ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2013, том 40, № 2, с. 206-215
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.11:574:574.522:591.044:594.3
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМОАКТИВИРОВАННЫХ ТИПОВ ВОД (БИОТЕСТИРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ МОЛЛЮСКОВ)
© 2013 г. О. В. Зайцева*, К. Л. Данилов**, К. К. Калниньш***, Н. Л. Лаврик****, Г. А. Фокин*****
*Зоологический институт РАН 199034 Санкт-Петербург, Университетская наб., 1 E-mail: ovzaitseva@inbox.ru **Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
191002 Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9 ***Институт высокомолекулярных соединений РАН 199004 Санкт-Петербург, В.О., Большой пр., 31 ****Институт химической кинетики и горения СО РАН 630090 Новосибирск, ул. Институтская, 3 *****ООО "Газпром трансгаз Санкт-Петербург" 196128Санкт-Петербург, ул. Варшавская, 3 Поступила в редакцию 14.01.2011 г.
С помощью физико-химических методов и методов биотестирования проведено комплексное исследование свойств двух типов активированных вод: "термоактивированной" — термальной воды, называемой в народной медицине "белый ключ" или "холодный кипяток"; и "талой" воды быстрой заморозки. В качестве тест-объектов для биотестирования использовали моллюсков ампуллярий Pomacea canaliculata из лабораторной культуры, применяемой для проведения запатентованных и широко апробированных методов биотестирования качества пресных вод. Определяли в водах содержание кислорода, пероксида водорода и значение рН. Интегральную биологическую активность воды оценивали по методике, основанной на измерении с помощью спектров поглощения скорости окислительно-восстановительного превращения в системе хинон—гидрохинон. Аналогичные исследования проведены с тремя типами контрольных вод: исходной отстоянной водопроводной водой; той же водой, охлажденной до точки замерзания; водой, искусственно обогащенной перокси-дом водорода. Показано, что по сравнению с исходной водопроводной водой активированные путем термовоздействия воды обладают повышенной биологической активностью.
Ключевые слова: биологически активные воды, биотестирование, поведение, моллюски
Б01: 10.7868/80321059613010112
Решение проблемы обеспечения населения планеты питьевой водой, гарантирующей выживание, здоровье и развитие наций, признано одной из приоритетных научно-технологических задач современности [6]. В соответствии с доминирующими на сегодня взглядами критерии потребительской ценности воды, в том числе питьевого предназначения, базируются на нормировании содержания минеральных и органических соединений, а также исходной зараженности бактериальными культурами [2]. Эти принципы положены в основу технологических приемов кондиционирования качества питьевых вод массово-
го потребления (доочистка, минерализация, обеззараживание) [38]. В то же время сформировались и активно развиваются воззрения, согласно которым специальные виды обработки воды: электролиз [34, 35, 45], омагничивание [23, 41, 43], сонолиз [1], изотопные смещения [32], механическая дезинтеграция [42], различные виды термического воздействия (нагрев—охлаждение, перекристаллизация) [7, 19, 31, 37] — вызывают в ней изменения, интегральным итогом которых является рост проявлений ее биологической активности. Часть перечисленных технологических приемов активации практически копирует есте-
ственные природные процессы. Речь идет о термовоздействиях: циклическом нагреве-охлаждении водной среды, а также кристаллизации-плавлении ее твердой фазы. В этом смысле природным прототипом первых можно рассматривать термальные, а вторых — талые воды. Издревле эти типы вод использовались и в народной медицине [28]. Однако комплексное строго научное исследование свойств этих вод до сих пор не проводилось. Следует заметить, что даже имеющиеся в настоящее время результаты оценки воздействия вод термоактивированных типов на метаболизм живых организмов выглядят весьма противоречиво. Наряду с данными, безусловно подтверждающими биологическую активность этих вод [19, 37], констатируется и ее полное отсутствие [24]. Неудовлетворительная воспроизводимость результатов, связанная в значительной степени с нестрогой постановкой экспериментов и, в ряде случаев, с неправильным приготовлением проб исследуемых типов вод, - основной аргумент оппонентов, ставящих под сомнение само наличие какого-либо особого эффекта воздействия термоактивированных вод на живые организмы [4].
Тем не менее, в последние годы получены убедительные данные, дающие основание полагать, что в понимании сущности физико-химической картины явления, определяющего в конечном счете потенциальное воздействие подобных типов вод на биологические объекты, наметился существенный прогресс. Показано изменение кислотно-основных свойств, окислительно-восстановительного потенциала [10, 19], каталитической активности [22] в воде, подвергнутой термическому воздействию, а также появление в ней микродоз таких соединений, как пероксид водорода [11] и окись азота [44], широко распространенных у беспозвоночных и позвоночных животных наравне с нейротрансмиттерами и гормонами, регуля-торными веществами [5]. Выявлены закономерности, определяющие влияние технологических параметров соответствующих процессов активации воды на количественные изменения перечисленных показателей, включая временной фактор сохранения этой водой приобретенных свойств [8, 21]. На основе этого разработаны методики приготовления исследуемых типов вод и установлены сроки для их использования (интервал времени, в котором сохраняются приобретенные ими физико-химические свойства).
Практическое применение термоактивации для улучшения потребительских качеств питьевых вод невозможно без строгого комплексного параллельного исследования их физико-химиче-
ских параметров и биологических свойств. Эти исследования должны базироваться на уже разработанных методиках приготовления термоакти-вированнных вод и проводиться в сроки, при которых выявленные ранее свойства этих вод сохраняются [8, 21].
В связи с вышесказанным цель настоящей работы — комплексное исследование физико-химических и биологических свойств нескольких типов термоактивированных вод. С целью сведения к минимуму случайной и систематической погрешностей экспериментов авторы базировались на знании современных представлений о технологии производства термоактивированных вод и обращения с ними, а также применяли экспресс-методы тестирования, исключая или сводя к минимуму временной фактор потенциального искажения фиксируемого результата вследствие изменения с течением времени свойств первоначально активированной водной среды. Сформулированные принципы были положены в основу методики проведения серии экспериментов с привлечением в качестве тест-объектов брюхоногих моллюсков Pomacea canaliculata из лабораторной культуры, применяемой для проведения запатентованных и широко апробированных методов биотестирования качества пресных вод [12, 17, 25—27].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Методика приготовления водных проб для исследования
Для комплексного исследования свойств термоактивированных вод использовали предварительно выдержанную в течение суток воду из коммунально-бытовых систем фиксированного источника питьевого водоснабжения (Санкт-Петербург), отвечающую требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 [39]. Пробы воды отбирали в течение двух осенне-зимних месяцев. Всего было проведено 4 одинаковых серии экспериментов. Было исследовано 5 типов вод. В качестве контрольной воды применяли отстоянную в течение суток исходную водопроводную воду. Эксперименты осуществлялись с использованием "термоактивированной" (термальной), "талой" (быстрой заморозки), а также для сравнения — предварительно "охлажденной" воды, доведенной до равновесия льдом и обогащенной пероксидом водорода. Воды всех типов готовили из контрольной воды и перед исследованием доводили до температуры 24 ± 1°С. С целью проверки качества используемой для экспериментов исходной водопроводной воды в ней предварительно определяли содержание гидрокарбонатов, нитратов, нитритов, ионов кальция,
магния, железа, кальция, а также растворенного кислорода.
Образцы талой воды получали растоплением льда, формировавшегося при частичном (30—50%) замораживании литрового объема воды в сосуде из нержавеющей стали, помещенного в термостат программного замораживателя биоматериалов ЗПБ 00.00.00 ПС с поддержанием фиксированной температуры среды в холодильной камере —100°С с погрешностью не более чем ±0.5°С.
В экспериментах использовался также остаток незамерзшей воды из сосуда, которая не претерпела фазового перехода ("охлажденная" вода).
Как показали предварительные исследования при выбранном режиме замораживания, химический и изотопный состав таких вод остается практически идентичным исходной водопроводной воде [9, 30]. Это чрезвычайно важно, так как позволяет существенно сократить перечень физико-химических факторов потенциального воздействия, подлежащих рассмотрению при проведении сравнительного анализа биологической активности термоактивированных и контрольных вод.
"Термоактивированную" (термальную) воду готовили путем последовательного нагревания одного литра водопроводной воды до температуры 95 ± 0.5°С и охлаждения до 24 ± 1°С [19]. Подобный характер обработки также не сопровождается заметным изменением химического и изотопного состава обрабатываемой среды. Поскольку считается, что "термоактивированная" (термальная) вода сохраняет свои активные свойства в открытом сосуде не более нескольких часов, то ее подвергали исследованию во всех сериях экспериментов в течение первых трех часов после приготовления.
Для получения воды, обогащенной пероксидом водорода, в исходную отстоянную контрольную водопроводную воду непосредственно перед опытом микродозатором (ВюсИИ — 250 тк) вводили 1 молярный раствор Н2О2 из расчета 39—45 мкг/л.
Методики исследования физико-химических свойств термоактивированных вод
С использованием стандартных методик определяли показатели качества исходной водопроводной воды: кальций, магний (ГОСТ 23268.5-91, ГОСТ 23268.5-78), железо Fe+2, Fe+3 (ГОСТ 4011-7
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.