научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛЕЧЕБНОЙ ГРЯЗИ Биология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛЕЧЕБНОЙ ГРЯЗИ»

УДК 574.24 + 579

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛЕЧЕБНОЙ ГРЯЗИ

С. В. Мурадов, заведующий лабораторией, Л. А. Мудранова, инженер, А. И. Хоменко, младший научный сотрудник, С. В. Рогатых, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, Петропавловск-Камчатский, biolab@kscnet.ru

В работе приведены экспериментальные данные по аэробной и анаэробной экологической активации лечебной грязи Паратунского курорта Камчатского края. Показано влияние различных доз токсичных металлов, привнесенных с термальной водой, путем ее разведения в различных сериях экспериментов. Дозы токсичных металлов, привносимых с термальной водой Паратунского геотермального месторождения, достаточны для оказания влияния на жизнедеятельность автохтонных микроорганизмов и ингибирование их активности. Интенсивные окислительные процессы, которые могут быть связаны с меньшей степенью выделения в рабочий раствор сероводорода, указывают на высокую вероятность угнетения популяции микроорганизмов токсичными металлами. Подтвержденный факт наличия в термальной воде достаточных доз токсичных металлов для угнетения жизнедеятельности автохтонного микробного сообщества определяет пониженную очистительную способность пелоида.

The paper presents experimental data on the aerobic and anaerobic activation of ecological therapeutic mud of the Paratunka Balneological Resort of the Kamchatka Region. It shows the effect of different doses of toxic metals, introduced by thermal water, by means of various dilutions in different series of experiments. The doses of toxic metals introduced by the thermal water of the geothermal field «Paratunka» are sufficient to influence the livelihoods of indigenous microorganisms and the inhibition of their activity. The intensity of oxi-dative processes that may be associated with a lesser degree of separation of hydrogen sulphide in the working solution, indicates a high probability of microbial populations inhibition by toxic metals. The detected fact of presence of sufficient doses of toxic metals in the thermal water for the oppression of vital activity of the autochthonous microbial community determines reduced purifying capacity of peloids.

Ключевые слова: пелоид, лечебная грязь, токсичные металлы, термальная вода, экологическая активация.

Keywords: peloids, therapeutic mud, toxic metal, thermal water, ecological activation.

Тяжелые металлы представляют собой особую группу металлов со значительным биологическим действием. Обладают способностью накапливаться в организме, в связи с чем, достигнув определенной концентрации, могут негативно влиять на биологические процессы. Тяжелые металлы также определяются как токсичные металлы (РЬ, А1, Ее, Мп, Мо, Си, Т1, Ag и др.) [1].

Термальная вода — это вода из подземных источников, богатая различными природными минералами и микроэлементами [2]. С учетом того факта, что до 40 % от питающих вод месторождения лечебной грязи озера Утиное составляют термальные воды, в том числе и в виде стоков с санаторно-курортных учреждений, можно утверждать, что накопление концентраций токсичных элементов (Ы, Е, В, Ав, Мп) в грязевом месторождении не превышает ПДК, но они потенциально губительны для автохтонной микрофлоры и наблюдаются в исследованиях донных отложений в 2012 г. [3].

Основанием для настоящей работы послужили негативные оценки экологического состояния лечебной грязи озера Утиное [6]. Лечебная грязь — это особое тонко структурированное образование, состоящее из грязевого раствора, коллоидного комплекса и минерального остова. Эта структура включает специфическое сообщество микроорганизмов донных иловых отложений, а также вырабатываемые в процессе их жизнедеятельности биологически-активные вещества различного физиологического действия [3—5]. Целью данной работы является доказательство наличия угнетающего воздействия на автохтонные микроорганизмы пелоида токсичных металлов, содержащихся в термальных водах Паратунского гидротермального месторождения, участвующих в питании озера Утиное — месторождения лечебной грязи.

Под экологической активацией нами понимается стимулирование жизнедеятельности автохтонного сообщества микроорганизмов лечебной грязи для усиления процессов регенерации и самоочищения, экстрагирования веществ, обеспечивающих эффективный грязелечебный процесс, путем разведения водой, прогрева, перемешивания, аэробного или анаэробного инкубирования.

Для осуществления поставленной цели были решены следующие задачи: 1) охарактеризовать характер процессов экологической активации в аэробных и анаэробных

условиях инкубирования отобранной натив-ной лечебной грязи; 2) оценить влияние термальной воды различного разведения на ход процесса экологической активации.

Нативная лечебная грязь озера Утиное (отобрана 11.10.2013 г. для проведения экспериментов) характеризуется следующими показателями: минерализация 1,0—1,5 г/л, > 0,5 мг/л сульфидов, > 90 %-ная зольность, рН 7,0—9,0, ЕЬ —500—0, влажность 45—75 % [6]. Для обеспечения проведения экспериментов была создана реакторная установка, в которой осуществлялась экологическая активация лечебной грязи. Во всех экспериментах поддерживалось перемешивание лечебной грязи при 27 °С.

Количество клеток в 1 мл рабочего раствора рассчитывалось на основе количества клеток в поле зрения микроскопа с фазово-контрастной насадкой по формуле:

N = а - 1,22 • 107,

где N — число клеток в 1 мл, а — среднее число клеток в поле зрения.

Коэффициент 1,22 • 10' рассчитан с учетом объема анализируемой пробы 2 мкл, площади покровного стекла 324 мм2 и площади поля зрения 0,0132 мм2. Микроскопирование осуществлялось с помощью микроскопа МИКОМЕД 3 с фазово-контрастной насадкой. Измерение реакции среды (рН) производилось с помощью рН-метра «АНИОН 7000», измерение окислительно-восстановительного потенциала (ЕЬ) проводили измерителем ОВП и температуры «Н1 98120».

Параллельно проводились активация в аэробных условиях, достигнутых путем аэрации рабочего раствора, и в анаэробных условиях, создаваемых путем изоляции рабочего раствора от атмосферного кислорода слоем вазелино-

Соотношение объемов термальной и дистиллированной воды, используемой для разжижения пелоида (в мл/в %)

Наименование пробы Содержание термальной воды Содержание дистиллированной воды

1 — 50/100

2 8,3/16,6 41,7/83,4

3 16,6/33,2 33,4/66,8

4 25/50 25/50

5 33,3/66,6 16,7/33,4

6 41,6/83,2 8,4/16,8

7 50/100 —

С(стрессовая) 100/200 —

107 кл/мл 440 420 400 380 360 340 320 300 Сутки 1

Количество клеток -рН

рН

5,8

5 9 13 17 20

24

Рис. 1. Динамика изменения количества бактериальных клеток и коэффициента рН грязевого раствора в условиях аэробной активации

вого масла. Объем рабочего раствора в реакторах составлял 3000 мл.

Исследования влияния разведений термальной воды проводилось в 9-ти конических колбах объемом 250 мл. В каждую колбу закладывалось по 150 мл пелоидного материала и добавлялся объем разведенной термальной воды Нижнепаратунского источника в соотношении, указанном в таблице (сумма объемов термальной и дистиллированной вод для проб 1—7, составляющая 50 мл, принята за 100 %). В качестве контроля использовалась проба, содержащая 50 мл поверхностной воды из грязевого месторождения.

В реакторную установку было заложено 2300 мл пелоида и 700 мл раствора дистиллированной и термальной воды в соотношении 1 : 1, в нем обеспечивалась аэрация пелоида, проводилась его активация по параметрам, учитывающим изменение количества микробных клеток, рН, ЕЬ.

Аэробная активация показала уменьшение рН с 5,21 до 2.98, что указывает на преобладание в рабочей среде реактора окислительных процессов. Соответственно, ЕЬ повышается с -176 до +270 тУ, что связано с выделением микроорганизмами сероводорода. Популяция клеток достигает фазы стационарного роста на 9-е сутки, а после 17-х суток наступает фаза отмирания культуры (рис. 1).

При анаэробном активировании значение коэффициента рН сначала падает с 5,8 до 4,31 и с 12-х суток поднимается до 7,12. При этом ЕЬ непрерывно растет с -84 до +96 тУ. На рис. 2 показан пик активности микроорганизмов на первых днях эксперимента, а после 8-ого дня оба показателя имеют восходящие кривые изменения своих значений. Если сравнивать ход протекания процессов аэробной и анаэробной активаций, то видно, что показатель рН в случае аэробной активации (см. рис. 1) непре-

рывно снижается (за исключением отрезка времени с 17-х по 20-е сутки). В это же время динамика изменения рН анаэробной активации (рис. 2) с начала эксперимента идет по нисходящей, затем, с 12-х суток, она принимает восходящий характер, восстанавливаясь до нейтральной среды.

Динамика численности клеток различается в процессах аэробной и анаэробной активации. В случае аэробной активации (см. рис. 1) хорошо видны фазы логарифмического, стационарного роста и отмирания колонии при анаэробной активации (см. рис. 2). В первые несколько суток эксперимента наблюдается возрастание численности микробов, за которой без переходной стадии следует продолжительный период снижения численности (с 3-х по 12-е сутки). После 12-х суток возобновляется медленный и непрерывный рост численности клеток.

На рис. 3 представлена динамика изменения рН начиная от 10-х суток от начала эксперимента при активации пелоида разведениями термальной водой. Из 9-ти проб для отображения выбраны те, которые наиболее полно отражают полученные результаты. Особо выделяется стрессовая проба, которая до 18-х суток имеет не только наибольшие значения рН, но и в течение первых двух суток хода эксперимента восходящую кривую коэффициента рН, что стоит в противовес всем остальным пробам. Это указывает на менее интенсивные окислительные процессы, которые могут быть связаны с меньшей степенью выделения в рабочий раствор сероводорода, что, в свою очередь, на фоне остальных проб, указывает на высокую вероятность угнетения популяции микроорганизмов достаточно высокой дозой токсичных металлов, привнесенной с термальной водой.

При активации раз

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