - под балянусами без коррозии;

III - то же, с коррозией образца.

После съема стальных образцов с натурных испытаний исследовали видовой состав обраста-телей, их сырую биомассу, интенсивность и характер разрушений поверхности образцов. Скорость коррозии определяли по потере массы образца и рассчитывали по формуле:

K = (P - P2)/ST,

где K - скорость коррозии, г м-2 ч-1; P1 - начальная масса образца, г; P2 - масса образца после испытаний, г; S - площадь образца, м-2; T - продолжительность испытаний, ч.

Дважды в месяц, в зонах экспозиции пластин, отбирали пробы морской воды с постоянным контролем ее температуры и определяли концентрацию растворенного (in situ) и биохимически поглощаемого кислорода (БПК5), рН [5], количество С, нефтеокисляющих бактерий и СРБ [4].

Степень загрязнения тяжелыми металлами морской среды оценивали по их содержанию в пионерном сообществе обрастания, сформированном на поверхности матированного стекла в течение 14 сут [6]. Обрастание снимали, определяли сырую и, после подсушивания при 60°С до постоянного веса, сухую массу. Сухую биопленку минерализовали концентрированной HN03 и методом атомной абсорбции определяли содержание тяжелых металлов: Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, а также AI.

Для микробиологических исследований использовали стекло обрастания, съем которого с испытаний производили одновременно со съемом матированного стекла. Биопленку на поверхности стекла флобировали, пронося ее через пламя спиртовки 2-3 раза, окрашивали 5% карболовым эритрозином по методике [7] в течение суток, отмывали проточной водой, сушили на воздухе при комнатной температуре и учитывали число микроорганизмов на разных участках стекла в 50 полях зрения с помощью металлографического микроскопа ЕС МЕТАМ РВ-2, соединенного с цифровой камерой и атомно-силового микроскопа (NT-MDT (г. Зеленоград)) при разных увеличениях. Получали в пересчете на 1 см2 данные о средней плотности заселения поверхности стекла бактериальными клетками. Затем рассчитывали общую численность перифитонных микроорганизмов пионерного сообщества микрообрастания на всю площадь матированного стекла.

Для перехода от численности бактерий к их биомассе рассчитывали вес одной бактерии, руководствуясь данными авторов [4], по которым, если при-

Таблица 1. Средние значения гидрохимических и микробиологических показателей воды исследуемых акваторий за период испытаний (05-08 2003 г.)

Показатели воды, группы бактерий Единицы измерений Бухта Рында Бухта Золотой Рог

Концентрация 02 мг/л 8.58 7.87

БПК5 мг/л 1.94 3.17

Величина рН ед. 8.13 7.72

Сапрофиты тыс. кл/мл 3.61 18.75

СРБ » 0.3 1.2

Нефтеокисляющие » 0.72 2.88

нять среднюю величину бактерий 0.5 х 1ц, то при 1 млн бактерий в 1 мл их сырой вес в 1 л будет равняться 0.8 мг, или сухой вес 0.16 мг.

Биомассу диатомовых водорослей определяли суммированием биомасс отдельных популяций, которые вычисляли [12], исходя из среднего объема клеток каждого вида и его численности, найденной с помощью атомно-силового микроскопи-рования при различных увеличениях в 50 полях зрения.

Сухую массу бактерий и диатомовых водорослей определяли, исходя из положения, что она составляет в среднем 20% от их сырого веса [4, 12].

В расчетах учитывали, что в сухой биопленке содержится в среднем 60% золы и 40% органики [13], а органическое вещество диатомовых в среднем составляет 65% от сухого остатка [12].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные данные по микробиологическим и гидрохимическим показателям воды (табл. 1) и среднему содержанию тяжелых металлов в обрастании (табл. 2) отражают ситуацию по загрязненности исследуемых районов. Так, в воде контрольной бухты отмечена высокая концентрация растворенного кислорода, повышенное рН и низкое значение БПК5. Загрязненность бух. Золотой Рог подтверждается меньшим содержанием растворенного кислорода в ее водах и высокой численностью бактерий, в 4-5 раз превышающей таковую в контрольной бухте.

Если рассмотренные показатели отражают комплексное состояние хронического загрязнения целых акваторий, то минеральный состав микрооброста стеклянных пластин является показателем локального состояния исследуемой морской зоны, что совершенно необходимо при эксплуатации гидроконструкций в прибрежных и шельфовых водах.

Так, средние значения концентраций Си, Zn и РЬ в обрастании пластин в бух. Золотой Рог повышены (2003 г.) относительно их содержания в контрольной бухте. Но Fe и Мп здесь в 2-3 раза

322

СУПОНИНА и др.

Таблица 2. Среднее содержание тяжелых металлов и алюминия в микрообрастании (05-08. 2003 г.), мкг/г сухого вещества

Районы Бе Мп Си гп РЬ са N1 А1 Ряды убывающих концентраций

Бухта Рында Бухта Золотой Рог 12527 7700 836 263 Мин 55 62 ерализ 326 484 щия пр 46 66 об в кс <0.05 <0.05 шцентр 18 15 >ирова1 8428 3942 ной азотной кислоте Fe > Мп > Zn > Си > РЬ > № > Cd Fe > Zn > Мп > РЬ > Си > РЬ > № > Cd

меньше, чем в бух. Рында. И это объясняется прежде всего тем, что в сезоне 2003 года стеклянные пластины и металлические образцы экспонировали в бух. Рында с железного буя на небольшом удалении от поверхности илистого, покрытого гниющими растительными и животными остатками, дна. Изменение атмосферных условий в виде осадков и ветра, поступление осадочного материала с суши в акваторию, неизбежно приводит к перемешиванию водных масс с минеральными компонентами донных отложений, часто которыми являются глинистые материалы, относящиеся к сорбентам с высокой емкостью поглощения [8]. В свою очередь, наличие в обрастании сильно адсорбирующихся минеральных осадков, обогащенных микроэлементами, неизбежно изменит в сторону количественного возрастания минеральный состав анализируемых проб, что мы и отмечали, когда количество А1 в микрообрастании бух. Рында превысило таковое в бух. Золотой Рог.

Известно [13], что все поверхности в природных водных средах покрыты слоем органического вещества, преимущественно полисахаридами микробиологического происхождения, а также

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком