Отчет о научно-исследовательской работе по теме №00. 101 п. 8, шифр "Кремень"
| Вид материала | Отчет |
- Отчет о научно-исследовательской работе профессорско-преподавательского состава, 617.56kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе, 4231.21kb.
- Отчет онаучно-исследовательской работе по теме: «Моделирование деятельности органов, 2423.22kb.
- Реферат отчет о научно-исследовательской работе состоит, 61.67kb.
- Отчёт о научно-исследовательской работе за 2009 год, 851.3kb.
- Отчёт о научно-исследовательской работе за 2011 год, 1208.93kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе по теме, 60.42kb.
- Отчёт онаучно-исследовательской работе гу нии но ур за 2010 год, 997.69kb.
- Отчёт о научно-исследовательской работе по теме, 1297.9kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка комплекса мер по формированию, 2952.71kb.
Примечания: 1. Проба 1 - водопроводная вода из Московского района г. Cанкт-Петербург;
2. Проба 2 - вода из скважины на территории п. Токсово (Всеволожский район Ленинградской обл.);
3. Проба 3 - вода из скважины на территории п.Красницы (Гатчинский район Ленинградской обл.);
4. Фильтр-ЦК - фильтр, выпускаемый ЗАО "Царевин ключ";
5. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
6. ПДК железа в питевой воде - 0,3 мг/л;
7.*курсив - различие с контролем достоверно.
Все изученные пробы воды имели повышенное содержание железа. При ПДК для питьевой воды не более 0,3 мг/л, водопроводная вода из разводящей сети Московского района имела концентрацию ионов железа 0,5 ± 0,1 мг/л. Пробы воды из скважин, снабжающих питьевой водой п.Токсово и п. Красницы содержали железо в 15 и 134 раза выше нормы, соответственно.
После пропускания через фильтры с ПМС концентрация ионов железа во всех пробах воды снизилась до допустимых величин. При этом эффективность очистки воды от железа с применением ПМС не уступала эффективности АУ при всех изученных концентрациях. При исходной концентрации 4,6 мг/л содержание ионов железа снижалось одинаково эффективно при использовании шунгита, фильтра "Царевин ключ" и АУ. А при начальной концентрации железа 40,2 мг/л максимального снижения удалось достичь с использованием фильтра с шунгитом: конечная концентрация при этом составила - 0,14 мг/л ионов железа, тогда как для всех остальных вариантов, включая АУ - 0. 25÷0,30 мг/л (различие статистически достоверно).
Можно заключить, что использование фильтров с ПМС позволяет очистить воду от избыточного содержания ионов железа в изученном интервале концентраций от 0,5 до 40 мг/л. При самой высокой концентрации железа фильтр с шунгитом превосходил по эффективности АУ, кремень, глауконитовый известняк и фильтр "Царевин ключ" в 2 раза.
Была изучена эффективность применения фильтров с ПМС для очистки воды от ионов тяжелых металлов, являющихся одними из приоритетных загрязнителей гидросферы /25÷27, 122/. В качестве модельного токсиканта использовали ионы двухвалентной меди.
В таблице 6 представлены результаты изучения эффективности применения фильтров с ПМС для очистки модельной водопроводной воды от ионов двухвалентной меди.
Таблица 6.
Содержание ионов меди (Х±х) в модельной водопроводной воде до и после пропускания через фильтры (n = З)
| Содержание ионов меди в воде, мг/л | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| 0,58 ± 0,02 4,60 ± 0,1 9,95 ± 0,5 | 0,20 ± 0,01 0.50 ± 0,01 0,50 ± 0,1 | 0* 0.1 ± 0.01* 0.1 ± 0,02* | 0,04 ± 0,002* 0,16 ± 0,01* 0,05 ± 0,001* | 0* •0.1 ± 0.01* 0* | 0,20 ± 0,03 0,62 ± 0,02 0,30 ± 0,02 |
Примечания: 1.Жесткость водопроводной воды - 0,8÷0,9 мг-экв/л цветность - 10°;
2. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
3. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
4. ПДК ионов меди - 1,0 мг/л;
5. * курсив - различие с контролем достоверно.
Как следует из данных, представленных в таблице 6, при обработке на фильтрах с ПМС водопроводной воды, содержащей от 0,58 до 9,95 мг/л ионов меди, происходит значительное снижение ее концентрации. Так, при исходном содержании меди 9,95 мг/л конечная концентрация снизилась для шунгита в 19,5 раз, для кремня в 99,5 раз, для глауконита в 195 раз, а при использовании комплекса ПМС (фильтр "Царевин ключ") ионы меди в обработанной воде отсутствовали. При этом применение АУ привело к снижению концентрации меди в данном случае в 33,2 раза.
Следует отметить, что при всех использованных концентрациях меди, наблюдали статистически достоверное различие в эффективности действия ПМС. Во всех трех вариантах более эффективными сорбентами оказались кремень, глауконитовый известняк, а также комплекс ПМС в фильтре "Царевин ключ". Эффективность шунгита в данном случае уступала двум вышеназванным сорбентам.
В таблице 7 представлены результаты изучения эффективности применения фильтров с ПМС для удаления ионов двухвалентной меди из воды, характеризующейся повышенной жесткостью (7,2 мг-экв/л).
Таблица 7.
Содержание ионов меди (Х±х) в модельной воде с жесткостью 7,2 мг-экв/л до и после пропускания через фильтры (n = 3)
| Содержание ионов меди в воде, мг/л | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| 0,49 ± 0,02 1,22 ± 0,1 9.95 ± 0,5 | 0,08 ± 0,01* 0,21 ± 0,02 0,65 ± 0,03 | 0,04 ± 0,01* 0,11 ± 0,02* 0,15 ± 0,05* | 0,07 ± 0,002* 0,13 ± 0,01* 0,10 ± 0,02* | 0,06 ± 0.005* 0,10 ± 0,005* 0,10 ± 0,01* | 0,20 ± 0,01 0, З0 ± 0,05 1,10 ± 0,20 |
Примечания: 1.Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
2. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
3. ПДК ионов меди - 1,0 мг/л;
4. * курсив - различие с контролем достоверно.
Как следует из представленных данных, ПМС являются эффективными агентами и для удаления ионов меди из воды повышенной жесткости, поскольку во всем использованном диапазоне концентраций меди (вплоть до 10 ПДК) удалось достичь снижения ее содержания до нормативов СанПиН. Следует отметить, что при концентрации 0,49 мг/л меди эффективность всех опытных вариантов была достоверно выше, чем АУ. С повышением концентрации достоверные различия в эффективности с АУ сохранились только для кремня и глауконитового известняка. Шунгит уступал по эффективности этим сорбентам и фильтру "Царевин ключ". При самой высокой из испытанных концентраций меди (9,95 мг/л) обработка АУ привела к снижению концентрации меди только до 1,10 ± 0,20 мг/л, что превышает ПДК (1,0 мг/л). Этот результат для АУ в 3,6 раза ниже, чем полученный на этом же сорбенте в водопроводной воде с жесткостью 0,8 ÷ 0,9мг-экв/л.
Можно заключить, что повышенное содержание солей жесткости в воде снижает эффективность применения АУ. ПМС сохраняют свою эффективность в указанных рамках концентраций, при этом шунгит уступает кремню и глауконитовому известняку в 4 ÷ 6,5 раз.
В таблице 8 представлены результаты изучения эффективности применения ПМС для удаления ионов меди из модельной воды с повышенной цветностью, обусловленной наличием гумусовых веществ. Повышенная цветность характерна для поверхностных вод суши и почвенных вод, которые часто являются источниками питьевого водоснабжения.
Как показывают данные таблицы 8 при всех использованных концентрациях меди применение ПМС привело к снижению исходной концентрации в 16 (с 0,48 мг/л до 0,03 мг/л для глауконита и фильтра - "Царевин ключ") - 100 раз (с 10,0 мг/л до 0,10 мг/л для тех же сорбентов).
Применение шунгита при низких концентрациях привело к полному удалению ионов меди из воды (0 мг/л). При более высоких концентрациях меди в исходной воде шунгит снижал содержание меди до нормативов СанПиН, но при этом его эффективность в 3 ÷ 6 раз уступала глаукониту и кремню, а также фильтру "Царевин ключ". Следует отметить, что при высокой начальной концентрации ионов меди (10 мг/л) в высокоцветной воде, содержащей гуминовые вещества, оказалось неэффективным использованием фильтра с АУ. Снижение концентрации меди в данном варианте опыта произошло только в 3 раза (до 3,10 мг/л) и осталось превышающем ПДК.
Таблица 8.
Содержание ионов меди (Х±х) в модельной воде с повышенной цветностью до и после пропускания через фильтры (n = 3)
| Содержание ионов меди в воде, мг/л | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| 0,48 ± 0,02 5,40 ± 0,2 10,0 ± 0,5 | 0* 0,34 ± 0,02 0,65 ± 0,03* | 0,10 ± 0,01* 0,11 ± 0,02* 0,15 ± 0,05* | 0,03 ± 0,001* 0,15 ± 0.01* 0,10 ± 0,02* | 0,03 ± 0,002* 0,12 ± 0,01* 0,10 ± 0.01* | 0,20 ± 0,01 0,З0 ± 0,05 3,10 ± 0,10 |
Примечания: 1. Цветность модельной воды - 178о, перманганатная окисляемость - 9,8 мг/л О2;
2. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
3. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
4. ПДК ионов меди - 1,0 мг/л;
5. * курсив - различие с контролем достоверно.
Эффективность ПМС при всех концентрациях достоверно превышала эффективность АУ, за исключением концентрации 5,40 мг/л, когда эффективность шунгита и АУ достоверно не различались.
Таким образом, все изученные ПМС (шунгит, кремень и глауконитовый известняк) эффективно удаляли из воды тяжелые металлы (ионы двухвалентной меди) в концентрациях от 0,48 до 10 мг/л. При этом ПМС проявляли свою активность как в мягкой водопроводной воде с цветностью, удовлетворяющей нормативам СанПиН, так и в жесткой воде и высокоцветной воде, содержащей гуминовые вещества, в отличие от АУ, который оказался неэффективным в высокоцветной воде.
3.2.2. Органические токсиканты
Органическое загрязнение воды является следствием усиления антропогенного пресса на гидросферу. Известно, что показателем наличия в воде легко окисляемых органических веществ является величина перманганатной окисляемости воды /32, 33/. В пресных водах величина перманганатной окисляемости, выраженная в мг О2/л, практически соответствует уровню органического углерода. Крайние величины этого отношения составляют 0,65 ÷ 1,1 /37/. В таблице 9 представлены результаты изучения эффективности применения ПМС для снижения содержания в воде органических веществ.
Таблица 9.
Перманганатная окисляемость воды (Х±х) до и после пропускания
через фильтры (n = 3)
| Окисляемость воды, мг О2 /л | ||||||
| N про бы | Исходная | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | ||
| 1 2 3 | 6,8 ± 0,5 11.6 ± 0.8 15,6 ± 1.2 | 0,96 ± 0,03 1.15 ± 0,10 2,10 ± 0,15 | 3,10 ± 0,25* 3,80 ± 0,28* 4,65 ± 0,35* | 3,15 ± 0,20* 3,75 ± 0,30* 4,00 ± 0,30* | 2,10 ± 0,10 2,25 ± 0,20 2,75 ± 0,25 | 1,25 ± 0,10 1,75 ± 0,09 2,15 ± 0,10 |
Примечания: 1. Проба 1 - водопроводная вода из Московского района г. Санкт-Петербург;
2. Проба 2 - вода из городского пруда (Кировский район г.Санкт-Петербург);
3. Проба 3 - вода из мелиоративного канала (Петродворцовый район г.Санкт-Петербург);
4. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
5. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
6. Норматив окисляемости воды по СанПиН 2.1.4.1074-01 для питьевой воды - не более 5,0 мг О2 /л;
7. * курсив - различие с контролем достоверно.
Применение фильтров с ПМС при всех испытанных величинах перманганатной окисляемости (от 6,8 в водопроводной воде до 15,6 в воде из мелиоративного канала) способствовало значительному снижению данного показателя обработанной воды. Во всех вариантах вода после фильтрации через колонки с шунгитом, кремнем и глауконитовым известняком, а также через фильтр "Царевин ключ", содержащий все три варианта ПМС, соответствовала требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 по показателю перманганатной окисляемости (менее 5,0 мг О2 /л).
Эффективность шунгита в отношении снижения окисляемости воды оказалась на одном уровне с АУ. Кремень и глауконитовый известняк значительно (в 2,5 раза) и достоверно уступали в эффективности АУ при разных исходных значениях окисляемости.
Одними из наиболее типичных и распространенных загрязнителей акваторий являются соединения фенольной природы. Их присутствие определяется как техногенными факторами, так и природными веществами гуминовой природы /30, 32, 122/.
В таблице 10 представлены результаты изучения эффективности применения ПМС для удаления из модельной водопроводной воды загрязнений фенолом.
Таблица 10.
Содержание фенола (Х±х) в модельной водопроводной воде до и после пропускания через фильтры (n = 3)
| Содержание фенола в воде, мг/л | |||||
| Исходное | . Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| 34,5 ± 1,5 1,5 ± 0,1 0,05 ± 0,001 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 | 11,1 ± 0,5 0.01 ± 0.001* < 0.001 | 0,08 ± 0,003* 0,002 ± 0,001* < 0,001 | <0,001 <0,001 <0,001 | <0,001 <0,001 <0,001 |
Примечание: 1. Жесткость воды - 0,8 ÷ 0.9 мг-экв/л, цветность - 100;
2. ПДК фенола - 0,001 мг/л;
3. * курсив - различие с контролем достоверно.
При исходной концентрации фенола в модельной водопроводной воде 0, 05 мг/л во всех вариантах опыта (для всех использованных ПМС и АУ) его концентрация после прохождения через фильтр была ниже чувствительности метода определения (<0,001 мг/л) и, соответственно, ниже ПДК.
При более высоких исходных концентрациях (1,5 ÷ 34,5 мг/л) наблюдались различия в эффективности ПМС и АУ. Так, шунгит и фильтр "Царевин ключ", также как и АУ удаляли фенол из воды до концентрации ниже ПДК (значения концентрации фенола достоверно не различались для разных сорбентов).
Использование глауконитового известняка при исходной концентрации фенола 1,5 мг/л снизило содержание загрязнителя до концентрации, близкой к ПДК (0,002±0,001 мг/л). В этой же ситуации использование фильтра с кремнем привело к снижению концентрации фенола до 0,01 мг/л, что составляет 10 ПДК.
При исходной концентрации фенола 34,5 мг/л применение фильтра с кремнем привело к снижению содержания загрязнителя в 3 раза (до 11,1 мг/л), а применение глауконита снизило концентрацию фенола в 431 раз (до 0,08 мг/л).
Из приведенных результатов анализа следует, что все испытанные ПМС успешно справлялись с удалением из водопроводной воды фенола на уровне 0,05 мг/л (что составляет 50 ПДК). Более высокие концентрации фенола (1,5 ÷ 34,5 мг/л), характерные для промышленных сточных вод, удалялись до уровня ПДК для питьевой воды шунгитом, а также с помощью фильтра, содержащего комплекс из всех трех ПМС. При этом эффективность шунгита и фильтра "Царевин ключ" достоверно не уступала эффективности АУ.
В таблице 11 представлены результаты изучения эффективности применения ПМС для удаления фенола из воды повышенной жесткости.
Как и при изучении эффективности удаления фенола из модельной водопроводной воды, так и в данном случае, при исходной концентрации 0,05 мг/л во всех вариантах опыта концентрация фенола после прохождения через фильтры с ПМС была ниже ПДК и их эффективность достоверно не отличалась от АУ.
Таблица 11.
Содержание фенола (Х±х) в модельной воде с жесткостью 7,2 мг-экв/л
до и после пропускания через фильтры (n = 3)
| Содержание фенола в воде, мг/л | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| 34,5 ± 1,5 1,5 ± 0,1 0,05 ± 0,001 | 0,001 < 0.001 < 0.001 | 9,3 ± 0,5* 0,05 ± 0,01* < 0,001 | 3,0 ± 0,2* 0,001 < 0,001 | 0,001 < 0,001 < 0,001 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 |
Примечание: 1. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
2. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
3. ПДК фенола - 0,001 мг/л;
4. * курсив - различие с контролем достоверно.
Различия в эффективности ПМС наблюдались при высоких концентрациях фенола: при концентрации 1,5 мг/л шунгит, глауконитовый известняк и фильтр "Царевин ключ", также как и АУ, удаляли фенол из воды до уровня ниже ПДК. Кремень при данной исходной концентрации снижал уровень фенола в 30 раз (до 0,05 мг/л), что превышает ПДК для питьевой воды в 50 раз (различия с контролем достоверны).
При исходной концентрации фенола 34,5 мг/л применение фильтра с кремнем привело к снижению содержания загрязнителя в 3,7 раза (до 9,3 мг/л), а применение глауконитового известняка снизило концентрацию фенола в 11,5 раза (до 3,0 мг/л) (различия с контролем достоверны). Шунгит, фильтр "Царевин ключ" и АУ удаляли фенол до уровня ниже ПДК.
В таблице 12 представлены результаты изучения эффективности применения ПМС для удаления загрязнений фенольной природы из высокоцветной воды.
Таблица 12.
Содержание фенола (Х±х) в модельной воде с повышенной цветностью
до и после пропускания через фильтры (n = 3)
| Содержание фенола в воде, мг/л | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| 34,5 ± 1,5 1,5 ± 0,1 0,05 ± 0,001 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 | 0,4 ± 0,1* 0,01 ± 0,01* < 0,001 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 | < 0,001 < 0,001 < 0,001 |
Примечания: 1. Цветность модельной воды - 178о;
2. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
3. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
4. ПДК фенола - 0,001 мг/л;
5. * курсив - различие с контролем достоверно.
Из высокоцветной воды фенол при исходной концентрации 0,05 мг/л одинаково эффективно (до величин ниже ПДК) удалялся всеми ПМС. При более высоких концентрациях (1,5-34,5 мг/л) шунгит, глауконитовый известняк, фильтр "Царевин ключ" удаляли фенол ниже значений ПДК, также эффективно, как и АУ. Кремень снижал содержание фенола до 0,01 мг/л при исходном уровне 1,5 мг/л и до 0,4 мг/л - при 34,5 мг/л (различия с контролем достоверны).
Таким образом, в высокоцветной воде эффективность шунгита, глауконитового известняка и АУ была практически одинаковой. Кремень уступал всем использованным ПМС и АУ, но следует отметить, что в воде, богатой гуминовыми веществами, активность кремня в сравнении с другими типами воды (водопроводной и жесткой) была наиболее высокой.
3.3. Влияние природных минеральных сорбентов на микробиологические показатели воды
Вода, предназначенная для питья и бытовых нужд, не должна содержать патогенных агентов, передающихся через воду. Обеспечение безопасного питьевого водоснабжения зависит от использования либо подземных вод высокого качества при наличии хорошего санитарного контроля, либо от правильного выбора и надежной работы водоочистных сооружений, позволяющих снижать содержание патогенных и других загрязняющих агентов до уровней, безопасных для здоровья человека. Процессы, предшествующие заключительному обеззараживанию, должны обеспечить подачу воды высокого микробиологического качества с тем, чтобы этот заключительный этап стал гарантией должного качества воды.
В распределительной сети бактериологические показатели воды могут ухудшаться. Если вода содержит значительные количества усвояемого органического углерода или аммиака, то не поддерживаются соответствующие остаточные уровни остаточного хлора.
Если такие водопроводные магистрали не продуваются и не очищаются достаточно часто, то может происходить рост бактерий и других организмов. К загрязнению воды в распределительных сетях приводят просачивания грунтовых и поверхностных вод и ремонтные работы на водных магистралях. К обратному подсосу загрязненных вод ведет локальное падение давления в сетях.
Кроме того, микробиологическое загрязнение может произойти из-за роста бактерий на строительных материалах, контактирующих с водой (прокладки, покрытия труб, пластмассы, используемые в водопроводных трубах и кранах) /55/.
Поэтому устройства локальной доочистки воды должны эффективно удалять из воды микробное загрязнение.
Анализы на наличие организмов-индикаторов фекального загрязнения остаются наиболее надежным и конкретным способом оценки гигиенического качества воды. Для получения адекватных результатов бактерии-индикаторы фекального загрязнения должны удовлетворять определенным требованиям. Они должны широко присутствовать в фекалиях человека и теплокровных животных, быстро обнаруживаться с помощью простых методов и не развиваться в природной воде. Более того необходимо, чтобы их персистентность в воде и степень их удаления при очистке воды были аналогичными таким же показателям для патогенов водного происхождения /59/.
Хотя ни один из организмов и не удовлетворяет всем требованиям, описанным выше для идеального фекального индикатора, большинству из них отвечает Е.соli, поэтому эта бактерия была выбрана для исследования.
Поскольку споры бактерий значительно более устойчивы к действию обеззараживающих агентов, чем клетки Е.соli, отсутствие в воде последних не является гарантией отсутствия спор. В качестве индикаторов, указывающих на присутствие в воде спор бактерий, были выбраны анаэробный спорообразующий организм С.реrfringens, и аэробная спорообразующая бактерия В.subtilis. Эти бактерии различаются расположением спор в клетке /133/. Так как их споры способны существовать в воде значительно дольше, чем колиформные бактерии, они устойчивы к обеззараживанию и поэтому служат индикаторами давнего загрязнения и дефектов в технике фильтрования на водопроводных станциях /59/.
В таблицах 13 ÷ 15 представлены результаты изучения эффективности ПМС в отношении удаления из воды клеток Е. соli, а также спор В.subtilis и С.реrfringens.
Приведенные в таблицах 13 ÷15 результаты указывают на то, что все изученные ПМС, а также их комплекс в фильтре "Царевин ключ", эффективно удаляют из воды микробное загрязнение при концентрации бактериальной суспензии (1,2 ÷ 3,5)x103 кл/мл, не уступая по своему действию фильтру с АУ.
При повышении концентрации бактериальной суспензии на порядок [до (3,1÷3.2)x1О4 кл/мл] в посевах из фильтрата обнаруживаюся колонии бактерий. При этом численность их снижается по сравнению с исходной в (4÷5)x103 раз - для шунгита, глауконитового известняка, фильтра "Царевин ключ" и АУ. Эффективность снижения микробного загрязнения кремнем достоверно ниже, чем в контроле, и составляет (2 ÷ 2,8) x103 раз.
Таблица 13.
Численность микроорганизмов Е.соli (Х±х) в воде
до и после фильтрования через фильтры (n = 5)
| Численность микроорганизмов, кл/мл | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| (1,2 ± 0,1)x103 (3,5 ± 0,2) )x103 (3,2 ± 0,2)x x103 | 0 0 (0,8 ± 0,1)x x103 | 0 0 (1,5 ± 0,3)x x103 | 0 0 (0,7 ± 0,05)x x103 | 0 0 (0,8 ± 0,05)x x103 | 0 0 (0,6 ± 0,03)x x103 |
Примечание: 1. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
2. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
3. *курсив - различие с контролем достоверно.
Таблица 14.
Численность микроорганизмов В.subtilis (Х±х) в воде до и после фильтрования через фильтры (n = 5)
| Численность микроорганизмов, кл/мл | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| (1,5 ± 0,1)x x103 | 0 0 (0,7 ± 0,1)x x101 | 0 0 (1,5 ± 0,1)*x x101 | 0 0 (0,7 ± 0,02)x x101 | 0 0 (0,8 ± 0,02)x x101 | 0 0 (0,8 ± 0,01)x x101 |
| (3,4 ± 0,2)x x103 (3,2 ± 0,1)x x104 | |||||
Примечание: 1. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
2. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
3. * курсив - различие с контролем достоверно.
Следует отметить, что на практике в распределительных сетях, а также при заборе воды из природного водного источника, приходится сталкиваться с менее сильным микробиологическим загрязнением. Установки, предназначенные для обеззараживания воды в полевых условиях и построенные на принципе ультрафиолетового бактерицидного облучения рассчитаны на коли-индекс не более 5x103 кл/л /134/.
Поскольку вода, содержащая клетки микроорганизмов в количестве (1÷3)x103 кл/мл, характеризуется как очень грязная /37/ (сответствует коли-индексу более 1x106) /134/, можно заключить, что данные повышенные уровни микробиологического загрязнения эффективно удаляются использованными в работе ПМС.
Таблица 15.
Численность микроорганизмов С.реrfringens (Х±х) в воде до и после пропускания через фильтры (n = 5)
| Численность микроорганизмов, кл/мл | |||||
| Исходное | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр-ЦК | АУ | |
| (1,3±0.1) x x103 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| (3,2±0,2)x x103 (3,1±0,2)x x104 | 0 (0,6±0,01)x x101 | 0 (1,6+0,1)*x x101 | 0 (0,8±0,04)x x101 | 0 (0,7±0,03)x x101 | 0 (0,7±0,05)x x101 |
Примечание: 1. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
2. АУ - фильтр с активированным углем - контроль;
3. *курсив - различие с контролем достоверно.
В результате проведения микробиологических исследований установлено, что ПМС имеют выраженные сорбционные свойства в отношении бактерий Е.соli, спор В.subtilis и С.реrfringens. Наибольшую эффективность в удалении клеток микроорганизмов из воды проявили шунгит и глауконитовый известняк, не уступая в этом отношении АУ.
3.4. Токсико-гигиеническая оценка воды, прошедшей фильтрацию через фильтры, содержащие ПМС
Определение токсичности проб воды, содержащей химические токсиканты (фенол, сернокислую медь) до и после пропускания через фильтры с ПМС проводили с использованием рачков Daphnia magna и микроводорослей Сhlorella vulgaris.
Данные таблицы 16 показывают, что вода до пропускания через фильтры с ПМС оказывала токсическое действие на рачков (процент гибели дафний в обоих случая превышал 50%). После прохождения воды через фильтры с ПМС токсическое действие на дафний отсутствовало во всех случаях, а процент их гибели практически не отличался от контрольного, кроме варианта с кремнем при концентрации 1,5 мг/л, когда гибель была 11%.
Таблица 16.
Влияние ПМС на гибель Daphnia magna (% к контролю) в пробах воды, содержащей токсиканты (n = 5)
| Содержание токсиканта, мг/л | Исходная вода | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр ЦК | АУ | ||
| 10,0 | 85,5±5,0 | 5,0±0,5 | 4,0±0,2 | 3,0±0.2 | 4,0±0,1 | 5,0±0,2 |
| CuSО4 | ||||||
| 5,0 | 59,0±3,0 | 4,0±0,2 | 3,0±0,1 | 3,0±0,2 | 3,0±0,2 | 4,0±0.2 |
| 1,5 | 73,0±2.5 | 3,0±0,2 | 11,0±0.5 | 4.0±0,3 | 3,5±0,1 | 3,5±0,2 |
| Фенол | | | | | | |
| 0,05 | 57,0±1,5 | 2,5±0,1 | 3.0±0,2 | 3,0±0,1 | 4,0±0,2 | 4,0±0,3 |
Примечания: 1. В контроле (вода для культивирования) гибели не отмечалось;
2. Длительность культивирования Daphnia magna в пробах воды - 96 часов;
- 3. После пропускания через фильтры рН воды во всех вариантах опыта устанавливали в пределах 7,0 ÷ 7,2. Воду аэрировали в течение 1 часа;
4. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
5. АУ - фильтр с активированным углем. Сходные результаты были получены при определении токсичности воды с использованием микроводорослей хлорелла (табл.17).
Таблица 17.
Значения индекса токсичности (Sf) проб воды (n = 5) (у. е., Х±х) для Сhlorella vulgaris
| Содержание токсиканта, мг/л | Исходная вода | Тип фильтра | ||||
| Шунгит | Кремень | Глауконит | Фильтр ЦК | АУ | ||
| 10,0 | 95,0±5,0 | 7,0±0,4 | 4,5±0,4 | 5,0±0.5 | 6,0±0,3 | 6,5±0,5 |
| СuSO4 | | | | | | |
| 5,0 | 64, 0±3,0 | 4,5±0,5 | 3,0±0,3 | 5,5±0,4 | 5,0±0,5 | 7,0±0,4 |
| | | | | | | |
| 1,5 | 75, 0±5.0 | 3,0±0,2 | 18,0±1,5 | 7,0±0,6 | 4,5±0,2 | 6,0±0,3 |
| Фенол | | | | | | |
| 0,5 | 56, 0±3,0 | 3,5±0,3 | 9,0±0,6 | 4,5±0,5 | 3,5±0.3 | 5,5±0,5 |
Примечание: 1. Контролем служила вода из сосудов, где культивировалась хлорелла;
2. После пропускания через фильтры рН воды во всех вариантах опыта устанавливали в пределах 7,0 ÷ 7,2;
3. Фильтр-ЦК - фильтр "Царевин ключ";
4. АУ - фильтр с активированным углем.
Это исследование показало, что вода до очистки на фильтрах, содержащих ПМС, оказывала токсическое действие на тест-объекты, причем его выраженность коррелировала с концентрацией химических веществ в воде (значения индекса токсичности Sf составили 95 и 64 при содержании меди в воде в концентрации 10 м 5 мг/л соответственно; индекс Sf равнялся 75 и 56 при содержании фенола 1,5 и 0,05 мг/л). В результате проведенной обработки воды значения индекса Sf значительно снизились во всех случаях. Только при исходной концентрации фенола в воде 1,5 мг/л вода, после пропускания через фильтр с кремнем, имела индекс Sf 18 и характеризовалась как "слаботоксичная". Во всех остальных вариантах опыта вода, прошедшая через фильтры, характеризовалась как нетоксичная (Sf <10).
Были определены некоторые показатели качества водопроводной воды (Московский район г. Санкт-Петербург) до и после фильтрования через фильтр "Царевин ключ", содержащий комплекс из трех изученных в работе ПМС (шунгит, кремень, глауконитовый известняк) Результаты анализов приведены в таблице 18.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что после пропускания водопроводной воды через фильтр "Царевин ключ" в ее составе произошли существенные изменения. Значительно улучшились ее органолептические показатели, в частности, стали соответствовать нормативам СанПиН запах и вкус воды.
Содержание железа в воде снизилось в 9,5 раз и стало соответствовать нормативам СанПиН.
Так же отмечено значительное уменьшение содержание в воде тяжелых металлов и органических загрязнителей. Следует отметить, что хотя концентрации данных токсикантов и не достигают в исследованных пробах водопроводной воды значений ПДК, но их постоянное присутствие оказывает негативное воздействие на организм человека /100/.
В профильтрованной воде повысились рН, содержание кальция, магния, кремния, гидрокарбонатных ионов, а также общая жесткость и сухой остаток. Этот факт следует оценить положительно, поскольку известно, что невская водопроводная вода отличается низким содержанием указанных эссенциальных элементов, повышенной мягкостью и общим низким содержанием солей /ЗЗ/.
Доказано, что употребление воды с недостаточным содержанием ионов кальция и магния приводит к ряду патологий. Так, люди, потребляющие мягкую воду, подвержены гипертонии, ишемии, остеохондрозу, остеопорозу, кариесу зубов, аллергическим заболеваниям /135 ÷ 137/.
Помимо того необходимо отметить способность кальция конкурировать с тяжелыми металлами за специфический белок. Следовательно, дефицит кальция может быть фактором, способствующим увеличению всасывания тяжелых металлов (кадмий, ртуть, свинец, алюминий и др.) /137 ÷139/.
Таблица 18.
Показатели качества водопроводной воды до и после пропуска через фильтр "Царевин ключ" (Х±х) (n = 5)
| Показатели, ед. изм. | В исходной воде | В очищенной воде | ПДК |
| Запах, балл | 3 ± 0** | 0* | 2 |
| Вкус, балл | 3 ± 0** | 0* | 2 |
| Цветность,° | 15 ±1 | 0* | 20 |
| Мутность, ЕМ | 1,7 ± 0,1 | 0* | 2,6 |
| рН | 6,2 ± 0,2 | 7,1 ± 0,1* | 6 ÷ 9 |
| Кремний, мг/л | < 0,1 | 1,3 ± 0,2* | нн |
| Алюминий, мг/л | 0,4 ± 0,02 | < 0,005* | 0,5 |
| Железо, мг/л | 0,48 ± 0,05 | < 0,05* | 0,3 |
| Марганец, мг/л | 0,04 ± 0,01 | <0,001* | 0,1 |
| Медь, мг/л | 0,1 ± 0,01 | < 0,001* | 1,0 |
| Кадмий, мг/л | 0,0008 ± 0,0001 | < 0,0001* | 0,001 |
| Цинк, мг/л | 0,18 ± 0,05 | < 0,001* | 5,0 |
| Свинец, мг/л | 0,02 ± 0,001 | < 0,001* | 0,03 |
| Кальций, мг/л | 9,5 ± 0,5 | 30,0 ± 2,5* | нн |
| Магний, мг/л | 2,1 ± 0,1 | 4,6 ± 0,2* | нн |
| Нитраты, мг/л | 0,8 ± 0,04 | 0,4 ± 0,02* | 45,0 |
| Нитриты, мг/л | 0,01 ± 0,001 | < 0,001* | 0,3 |
| Гидрокарбонаты, мг/л | 0,5 ± 0.02 | 4,5 ± 0,1* | нн |
| Хлориды, мг/л | 33,0 ± 1,5 | 19,0 ± 0,5* | 350 |
| Сульфаты, мг/л | 21,5 ± 0,5 | 19,5 ± 1,0 | 500 |
| Фенол, мг/л | 0,003 ± 0,0005 | < 0,001* | 0,001 |
| Бензол, мг/л | 0,004 ± 0,0005 | < 0,0001* | 0,01 |
| Хлороформ, мг/л | 0,02 ± 0,005 | < 0,0003* | 0,02 |
| Толуол, мг/л | 0,0007 ± 0,0001 | < 0,00002* | 0,5 |
| Сухой остаток, мг/л | 86,0 ± 0,5 | 300,5 ± 11,5* | 1000 |
| Общая жесткость, мг-экв/л | 1,1 ± 0,1 | 4,2 ± 0,2* | 7 |
Примечания: 1. * - показатели качества исходной и очищенной воды достоверно различаются;
2. нн - показатель не нормируется;
3. ** - значение достоверно выше ПДК.
Известно также, что биодоступность кальция, содержащегося в воде значительно выше, чем кальция молочных продуктов. Особенно важна роль воды, содержащей кальций в питании людей, страдающих дефицитом пищеварительных ферментов /140, 141/.
Кремний также является необходимым для живого организма элементом. Он способствует биосинтезу коллагена, образованию и кальцификации костной ткани. Кроме того, кремний участвует в метаболизме фосфора, в липидном обмене и оказывает влияние на содержание в организме кальция. Суточная потребность в кремнии составляет 20÷30 мг/л. При его недостатке могут развиться заболевания лимфатической системы, рахит, злокачественные заболевания /142/.
Указанные элементы поступают в воду во время фильтрации из присутствующих в фильтре "Царевин ключ" природных минералов. Кремень является источником поступления в воду кремния, а глауконитовый известняк - кальция и магния. Кроме того, кремень и глауконитовый известняк повышают рН до значений, рекомендуемых СанПиН (нейтрализуя кислотную активность шунгита). Таким образом ПМС, представленные в фильтре проводят очистку водопроводной воды и ее кондиционирование (коррекцию солевого состава).
Необходимость бактерицидной обработки воды неизбежно приводит к образованию в ней радикальных и ион-радикальных частиц органической природы /52/. Свободные радикалы оказывают крайне негативное воздействие на организм человека и являются причиной многих болезней, в частности, атеросклероза и сопутствующих ему сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, патологий старения и онкологических заболеваний /143, 144/. Регулярное потребление с питьевой водой свободно-радикальных частиц, даже в незначительном количестве, может истощить биохимические механизмы, обеспечивающие защиту организма от свободных радикалов и способствовать развитию разнообразных патологий.
В таблице 19 представлены результаты изучения влияния ПМС на содержание в воде радикальных и ион-радикальных частиц.
Таблица 19.
Влияние ПМС на содержание радикальных и ион-радикальных частиц в воде (n = 3)
| Образец воды | Импульс за 3 сек | % снижения излучения | Степень повышения излучения над излучением бидистиллированной воды |
| Водопроводная | 10000 ± 120 | - | 526 |
| Бидистилированная | 76 ± 3 | 99,8 | - |
| После фильтра: - с кремнем - с глауконитом - с шунгитом - с фильтром «Царевин Ключ» - с АУ | 11000 ± 57 9000 ± 35 250 ± 12 200 ± 15 8000 ± 105 | 59,5 77,5 99,1 99,5 80,0 | 181 118 3,3 2,6 105 |
Только в бидистиллированной воде и в воде после ее пропускания через фильтр с шунгитом излучение при добавлении люминола практически не менялось и было таким же, как собственное излучение этих образцов воды.
При пропускании воды через фильтр с шунгитом (и фильтр «Царевин Ключ», в котором присутствует шунгит), содержащим углеродные микрокластеры /83, 84/, ее очистка от свободно-радикальных частиц (присутствие которых сопровождаются люминол зависимой хемилюминесценсией) многократно превышает степень очистки от радикалов при пропускании воды через другие ПМС и находится на уровне бидистиллированной воды. Из полученных данных следует, что очистка воды от радикалов осуществляется микрокластерами углерода, поскольку углерод в форме АУ (в котором микрокластеры отсутствуют) уступает по активности шунгиту и чистит воду на уровне других ПМС.
Предполагаемый механизм освобождения воды от активных радикалов органической природы заключается в том, что активные центры минеральных сорбентов (в первую очередь углеродные микрокластеры) активируют молекулярный кислород, находящийся в воде, который выступает в качестве перехватчика частиц радикальной и ион-радикальной природы, и способствует их окислению до более низкомолекулярных продуктов.
Таким образом, можно заключить, что шунгит выступает в данной случае не только как сорбент, но проявляет специфическую активность в отношении устранения из воды частиц радикальной и ион-радикальной природы, значительно превосходя в этом отношении как кремень и глауконитовый известняк, так и АУ (в 56, 36 и 31 раз соответственно).