Возможности снижения остаточного токсического действия нанобиоцидов при борьбе с дрейссеной в составе биообрастаний

Размещено на http://www.allbest.ru/

Возможности снижения остаточного токсического действия нанобиоцидов при борьбе с дрейссеной в составе биообрастаний

Введение

Проблема обрастания моллюском дрейссеной гидротехнических сооружений остро стоит в связи с задачами ресурсо- и энергоэффективности [1].

Проведенные нами исследования позволили разработать технологию уничтожения дрейссены с помощью биоцидных препаратов - нанокавитантов. При обработке мест концентрации дрейссены в районах гидротехнических сооружений нанобиоцидом - линейным высо-комолекулярным соединением органической полифосфатной природы наряду с получаемым планируемым эффектом - 100% смертностью дрейссены возникает проблема токсичности образовавшихся вод по отношению к гидробионтам в естественных водоемах. Поскольку после обработки гидротехнических сооружений специфическим сильным токсическим препаратом - нанокавитантом воды могут поступать в природные водоемы, необходимо снижение токсичности раствора до «отсутствия острой токсичности» [2].

В связи с этим нами было проведено в 2009-2010 гг. экспериментальное исследование снижения токсичности для гидробионтов в различных условиях применения препарата. Препарат биоцидного действия был предоставлен ООО «НПК «БИОЭКОПРОМ» (г. Москва): линейное высокомолекулярное соединение органической полифосфатной природы.

При выборе биоцидного препарата, из применяемых для борьбы с биообрастаниями гидротехнических сооружений на объектах энергетики, включающими моллюска дрейссену, была показана высокая эффективность применения линейного высокомолекулярного соединения органической полифосфатной природы - биоцидной композиции (гексаметафосфата натрия), включающей перекись водорода, комплексообразователь и воду [3-4]. Для реализации возможности использования препарата на практике возникла необходимость разработки способа снижения токсичности рабочего раствора.

В данной статье рассмотрены результаты оценки остаточной токсичности на дафний, гуппи, дрейссену рабочего раствора линейного высокомолекулярного соединения органической полифосфатной природы - гексаметафосфата натрия, использованного в обработке против дрейссены.

Экспериментальная часть

Оценка токсичности использованных в экспериментальных обработках рабочих растворов проводилось по стандартным методикам [5, 6]. В качестве тест-объектов были использованы гуппи (Poecilia reticulate Peters) и дафнии (Daphnia magna Straus).

Результаты и их обсуждение

Раствор нанобиоцида обладает высокой токсичностью для гидробионтов разного трофического уровня (табл.). Это создает сложность при работе с препаратом в случае прямоточной системы водоподачи на объекте энергетики и возможности попадания рабочего раствора препарата в природный водоем. В таблице представлены концентрации препарата нанокавитанта, при которых отмечается 100% выживаемость различных гидробионтов, участвовавших в экспериментах с биоцидным препаратом.

Таблица. Концентрации, при которых наблюдается 100%-ная выживаемость тест-объектов

Проведенные эксперименты по определению снижения токсичности нанокавитанта во времени показали, что снижение токсичности во времени практически отсутствует (рис. 1, 2). Как при использовании раствора с концентрацией нанокавитанта в воде 0.7 мл/л, которая создается в период обработки, так и при использовании раствора с минимально действующей концентрацией нанокавитанта в воде 24.69 мл/л наблюдалась 100%-ная смертность тест-объектов (дафнии, гуппи, дрейссена). Время, в течение которого наступала 100%-ная смертность, приведено на рис. 1, 2. Как видно из приведенных данных, при меньших концентрациях препарата (рис. 1) смертность быстрее (через 5 ч) наступает у рыб. При больших концентрациях (рис. 2) смертность быстрее наступает у ракообразных (через 30-40 мин). Токсичность препарата сохранялась и через 14 суток.

Рис. 1. Изменение времени наступления 100%-ной смертности тест-объекта дафнии магна в зависимости от времени хранения рабочих растворов биоцидного препарата с разными концентрациями

Как видно из приведенных на рис. 1 данных, 100% смертность дафний наступает при концентрации рабочего раствора нанокавитанта 0.7 мл/л за время от 4.0 часов до 6.3 часа. 100% смертность дафний при концентрации рабочего раствора нанокавитанта 24.69 мл/л наступает за время от 0.38 часов до 1.25 часа. Анализ данных, приведенных на рис. 1 позволяет сделать вывод о том, что при большей концентрации биоцидного препарата смертность дафний наступает быстрее. Можно отметить, что зависимости изменения токсичности (ее снижения) для дафний от времени хранения биоцидного препарата не выявлено.

Рис. 2. Изменение времени наступления 100%-ной смертности тест-объекта гуппи в зависимости от времени хранения рабочих растворов биоцидного препарата с разными концентрациями

Как видно из приведенных на рис. 2 данных, 100% смертность гуппи наступает при концентрации рабочего раствора нанокавитанта 0.7 мл/л за время от 4.0 до 8.0 часов. 100% смертность гуппи при концентрации рабочего раствора нанокавитанта 24.69 мл/л наступает за время от 0.38 до 2.0 часов. Анализ данных, приведенных на рис. 2 позволяет сделать вывод о том, что при большей концентрации биоцидного препарата смертность гуппи наступает быстрее. Можно отметить, что зависимости изменения токсичности (ее снижения) для гуппи от времени хранения биоцидного препарата не выявлено.

Сравнение результатов, приведенных на рис. 1 и 2 позволяет сделать вывод, что принципиальной разницы по действию биоцидного препарата на дафний и гуппи нет. Можно отметить, что 100% смертность у гуппи при экспериментальных концентрациях наступает позже, чем у дафний.

Проведенные эксперименты с рабочими растворами нанокавитантов: хелатного линейного высокомолекулярного соединения на базе сетчатых хелатных соединений (№1); хелатного линейного высокомолекулярного соединения с включением третичных аминов (№2); линейного высокомолекулярного соединения с включением третичных аминов (№3); линейного высокомолекулярного соединения с включением нитрило-триметилуксусной кислоты (№4), стоявшими 8.5 месяцев, выявили наличие острой токсичности (рис. 3, 4).

Рис. 3. Изменение времени наступления (в часах) 100%-ной смертности тест-объектов для разных растворов нанокавитантов после 8.5 месяцев хранения (С = 0.7 мл/л)

Рабочий раствор нанокавитанта №3 вызывал 80%-ную смертность гуппи, а у дафний - 100%-ная смертность наступала через 8 часов (рис. 3).

Воздействие рабочими растворами нанокавитантов №1, 2, 4 приводит к разрыву брюшной полости и выворачиванию кишечника у рыб. Нанокавитант №3 воздействует, в отличие от остальных нанокавитантов, путем разрыва тела на две половинки вдоль позвоночника (у гуппи). Отмечается явное физическое воздействие, отличное от отравления - химического воздействия. Это, вероятно, связано с природой воздействия нанокавитантов.

Механизм действия нанокавитантов описывается следующим образом: при каталитическом распаде наночастицы-кавитанты образуют локальные зоны повышенного и понижен-ного давления - «зоны микровзрывов и кавитации» с разрушающим действием расклинивающего типа на биопленки и конгломераты. Клетки, высвобождаемые из конгломератов, уничтожаются биоцидным хелатно-перекисным комплексом.

Рис. 4. Изменение времени наступления (в часах) 100%-ной смертности тест-объектов для разных растворов нанокавитантов после 8.5 месяцев хранения (С = 24.69 мл/л)

Для оценки снижения токсичности раствора нанокавитанта после внесения в него био-массы дрейссены были проведены эксперименты по выдерживанию в нем тест-объектов (гуппи и дафний). В эксперименте использовалось нарастание биомассы дрейссены в растворе нанокавитанта с шагом 40 и 80 г. После 10 минут выдерживания дрейссены она заменялась новой порцией (рис. 5).

Рис. 5. Изменение выживаемости гуппи при выдерживании их в растворе нанокавитанта с начальной концентрацией 40 мл/л после пошагового увеличения биомассы дрейссены в растворе

На рис. 5 представлена кривая снижения смертности гуппи в растворе нанокавитанта с первоначальной концентрацией 40 мл/л при пошаговом добавлении биомассы дрейссены. Как видно из приведенных данных, при использовании биомассы дрейссены от 0 до 0.8 кг/л нанокавитант сохраняет токсичность. В промежутке от 0.8 до 1.2 кг/л биомассы дрейссены происходит снижение токсичности препарата до 100% выживаемости гуппи в растворе. Аналогичный эксперимент был проведен при начальной концентрации нанокавитанта 76 мл/л (рис. 6).

Эксперимент показал, что 100% выживаемость тест-объектов наступает в растворе нано-кавитанта после выдерживания в нем 1 кг/л дрейссены.

Аналогичный эксперимент был проведен при пошаговом добавлении в раствор нанокавитанта с его начальной концентрацией 40 мл/л биомассы (40 г/л) водных растений (элодеи) (рис. 7).

Как видно из приведенных данных на рис. 7, снижение токсичности раствора нанокавитанта для дафний и гуппи наступает при выдерживании в растворе массы водорослей от 0.1 до 0.2 кг/л. 100% выживаемость тест-объектов наступает в растворе нанокавитанта после выдерживания в нем 0.4 кг/л элодеи. Сравнение данных, приведенных на рис. 6, 7 показывает, что эффективность использования водных растений для снижения токсического действия нанокавитанта значительно сильнее.

Заключение

Проведенные эксперименты позволили определить концентрацию раствора нанокавитанта, вызывающую при кратковременной обработке моллюска (7 мин) смертность. 100% смертность дрейссены наблюдается при концентрации более 40 мл/л. 50% дрейссен погибают при концентрации более 20 мл/л.

Показана возможность снижения токсичности раствора нанокавитанта при использовании биомассы дрейссены или водных растений. Снижение токсичности раствора нанокавитанта для дафний и гуппи наступает при выдерживании в растворе массы водных растений от 0.1 до 0.2 кг/л. 100% выживаемость тест-объектов наступает в растворе нанокавитанта после выдерживания в нем 0.4 кг/л элодеи. Эффективность использования водных растений для снижения токсического действия нанокавитанта значительно выше по сравнению с массой дрейссены.

Выводы

1. При выборе биоцидного препарата, из применяемых для борьбы с биообрастаниями гидротехнических сооружений на объектах энергетики впервые показана возможность применения линейного высокомолекулярного соединения органической полифосфатной природы (гексаметафосфата натрия), которое проявило высокую активность в отношении дрейссены.

2. Определена концентрация линейного высокомолекулярного соединения органической полифосфатной природы (гексаметафосфата натрия), приводящая при кратковременной обработке к 100% смертности дрейссены - 40 мл/л.

Показана возможность снижения токсичности раствора линейного высокомолекулярного соединения органической полифосфатной природы (гексаметафосфата натрия) при выдерживании в нем биомассы дрейссены и элодеи.

Литература

токсичность дрейссена гидробионт

1. Вундцеттель М.Ф., Илясов Ю.И. Проект комплексной программы «Борьба с биологическими загрязнениями и биопомехами в водоемах-охладителях». Аквакультура начала ХХI века: истоки, состояние, стратегия развития. Материалы Международной научно-практической конференции (п. Рыбное, 3-6 сентября 2002 г.). М.: Изд-во ВНИРО. 2002. C.33-37.

2. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения», утвержденные Приказом Росрыболовства от 18.01.2010. №20. 214c.

3. Калайда М.Л., Синютина Т.П. Бионанотехнологии в системах водоподготовки объектов энергетики. Природоохранные биотехнологии в XXI веке. Cборник научных статей. Под редакцией доктора биологических наук, профессора Н.В. Морозова. Казань: Изд-во ТГГПУ. 2010. С.124-127.

4. Калайда М.Л., Синютина Т.П. Возможности использования линейного высокомолекулярного соединения органической полифосфатной природы для борьбы с Dreissena Polymorpha (Pallas) (Mollusca, Bivalvia) в составе биообрастаний. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.22. №10. С.67-72.

5. Методика определения токсичности водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов, питьевой, сточной и природной воды по смертности тест-объекта Daphnia magna Straus. М. 2007. 44c.

6. Методическое руководство по биотестированию воды. РД 118-02-0.-М. 1991. 68с.

Размещено на Allbest.ru