Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Оценка влияния дезинфектантов на суммарную мутагенную активность (СМА) питьевой воды

На правах рукописи

Ахальцева Людмила Вячеславовна

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДЕЗИНФЕКТАНТОВ НА СУММАРНУЮ МУТАГЕННУЮ АКТИВНОСТЬ (СМА) ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

14.00.07 - Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Государственном учреждении Научно-исследовательском институте экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор доктор медицинских наук

Журков Вячеслав Серафимович Михайлова Руфина Иринарховна

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор доктор биологических наук

Новиков Сергей Михайлович Абилев Серикбай Каримович

Ведущая организация: Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова

Защита диссертации состоится "тУ' декабря 2005 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 001.009.01 в ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН по адресу: 119992. Г. Москва, ул. Погодинская, д. 10/15, строение 1 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН

Автореферат разослан "■//" ноября 2005 года Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук

Беляева Наталия Николаевна

12105-М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Обеспечение населения доброкачественной питьевой водой -глобальная проблема всего мирового сообщества (Г.Г. Оншценко, 2003; WHO, 2003; Ю.А. Рахманин и соавт, 2004). Анализ состояния питьевого водоснабжения в РФ свидетельствует об ухудшении качества питьевой воды вследствие увеличения антропогенной нагрузки на водоисточники, недостаточной барьерной роли традиционных методов водоподготовки в отношении биологического и химического загрязнения (Ю.А. Рахманин и соавт., 1995; Р.И. Михайлова, 1999, A.B. Авчинников, 2002). Установленная значимая связь потребления человеком хлорированной питьевой воды с раком почек, мочевого пузыря и толстой кишки (Г.Н. Красовский и соавт. 1987; А.П. Ильницкий и соавт., 1993; Morris, 1995; Kovivusalo, 1998 и др.), а также опасность транспортировки и хранения хлора ставят вопрос о частичной или полной замене хлора в процессе водоподготовки на другие дезинфектанты, в связи с чем, рассматривается вопрос о более широком внедрении в водоподготовку озонирования, обработки двуокисью хлора и введении в ряде случаев йодирования (Ю.А.Рахманин и соавт., 2002; ATSDR, 2004).

Такие способы водоподготовки уже используются в различных странах мира, но риск, связанный с образованием ими побочных продуктов дезинфекции (DBPs), менее изучен, чем при хлорировании. Спектр химических соединений, образующихся в процессе водоподготовки, существенно различается для разных дезинфектантов и для их комбинированного применения (А.Г. Малышева, Л.Ф. Кирьянова, 2001; Е.Е. Полякова, НА Зайцев, 2004;), варьирует в зависимости от сезонности и состояния самого водоисточника. Все это затрудняет оценку токсических, в том числе и мутагенных, эффектов побочных продуктов дезинфектантов.

Поэтому, наряду с физико-химическим анализом отдельных веществ, для оценки мутагенного эффекта побочных продуктов дезинфекции, необходимо определять их суммарную мутагенную активность (СМА). Это позволяет контролировать в целом мутагенную активность химических загрязнений воды, не определяя отдельных мутагенов. Для оценки потенциальной генотоксической

опасности химических загрязнений воды jiiffjfljre^^^^^^тг^аспространен тест

БИБЛИОТЕКА 1

РГД

оэ

СПетг------ '

Salmonella/микросомы (тест Эймса), который позволяет регистрировать мутагенное влияние комплекса нелетучих органических соединений, образующихся в процессе дезинфекции воды поверхностных водоисточников (Meier J.R. et al., 1988; Cerna et al., 1991; B.C. Журков 1993; C.K. Абилев, 2003).

Использованию этого подхода при внедрении новых технологий обеззараживания мешает отсутствие методических схем проведения исследований, четких показателей оценки эффективности методов водоподготовки в отношении снижения мутагенности воды.

Исходя из выше изложенного, целью данной работы явилась оценка влияния дезинфектантов на суммарную мутагенную активность (СМА) питьевой воды, для достижения которой решались следующие задачи:

1. Разработать систему показателей для оценки влияния дезинфектантов на СМА воды.

2. Изучить СМА питьевой воды на водопроводных станциях, использующих воду поверхностных водоисточников и применяющих первичное и вторичное хлорирование при водоподготовке

3 Оценить влияние разных режимов озонирования, применяемого изолированно и в комбинации с хлорированием, на СМА воды поверхностных источников.

4. Оценить влияние комбинации двуокиси хлора и хлорирования на СМА воды поверхностного водоисточника

5. Оценить влияние разных режимов йодирования на СМА хлорированной питьевой воды

Научная новизна. Впервые:

- предложена система показателей оценки влияния дезинфектантов на СМА воды, включающая: количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды (ИКР); величину, обратную удваивающему объему воды (1/УО); коэффициент снижения СМА питьевой воды при использовании альтернативного дезинфектанта или его комбинации с хлорированием по сравнению со стандартным хлорированием (Кикр).

- установлено существенное снижение СМА воды поверхностного водоисточника при применении озонирования до или после хлорирования. Определены оптимальные дозы озона для снижения СМА хлорированной воды.

показана высокая эффективность озоносорбционной технологии водоподготовки в снижении мутагенных соединений в воде по сравнению с традиционной схемой, предусматривающей первичное и вторичное хлорирование.

выявлено, что использование двуокиси хлора до или после хлорирования воды поверхностного водоисточника существенно снижает СМА.

впервые показано, что йодирование существенно снижает мутагенную активность хлорированной водопроводной воды; определены оптимальные дозы йода и рН воды, при которых происходит максимальное снижение СМА хлорированной питьевой воды.

Практическая значимость.

Показана необходимость экспериментальной оценки СМА воды при внедрении новых дезинфектантов изолированно и в комбинации с хлорированием в технологию водоподготовки или кондиционирования питьевой воды Предложены схемы экспериментальных исследований для сравнительной оценки дезинфектантов по образованию побочных продуктов дезинфекции, обладающих мутагенной активностью. Предлагаемые исследования будут способствовать выбору оптимальных технологий водоподготовки в отношении мутагенной и канцерогенной безопасности.

Материалы работы учтены при подготовке СанПиН 2.1.4.1116-02. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества».

Результаты оценки СМА использованы МГП «Мосводоканал» при выполнении комплексной оценки применения диоксида хлора в процессе водоподготовки и отработке режимов озоносорбционной технологии (Справка о внедрении № В-1/37 от 28.01 2002 г.).

Работа выполнена в лаборатории генетического мониторинга в рамках плановых тем НИИ ЭЧиГОС им. А.Н.Сысина РАМН (№№ госрегистрации: 01.9070002123; 01.20.0000689; 01.20.0000691), а также договора с МГП

«Мосводоканал» № 11-81/97. Работа проведена совместно с Мосводоканал НИИ проектом и МГП "Мосводоканал", а также с сотрудниками лаборатории гигиены питьевого водоснабжения ГУ НИИ ЭЧиГОС им. А.Н. Сысина РАМН.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на-международном конгрессе "Вода: экология и технология", Москва, 1996 г.; международных конгрессах ЭКВАТЕК (Москва, 1996, 2000, 2002 гг.); 1-ом съезде токсикологов России (Москва, 1998 г.); 29 ежегодном совещании Европейского общества по мутагенам окружающей среды (Копенгаген, Дания, 1999 г.); 16-ом ежегодном совещании Общества по мутагенам окружающей среды стран Северной Европы (Вильнюс, 1999 г.); втором Российском съезде медицинских генетиков (Курск, 2000 г.); 2-ом съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Санкт-Петербург, 2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 3 в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, шести глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений Текст изложен на 130 страницах машинописи, иллюстрирован 17 таблицами и 12 рисунками Указатель литературы содержит 199 источника, из них 61 отечественных и 138 иностранных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Система показателей оценки влияния дезинфектантов на СМА воды, включающая: количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды (ИКР); величину, обратную удваивающему объему воды (1/УО); коэффициент снижения СМА питьевой воды при использовании альтернативного дезинфектанта или его комбинации с хлорированием по сравнению только с хлорированием (Кикр)-

2 Озонирование, йодирование и обработка двуокисью хлора снижают СМА хлорированной питьевой воды исследованных поверхностных водоисточников

3. Основные требования проведения исследований по оценке СМА воды при внедрении новых дезинфектантов при водоподготовке и кондиционировании питьевой воды.

Объем и методы исследования. Экспериментальные исследования по изучению влияния альтернативных дезинфектантов на суммарную мутагенную активность (СМА) воды проведены на воде волжского и москворецкого водоисточников и включали оценку СМА проб исходной воды и воды, прошедшей традиционную обработку хлором и другими дезинфектантами (озон, двуокись хлора) изолированно, а также в комбинации с хлором (до и после хлорирования) на пилотных установках. Дозы хлора и исследуемых дезинфектантов определялись технологами для обеспечения соответствия качества питьевой воды действующим гигиеническим требованиям по микробиологическим показателям нормативных документов (СанПиН 2.1.4.1074-01).

В экспериментах по оценке влияния йодирования использована вода р. Москва и вода из распределительной сети Рублевской водопроводной станции При оценке влияния йодирования на СМА хлорированной водопроводной воды изучены различные дозы йода при разных значениях рН воды. Всего проведено 58

экспериментов и изучено 139 проб воды (Табл. 1).

Таблица 1.

_Объекты и объем исследований._

Объекты исследований Всего,

Объем Исходная вода поверхностных Вода, обработанная исследований

исследовании источников и питьевая вода после первичного и вторичного альтернативными дезинфектантами СМА

хлорирования

Волжский Москворецкий Озон Двуокись хлора Йод

Количество 15 7 21 5 10 58

экспериментов

Количество 30 14 69 10 16 139

проб

Количество

вариантов 120 56 276 40 64 556

анализа

Исследование СМА концентрата проб воды проводили в тесте Salmonella/микросомы (тест Эймса) на 2-х гистидинзависимых штаммах Salmonella typhimurium в вариантах без (СМ-) и в присутствии (СМ+) системы метаболической активации (Фонштейн и соавт, 1985), что позволяет выявить генные мутации различных механизмов, определить не только мутагены прямого действия, но и

мутагенный эффект метаболитов исследуемых веществ. Мутагенный эффект считали значимым при превышении количества колоний ревертантов на чашку в опыте над таковым в контроле в 2 и более раз (Методические указания по экспериментальной оценке суммарной мутагенной активности загрязнений воздуха и воды, 1990).

Подготовка пробы воды для исследований СМА воды включала следующие этапы: фильтрацию воды (питьевая вода - в объеме 150-200 л, исходная - в объеме 50-150 л) через колонку с полимерным сорбентом марки SEP AR ON SE производства фирмы TESSEK, Praha (Cernä et al., 1991); высушивание сорбента при комнатной температуре; экстрагирование органических загрязнителей ацетоном; выпаривание ацетона при комнатной температуре до сухого остатка; растворение сухого остатка в 4,0 мл диметилсульфоксида (ДМСО). Тестировали 0,3 и 0,1 мл исходного концентрата и по 0,1 мл его разведений в ДМСО 1:5 и 1:25. Указанные объемы концентрата на чашку эквивалентны количеству химических загрязнений из 1/13, 1/40, 1/200 и 1/1000 объема профильтрованной воды. Данный метод пробоподготовки позволяет концентрировать и тестировать органические соединения (алифатические, ароматические, гетероциклические) с температурой кипения выше 50°С.

Регрессионный анализ данных и сравнение коэффициентов регрессий проведен с использованием компьютерной программы STATISTICA for Windows, Release 5.0.

Результаты собственных исследований.

В настоящее время для характеристики СМА воды используется ряд показателей (В.С.Журков и соавт., 1995) которые имеют свои ограничения и не всегда позволяют сравнивать уровни мутагенности водоисточников и питьевой воды, что привело к необходимости разработки и определения набора основных показателей для экспериментальной оценки СМА воды в тесте Эймса

В связи с указанным разработана система, включающая 3 основные показателя:

1. Количество индуцируемых колоний ревертантов (ИКР) на 1 л воды. Поскольку для всех штаммов и вариантов зависимость числа колоний ревертантов

на чашку (у) от условного объема воды, в литрах (х), которому соответствовало испытанное количество загрязнений, в начальном диапазоне доз удовлетворительно описывалось линейным уравнением: у = а + Ьх (аиЬ - коэффициенты уравнений), то ИКР представляет коэффициент b этого уравнения Величина этого показателя существенно зависит от спонтанного уровня колоний ревертантов Поэтому этот показатель информативен при сравнении эффективности режимов обработки в пределах одного эксперимента для каждого штамма и варианта метаболической активации и позволяет оценить статистическую значимость изменения СМЛ сравниваемых в опыте проб воды в пределах конкретного штамма/варианта.

2. Величина, обратная удваивающему объему воды (1/УО) - т. е. объему воды в л., удваивающему число колоний ревертантов на чашку в опыте над контролем. Показатель 1/УО не зависит от спонтанного уровня колоний ревертантов на чашку, более адекватен для сравнения мутагенности проб воды для разных штаммов Salmonella typhimurium и вариантов опыта, может говорить о характере влияния способа обработки на СМА воды. При предположении линейной зависимости эффекта от дозы УО вычисляли из минимально-эффективного объема (МЭО) - условного количества литров воды на чашку, при котором наблюдался достоверный мутагенный эффект, по формуле:

УО = 2 * МЭО * Хср.конт / Хер оп; где Хср.конт - среднее количество колоний ревертантов на чашку в контроле; Хср.оп - среднее количество колоний ревертантов на чашку при МЭО.

3. Коэффициент Кшгр - характеризующий степень снижения СМА исследуемого режима водоподготовки по сравнению со стандартным хлорированием и определяемый по формуле-

Кикр = [(ИКР(с1) - ИКР(С1 _ D)) : ИКЗД * 100%; где ИКР(а) - ИКР для режима со стандартным хлорированием; ИКР(а _ о) - ИКР для режима с альтернативным дезинфектантом или комбинирования хлорирования и альтернативного дезинфектанта.

Предложенный коэфффициент Кикр позволяет оценивать долю снижения СМА (в %) исследуемого режима дезинфекции альтернативным дезинфектантом или его комбинации с хлорированием по сравнению только с хлорированием (или в

экспериментах по кондиционированию воды по сравнению с СМА водопроводной воды). Этот показатель информативен для сравнения различных технологий водообработки по результатам нескольких экспериментов.

На первом этапе работы для оценки СМА воды поверхностных водоисточников и питьевой воды после стандартного хлорирования проведены исследования СМА исходной воды поверхностных водоисточников до и после стандартного первичного и вторичного хлорирования и оценка корреляции уровней СМА питьевой воды с показателями качества исходной воды и режимами 1 водоподготовки.

Как показали исследования (Табл. 2), только исходная вода москворецкой системы водоснабжения проявила слабый мутагенный эффект в 2-х из 15 проб.

Таблица 2.

СМА исходной воды Волжского и Москворецкого водоисточников и питьевой воды после первичного и вторичного хлорирования.

Водоисточник Число Штамм, Исходная вода Питьевая вода

проб вариант Пробы с СМА

Число % Число %

Волжский 7 Все штаммы и варианты 0 0,0 7 100,0

ТА100, СМ- 0 0,0 7 100,0

ТА100,СМ+ 0 0,0 4 59,0

ТА98,СМ- 0 0,0 6 86,0

ТА98,СМ+ 0 0,0 2 29,0

Москворецкий 15 Все штаммы и варианты 2 13,3 15 100,0

ТА100, СМ- 0 0,0 14 93,3

ТА100,СМ+ 0 0,0 6 40,0

ТА98,СМ- 1 6,7 12 80,0

ТА98,СМ+ 1 6,7 4 26,7

Питьевая вода обеих водопроводных станций показала мутагенность во всех вариантах экспериментов с проявлением максимального уровня мутагенного эффекта на штамме ТА 100 без активации и в меньшей степени на штамме ТА 98 без активации, что характерно для продуктов трансформации органических соединений природного и антропогенного происхождения, образующихся при хлорировании воды поверхностных водоисточников (Табл. 2).

Выявлена значимая положительная корреляция СМА питьевой воды с интегральными показателями исходной воды, характеризующими ее загрязнение органическими соединениями - цветностью, перманганатной окисляемостью, а также мутностью и дозой хлора при первичном хлорировании (Табл. 3).

Таблица 3.

Корреляция между уровнями СМА питьевой воды (1/УО) и показателями качества исходной воды и режимами водоподготовки.

Показатели Коэффициент корреляции

волжский водоисточник (N = 7) москворецкий водоисточник (N=15)

ТА 100, СМ- ТА 98, СМ- ТА 100, СМ- ТА 98, СМ-

Исходная вода

Мутность, мг/л 0,14 0,46 0,56" 0,42

Цветность, град. 0,78* 0,84" 0,30 0,39

Перманганатная окисляемость, Ог/л 0,56 0,70 0,75" 0,25

Режим водоподготовки

Первичное хлорирование доза хлора, мг/л 0,78" 0,85" 0,55" 0,26

Примечание: Р<0,05;' Р<0,01

Таким образом, в ходе натурных исследований определена значимая мутагенная активность всех проб питьевой воды поверхностных водоисточников после первичного и вторичного хлорирования.

В соответствии с задачами работы последующими этапами исследований явилось экспериментальное изучение СМА питьевой воды поверхностных водоисточников при использовании альтернативных дезинфектантов изолированно или в комбинации с хлором. Анализ СМА исходной воды во всех экспериментах не показал значимого мутагенного эффекта, а питьевой воды, традиционно обеззараженной хлором, выявил существенную мутагеную активность во всех экспериментах.

Исследование СМА воды поверхностных водоисточников после введения различных доз озона проведено в режиме озонирования или озонофлотации (барбатирование озоно-воздушной смесью 0,1 м'/м2 час). Анализ полученных данных показал отсутствие мутагенного действия озона в дозах 0,5 - 4,5 мг/л в

режиме озонирования. Озонофлотация при дозе озона 0,5 мг/л также не индуцировала значимое образование мутагенов в воде, вместе с тем при дозах озона 3 и 4 мг/л отмечен слабый мутагенный эффект концентратов воды, который на штамме ТА 100 при СМ- был в 6,4 раза ниже, чем СМА воды при стандартном хлорировании.

Оценка влияния на СМА воды озонирования после первичного хлорирования (доза хлора от 2,0 до 6,0 мг/л) показала, что озон в режиме озонирования существенно снижал СМА воды по сравнению с хлорированием: при дозах озона в диапазоне от 3,0 до 4,5 мг/л степень снижения СМА воды составила от 65% до 100%; при дозе озона 0,5 мг/л эффект снижения был менее выражен и составлял для штамма ТА 100 при СМ- до 46%. При дозе озона 0,5 мг/л и уменьшении дозы предварительного хлорирования с 4 до 2 мг/л снижение СМА воды слабо выражено. Более эффективное снижение СМА выявлено после первичного хлорирования при дозе хлора 2,0 мг/л с увеличением дозы озона от 0,5 до 3,8 мг/л (Рис. 1).

С12 - 2,0 мг/л С12 - 2,0 мг/л 03 - 0,5 мг/л 03- 3,8 мг/л

Рис. 1. Влияние дозы озона (Кикр,%, штамм ТА 100 при СМ-) на степень снижения СМА после хлорирования.

Следует отметить, что озон в режиме озонирования более эффективно снижал СМА хлорированной воды поверхностного водоисточника (доза хлора 4 и 5,5 мг/л), чем в режиме озонофлотации Этот эффект отмечался при разных дозах озона - 0,5

и 3,0 мг/л (Рис 2). Полученные результаты могут быть связаны со снижением интенсивности окисления химических веществ на поверхности газовых пузырьков (Бурсова и соавт, 1990), что требует более высоких доз озона в режиме озонофлотации.

Рис. 2. Влияние озона в режиме стандартного озонирования (03) и озонофлотации (ОФ) на степень снижения СМА (Кикр) хлорированной воды на штамме ТА 100,

Эксперименты по изучению СМА воды после озонирования с последующим хлорированием проведены на пилотной установке водопроводной станции волжского водоисточника, технологическая схема водоподготовки которой включала следующие этапы: озонирование (дозы озона от 1,02 до 4,78 мг/л в режиме озонирования) - хлорирование (дозы хлора от 1,3 до 2,3 мг/л) - коагуляцию -отстаивание - фильтрацию через двухслойный песчаный фильтр. На экспериментальной установке водопроводной станции москворецкого водоисточника (при дозах озона и хлора на уровне 1,6 мг/л) хлорирование проводилось после этапа фильтрации.

Во всех экспериментах с озонированием и последующим хлорированием выявлена мутагенная активность органических загрязнений воды, хотя исходная вода была не мутагенна. Однако СМА этих проб была существенно меньше, чем СМА пробы воды после первичного и вторичного хлорирования, применяемого на станции в этот период.

С12 • 5,5 мг/л С12 - 4,0 мг/л Оэ - 3,0 мг/л О] - 0,5 мг/л

СМ-.

Уровень СМА воды снижался с увеличением дозы озона при постоянной дозе хлора и с уменьшением дозы хлора при одинаковой дозе озона. Этот эффект отмечен для всех штаммов/вариантов, но наиболее выражен на штамме ТА 100 при СМ-(Рис 3).

150 125

сюо

1 75

&

50 25

-I*

0

03 - 1,02 мг/л 03 - 2,02 мг/л С12- 2,2 мг/л С12-2,2 мг/л

I

О Ж

6

150 125 100 75 50 25

03 - 4,12 мг/л 03-4,78 мг/л С12 - 2,3 мг/л С1{ - 1,3 мг/л

* - достоверное снижение ИКР по сравнению с хлорированием- Р< 0,01 А - разные дозы озона при одинаковой дозе хлора В - разные дозы хлора при сходных дозах озона

Рис. 3. Изменение СМА (ИКР) питьевой воды на штамме ТА 100 при СМ- в зависимости от дозы озона и дозы хлора.

В настоящее время для повышения качества питьевой воды внедряется озоносорбционная технология, сочетающая озонирование, фильтрацию через гранулированный активированный уголь (ГАУ), заключительное хлорирование.

На экспериментальной установке были испытаны дозы озона от 0,5 до 2,5 мг/л, а также проведены исследования по оценке эффективности доочистки воды на ГАУ в зависимости от срока его эксплуатации. Заключительное хлорирование проводилось гипохлоритом натрия в дозе 2,4 мг/л.

В эксперименте с ГАУ в начале эксплуатации выявлен слабый мутагенный эффект коцентратов воды только при дозе озона 0,5 мг/л на штамме ТА 98 при СМ+. После 2 месяцев эксплуатации ГАУ при дозе озона 0,5 мг/л мутагенный эффект концентрата воды был в 3 раза ниже, чем при стандартном двойном

хлорировании на штаммах ТА 100 при СМ- и СМ+ и ТА 98 при СМ-, а при дозе озона 2,0 мг/л приблизительно в 6 раз ниже на штамме ТА 100 при СМ- и отсутствовал в других вариантах. Следует отметить, что в этом случае уровень СМА хлорированной питьевой воды был выше и наблюдался во всех вариантах эксперимента, в отличие от СМА питьевой воды в период проведения эксперимента с новым ГАУ.

Исследования, проведенные на пилотной установке фирмы «Бе^етпопЬ), показали, что предокисление озоном в дозе 1,0 мг/л и вторичное озонирование (0,8 мг/л) перед фильтрацией на ГАУ не вызывало мутагенности проб воды, как до заключительного хлорирования, так и после.

Результаты, полученные в экспериментальных исследованиях, были подтверждены в условиях промышленных испытаний озоносорбционной технологии при дозе озона 2,5 мг/л

Таким образом, эксперименты по изучению СМА воды с использованием озона показали: отсутствие или слабую мутагенную активность побочных продуктов озонирования воды поверхностных водоисточников; существенное снижение по сравнению с хлорированием СМА водопроводной воды после разных вариантов сочетанной обработки озоном и хлором; высокую эффективность озоносорбционной технологии в снижении содержания мутагенных продуктов дезинфекции в питьевой воде; снижение СМА воды с увеличением дозы озона и оптимальный уровень снижения СМА воды при обработке дозами озона на уровне 1 мг/л и выше.

Наряду с озонированием в работе оценивали влияние комбинации двуокиси хлора (ОСЬ) и хлорирования на СМА воды поверхностного водоисточника (Табл. 4). При первичном хлорировании (гипохлорит натрия в дозе 2,0 мг/л) воды с последующей обработкой двуокисью хлора в дозе 1 мг/л отмечено отсутствие СМА, выявляемой на штамме ТА 100 при СМ-. В то же время уровень СМА воды, определяемый на штамме ТА 98 при СМ- и СМ+ был сходен с уровнем СМА пробы воды после первичного и вторичного хлорирования.

Первичная обработка воды двуокисью хлора с последующим вторичным хлорированием гипохлоритом натрия в дозе 1,2-1,3 мг/л не приводила к

образованию мутагенных соединений (Табл. 4). Отмеченный эффект не зависел от дозы двуокиси хлора (1 и 4 мг/л).

Результаты экспериментов выявили значительное снижение СМА воды поверхностных водоисточников при обработке двуокисью хлора в вариантах до и после хлорирования по сравнению с вариантом с первичным и вторичным хлорированием Полученные данные позволяют предположить, что комбинация хлорирования и двуокиси хлора приводит к существенному снижению образования мутагенных галогенорганических соединений при использовании дозы двуокиси хлора 1 мг/л, рекомендуемой для использования при водоподготовке

Таблица 4.

Степень снижения СМА (КИкр) проб воды при разных вариантах обработки двуокисью хлора.

№№ опыта" Доза дезинфектанта, мг/л Кикр, (%)

Первичная обработка Вторичная обработка ТА 100, СМ- ТА 100, СМ + ТА 98, СМ- ТА 98, СМ +

1 2,0 МаОС1 1,0 СЮ2 100 XX 0ХХХ 23,5,

2 1,0 СЮ2 1,2№ОС1 100 XX XX XX

3 4,0 СЮ2 1,3 ЫаОС1 100 100 100 XX

4 4,0 С102 1,3 МаОС1 100 100 100 100

* 1 - 3 - сравнение с первичной и вторичной обработкой гипохлоритом натрия; 4 -сравнение с первичным и вторичным хлорированием;

хх - СМА не выявлена на данном штамме/варианте в сравниваемых пробах воды; хх* - ИКР в сравниваемых пробах одинаково

Одним из перспективных методов обеззараживания и кондиционирования питьевой воды является йодирование (ЮА. Рахманин и соавт., 2003) В экспериментальных исследованиях проведена оценка возможного образования побочных продуктов при йодировании по показателю СМА в зависимости от дозы йода и величины водородного показателя воды. Исследования по технологии йодирования не выявили мутагенной активности концентратов исходной речной воды до и после введения йода в дозах 4 и 10 мг/л, хотя при указанных дозах йода отмечено появление ряда йодорганических соединений- йодроформ, дийодметан,

дийодхлорметан, диметиламинопиридин йодистый метил (Алексеева А В , 2002) В то же время хлорирование воды этого водоисточника приводило к образованию мутагенных соединений во всех пробах (ИКР 36-42 кол/л).

Установлено снижение уровня СМА хлорированной водопроводной воды с увеличением дозы йода (Рис. 4), при этом минимальная эффективная доза йода в отношении снижения СМА воды по данным всех экспериментов была на уровне 1 мг/л.

Опыт 1

Опыт 2

Опыт 3

Опыт 4

* - достоверное снижение ИКР по сравнению с пробой водопроводной воды: Р< 0,01

Рис. 4. СМА хлорированной водопроводной воды (ИКР для штамма ТА 100, СМ-) до и после йодирования разными дозами йода при рН 7,3-7,5.

В последние годы интенсивно изучается влияние рН воды на образование побочных продуктов дезинфекции (ЕНС 216). В связи с этим изучено влияние йодирования на уровень СМА хлорированной водопроводной воды при разных значениях водородного показателя (рН. 6,0; 7,3 и 9,0) дозой йода 1 мг/л (Рис 5). Исследования хлорированной водопроводной воды выявили ее мутагенность на штаммах ТА 100 и ТА 98 в варианте без метаболической активации Йодирование при рН 6,0 практически не изменило СМА водопроводной воды. При повышении

рН до 7,3 (рН водопроводной воды) мутагенная активность воды снижалась. В щелочной среде (рН 9,0) СМА йодированной водопроводной воды не выявлена.

Водопроводная рН 6,0 рН 7,3 рН 9,0 вода, рН 7,3

* -достоверное снижение ИКР по сравнению с пробой водопроводной воды Р< 0,01

Рис 5 СМА хлорированной водопроводной воды (ИКР для штамма ТА 100, СМ-) до и после йодирования (доза йода 1 мг/л) при разных рН.

В эксперименте при более низком значении СМА водопроводной хлорированной воды (ИКР 13,7 кол/л) йодирование в дозах 0,5 и 1,0 мг/л при рН 7,5 и 9,0 приводило к отсутствию мутагенной активности питьевой воды.

Таким образом, йодирование воды поверхностных водоисточников в отличие от хлорирования не приводит к образованию мутагенных соединений, а йодирование мутагенных соединений в хлорированной воде при определенных условиях, по-видимому, приводит либо к их разрушению, либо к образованию не мутагенных соединений. По результатам данных экспериментов наиболее оптимальная для снижения СМА хлорированной воды была доза йода 1 мг/л.

Основные требования к осуществлению контроля СМА воды.

Проведенные нами эксперименты на 2-х поверхностных водоисточниках выявили мутагенность всех проб питьевой хлорированной воды, снижение СМА при комбинированном воздействии дезинфектантов, зависящее от дозы вещества и рН воды Исследования показали, что при решении задачи замены при

водоподготовке хлорирования альтернативными способами дезинфекции воды или комбинирования хлорирования с другими дезинфектантами для эффективного контроля образования мутагенных соединений необходимо проведение экспериментов по сравнительной оценке СМА проб воды С учетом экспериментальных исследований разработаны основные требования к проведению контроля СМА воды для конкретных систем водоснабжения при совершенствовании существующих и внедрении новых технологий обеззараживания'

обязательный анализ СМА воды проб водоисточника, поскольку вода, особенно поверхностных водоисточников, может быть загрязнена мутагенными соединениями;

анализ СМА проб воды после стандартного хлорирования, применяемого на водопроводной станции в исследуемый период;

оценка СМА водопроводной воды из распределительной сети водопроводной станции, использующей воду поверхностного водоисточника и применяющей при водоподготовке первичное и вторичное хлорирование при выборе оптимальных режимов применения реагентов при кондиционировани питьевой воды

проведение исследований (по крайней мере, на начальном этапе) на стандартных штаммах салмонеллы в вариантах без и с системой метаболической активации;

испытание не менее 4 доз концентратов проб воды для оценки минимально-эффективных доз и зависимости эффекта от дозы;

анализ результатов по СМА воды как для пробы воды в целом, так и для каждого штамма сальмонеллы и варианта без и в присутствии системы метаболической активации для качественной и количественной характеристики влияния дезинфектантов и их комбинаций на СМА воды;

использование разработанной нами системы показателей для оценки влияния дезинфектантов на СМА воды

Эти эксперименты позволяют успешно решать задачи, касающиеся образования и/или элиминации мутагенов, образующихся в воде в процессе водоподготовки и при кондиционировании воды.

20

ВЫВОДЫ

1 Разработана система показателей, характеризующих количественно и качественно СМА воды при обработке ее дезинфектантами, включающая- величину, обратную удваивающему объему, в л, для пробы воды в целом и для отдельных штаммов Б 1урЫтипит; количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды для каждого штамма; коэффициент, характеризующий степень изменения СМА при исследуемом режиме обеззараживания по сравнению со стандартным хлорированием.

2 Выявлена СМА во всех пробах питьевой воды, прошедшей на двух водопроводных станциях стандартный режим водоподготовки, включающий первичное и вторичное хлорирование Установлена положительная корреляция СМА питьевой воды с интегральными показателями, характеризующими степень загрязнения воды поверхностных водоисточников органическими соединениями (цветность, окисляемость) и с дозой хлора при первичном хлорировании

3. Анализ воды поверхностных водоисточников г Москвы показал отсутствие СМА воды после обработки озоном в режиме озонирования; отсутствие мутагенной активности органических продуктов озонирования в режиме озонофлотации при дозе озона 0,5 мг/л и слабую мутагенную активность исходной воды в режиме озонофлотации при дозах озона 3 и 4 мг/л, уровень которой был значительно ниже, чем при хлорировании.

4. Сравнительная оценка озонирования в сочетании с хлорированием со стандартным первичным и вторичным хлорированием воды поверхностных водоисточников позволила установить:

- эффективное снижение уровня СМА (до 100%) хлорированной воды поверхностного водоисточника при последующем озонировании в диапазоне доз от 3,0 до 4,5 мг/л;

- более эффективное снижение уровня СМА хлорированной питьевой воды (дозы хлора 4 и 6 мг/л) озоном (дозы 0,5 и 3,0 мг/л) в режиме озонирования по сравнению с озонофлотацией

- снижение СМА питьевой воды поверхностного водоисточника с увеличением дозы озона (от 1,02 до 4,78 мг/л) перед хлорированием (диапазон доз хлора от 1,3 до 2,3 мг/л);

- оптимальный уровень снижения СМА воды при обработке озоном в режиме озонирования в комбинации с хлорированием - в дозе 1 мг/л и выше;

- высокую эффективность озоносорбционной технологии в снижении мутагенных продуктов дезинфекции в питьевой воде.

6. Обеззараживание воды поверхностных водоисточников двуокисью хлора и хлором в разных сочетаниях приводило к существенному снижению СМА питьевой воды по сравнению со стандартным хлорированием Оптимальной является схема, включающая первичную обработку воды поверхностного водоисточника двуокисью хлора в дозе 1 мг/л и вторичное хлорирование.

7. Установлено, что технология йодирования значимо снижала СМА хлорированной водопроводной воды с увеличением дозы йода от 0,5 до 4,0 мг/л при рН близком к нейтральному (7,3-7,5) Минимальная эффективная доза йода для снижения СМА хлорированной водопроводной воды для всех штаммов S. typhimurmm и вариантов опыта составила 1 мг/л. При йодировании хлорированной водопроводной воды в слабо щелочной среде (рН 9,0) СМА не обнаружена.

8. Контроль суммарной мутагенной активности воды рекомендуется в системе гигиенических исследований при оценке безопасности новых технологий обеззараживания и режимов водоподготовки, а также систем кондиционирования питьевой воды.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации.

1. Оценка суммарной мутагенной активности химических загрязнений воды Журков В С , Соколовский В В , Ахальцева JIВ. Можаева ТЕ - Российская конференция " Мутагены и канцерогены окружающей Среды Проблемы антимутагенеза" Тезисы докладов ( Казань, 30-31 мая 1996 г) С. 14-15

2 Оценка суммарной мутагенной активности воды водоисточников Журков В С, Рахманин Ю А, Соколовский В В , Можаева Т Е, Ахальцева Л В . Неяскина ЕВ - Сборник тезисов докладов международного конгресса " Вода экология и технология ", Москва, 17-21 сентября 1996 г, с. 508

3 Влияние хлорирования и озонирования на суммарную мутагенную активность воды поверхностного водоисточника Журков В С , Соколовский В В , Можаева Т Е, Миркис В И, Борисов В И, Ахальцева Л В - Гигиена и санитария , 1997, № 1, с 11-13

4 Мутагенная активность продуктов трансформации химических веществ при обработке воды поверхностных водоисточников озоном Ахальцева Л В. Журков ВС - 1-й съезд токсикологов России Тезисы докладов Москва, 1998, с 267

5 Methods of surface water treatment and total mutagenic activity (TMA) of drinking water Zhurkov V S , Akhaltseva L V . Mozhaeva T E, Lukmanova N E. Environmental Genotoxicology Field andHyman Studies in the Nordic/Baltic Region (Satellite Meeting to29 th Annual Meeting of EEMS and 16 л Annual Meeting of Nord EMS 30 June-3 July 1999, Vilnius, Lithuania) Abstracts Vilnius University, 1999 P 28-29

6 Estimation of mutagenicity of the clorination products of cyclohexene Sycheva L P, Zholdacova Z I, Poliakova E E, Lukmanova N E, Akhaltseva L V. Zhurkov V S Environmental Genotoxicology Field andHyman Studies in the Nordic/Baltic Region (Satellite Meeting to29 Annual Meeting of EEMS and 16 th Annual Meeting of Nord EMS 30 June-3 July 1999; Vilnius, Lithuania) Abstracts Vilnius University, 1999. P 54-55

6 Mutagenic activity of water after iodine or iodine/chlorine treatment Zhurkov V S , Akhaltseva L V . Kiijianova L F , Lukmanova N E, Mikhailova RI, Neyaskina E V, Ryzhova IN, Merkulova A V, Kiseleva О H / Pharmacology and Toxicology, 1999, V 85, Suppl 1, P 36-37

7 Мутагенная активность дезинфектантов питьевой воды Юрченко В В , Ахальиева Л В -2-ой съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров( 1-5 февраля 2000 г ) Тезисы докладов Том 2 Санкт-Петербург, 2000, с 216

8 Влияние йодирования на суммарную мутагенную активность (С М А) воды поверхностного водоисточника до и после хлорирования Ахальцева JIВ. Журков В С, Лукманова Н Э, Неяскина Е В , Кирьянова Л Ф, Михайлова Р И , Рыжова И Н - 2-ой съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров ( 1 -5 февраля 2000 г ) Тезисы докладов Том 2 Санкт-Петербург, 2000, с 146

9 Мутагенная активность воды при различных способах водоподготовки хлорирование, йодирование, хлорирование/йодирование Ахальцева Л В . Лукманова Н Э , Неяскина Е В , Кирьянова Л Ф, Михайлова Р И, Рыжова И Н, Журков В С Второй (четвертый) Российский съезд медицинских генетиков Тезисы докладов Часть 1 Курск, 2000, с 293-294

10 Дезинфектанты и суммарная мутагенная активность (СМА) воды поверхностных водоемов Журков В С , Ахальцева Л В . Лукманова Н Э, Неяскина Е В, Алексеева А В , Кирьянова Л Ф, Михайлова Р И , Рыжова И Н, Севастьянова Е М Четвертый международный конгресс "Вода экология и технология" Тезисы докладов Москва, 2000, с 749-750

11 Оценка мутагенной активности циклогексена и продуктов его хлорирования Сычева Л П, Жолдакова 3 И, Полякова Е Е, Лукманова Н Э , Ахальцева Л В . Журков В С Бюллетень экспериментальной биологии и медицины Т 129, № 6, с 683-685.

12 Ахальцева Л В . Неяскина Е В , Кирьянова Л Ф, Михайлова Р И, Можаева Т Е, Журков В С Суммарная мутагенная активность и концентрация галометанов в питьевой воде // "Гигиеническая наука и практика на рубеже XXI века" Материалы IX Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей Том 1, Москва, 2001, с 364-366

13 Журков ВС, Ахальцева Л В. Неяскина ЕВ Методические подходы к оценке суммарной мутагенной активности хлорированной питьевой воды // "Гигиеническая наука и практика на рубеже XXI века" Материалы IX Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей Том 1, Москва, 2001, с 441-444

14 Ахальцева Л В . Неяскина Е В , Журков В С , Коверга А В , Калашникова Е Г Влияние озоно-сорбционной технологии на показатель суммарной мутагенной активности (СМА) // 5-й Международный конгресс ЭКВАТЭК-2002 Материалы конгресса / Москва, 2002, с 273

15 Журков ВС, Рахманин ЮА, Михайлова РИ, Кирьянова ЛФ, Рыжова ИН, Ахальиева Л В. Неяскина Е В Контроль суммарной мутагенной активности (СМА) воды водоисточников // 5-й Международный конгресс ЭКВАТЭК-2002 Материалы конгресса / Москва, 2002, с 691-692

16 Ахальцева Л В. Журков ВС, Кирьянова ЛФ, Неяскина ЕВ, Рыжова ИН, Севастьянова Е М, Михайлова Р И Влияние иодирования на суммарную мутагенную активность (СМА) хлорированной водопроводной воды // Гигиена и Санитария, 2005 -№4 -С 18-19

Заказ Ne 18-b Подписано в печать 09.11.2005 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 0,84

ООО "Цифровичок", тел. (095) 797-75-76; (095) 778-22-20 \S--y www.cfr.ru; e-mail:mfo@cfr.ru

»21311

РНБ Русский фонд -с

2006-4 23013

I

Обеспечение населения качественной питьевой водой - глобальная проблема всего мирового сообщества (Онищенко Г.Г., 2003; WHO, 2003; Рахманин Ю.Л. и соавт., 2004). Анализ состояния питьевого водоснабжения в РФ свидетельствует об ухудшении качества питьевой воды вследствие увеличения антропогенной нагрузки на водоисточники, недостаточной барьерной роли традиционных методов водоподготовки в отношении биологического и химического загрязнения (Рахманин Ю.А. и соавт., 1995; Михайлова Р.И., 1999; Авчинников А.В., 2002). Одним из путей улучшения качества воды при водоподготовке является использование химических дезинфектантов и окислителей.

В течение многих лет хлор был единственным дезинфектантом воды, применяемым для предупреждения инфекционных заболеваний. В начале 70-х годов было установлено, что при взаимодействии хлора с естественными органическими соединениями поверхностных вод, образуется множество галогенсодержащих соединений (ГСС) (Красовский Г.Н. и соавт. 1987; Худолей В.В., Мизгирев И.В., 1996, ЕНС 216, 2000), многие из которых оказывают отрицательное токсическое, и в том числе канцерогенное воздействие на человека. Эпидемиологические исследования показали значимую связь потребления человеком хлорированной питьевой воды с частотой рака почек, мочевого пузыря и толстой кишки (Ильницкий А.П. и соавт., 1993; Morris, 1995; Kovivusalo, 1998 и др.), что обусловило необходимость контроля за наличием и образованием канцерогенных соединений в воде. В то же время длительная экспозиция организма к действию даже следовых количеств хлорорганических соединений, содержащихся в питьевой воде, может усилить действие канцерогенов, поступивших в организм другим путем (Луков А.Н., 2000). Все это, а также опасность транспортировки и хранения хлора (Абрамов В.М. и соавт., 1999; Подковыров В.П., Привен Е.М., 2004) ставят вопрос о частичной или полной замене хлора в процессе водоподготовки на другие дезинфектанты, в связи с чем, рассматривается вопрос о более широком внедрении озонирования, обработки воды двуокисью хлора и введении в ряде случаев йодирования (Рахманин Ю.А. и соавт., 2002; ATSDR, 2004).

Эти способы водоподготовки уже используются в различных странах мира, но риск, связанный с образованием побочных продуктов менее изучен, чем при хлорировании. Спектр химических соединений, образующихся в процессе водоподготовки, существенно различается для разных дезинфектантов и при их комбинированного применении (А.Г. Малышева, Л.Ф. Кирьянова, 2001; Е.Е. Полякова, Н.А. Зайцев, 2004;), варьируя в зависимости от сезонности и состояния самого водоисточника. Все это затрудняет оценку токсических, в том числе и мутагенных, эффектов побочных продуктов дезинфектантов.

Поэтому, наряду с физико-химическим анализом отдельных веществ, для оценки мутагенного эффекта побочных продуктов дезинфекции, необходимо определять их суммарную мутагенную активность (СМА). Это позволяет контролировать в целом мутагенную активность химических загрязнений воды, не определяя отдельных мутагенов. Наиболее эффективным интегральным биоиндикатором загрязнения воды канцерогенами и мутагенами является анализ её суммарной мутагенной активности (СМА) в тесте Salmonella/микросомы (тест Эймса), который позволяет регистрировать мутагенное влияние комплекса нелетучих органических соединений (Meier J.R. et al., 1988; Cerna M. et al., 1991; Журков B.C., 1993; Абилев С.К., 2003), образующихся в процессе дезинфекции воды поверхностных водоисточников.

Использованию этого подхода при внедрении новых технологий обеззараживания мешает отсутствие методических схем проведения исследований, четких показателей оценки эффективности методов водоподготовки в отношении снижения мутагенности воды.

Исходя из выше изложенного, целью данной работы явилась оценка влияния дезинфектантов на суммарную мутагенную активность (СМЛ) питьевой воды, для достижения которой были поставлены и решались следующие задачи:

1. Разработать систему показателей для оценки влияния дезинфектантов на СМА воды.

2. Изучить СМА питьевой воды на водопроводных станциях, использующих воду поверхностных водоисточников и применяющих первичное и вторичное хлорирование при водоподготовке.

3. Оценить влияние разных режимов озонирования, применяемого изолированно и в комбинации с хлорированием, на СМА воды поверхностных источников.

4. Оценить влияние комбинации двуокиси хлора и хлорирования на СМА воды поверхностного водоисточника.

5. Оценить влияние разных режимов йодирования на СМА хлорированной питьевой воды.

Научная новизна. Впервые:

- предложена система показателей оценки влияния дезинфектантов на СМА воды, включающая: количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды (ИКР); величину, обратную удваивающему объему воды (1/УО); долю снижения СМА питьевой воды при использовании альтернативного дезинфектанта или его комбинации с хлорированием по сравнению со стандартным хлорированием (КИкр);

- установлено существенное снижение СМА воды поверхностного водоисточника при применении озонирования до или после хлорирования. Определены оптимальные дозы озона для снижения СМА хлорированной воды;

- показана высокая эффективность озоносорбционной технологии водоподготовки в снижении мутагенных соединений в воде по сравнению с традиционной схемой, предусматривающей первичное и вторичное хлорирование;

- выявлено, что использование двуокиси хлора до или после хлорирования воды поверхностного водоисточника существенно снижает СМА; впервые показано, что йодирование существенно снижает мутагенную активность хлорированной водопроводной воды. Определены оптимальные дозы йода и рН воды, при которых происходит максимальное снижение СМА хлорированной питьевой воды.

Практическая значимость.

Показана необходимость экспериментальной оценки СМА воды при внедрении новых дезинфектантов изолированно и в комбинации с хлорированием в технологию водоподготовки или кондиционировании питьевой воды. Предложены схемы экспериментальных исследований для сравнительной оценки дезинфектантов в отношении образования побочных продуктов дезинфекции, обладающих мутагенной активностью при внедрении конкретных технологий водоподготовки или кондиционирования питьевой воды. Предлагаемые исследования будут способствовать выбору оптимальных технологий водоподготовки в отношении мутагенной и канцерогенной безопасности.

Материалы работы учтены при подготовке СанПиН 2.1.4.1116-02. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества».

Результаты оценки СМА использованы МГП «Мосводоканал» при выполнении комплексной оценки применения диоксида хлора в процессе водоподготовки и отработке режимов озоносорбционной технологии (Справка о внедрении № В-1/37 от 28.01.2002 г.).

Работа выполнена в лаборатории генетического мониторинга в рамках плановых тем ГУ НИИ ЭЧиГОС им. А.Н.Сысина РАМН (№№ госрегистрации: 01.9070002123; 01.20.0000689; 01.20.0000691), а также договора с МГГ1 «Мосводоканал» № 11-81/97. Работа проведена совместно с Мосводоканал НИИ проектом и МГП "Мосводоканал", а также с сотрудниками лаборатории гигиены питьевого водоснабжения ГУ НИИ ЭЧиГОС им. А.Н. Сысина РАМН.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на: международном конгрессе "Вода: экология и технология", Москва, 17-21 сентября 1996 г.; международных конгрессах ЭКВАТЕК (Москва, 1996, 2000, 2002 гг.); 1-ом съезде токсикологов России (Москва, 1998 г.); 29 ежегодном совещании Европейского общества по мутагенам окружающей среды (Копенгаген, Дания, 1999 г.); 16-ом ежегодном совещании Общества по мутагенам окружающей среды стран Северной Европы (Вильнюс, 1999 г.); втором Российском съезде медицинских генетиков (Курск, 2000 г.); 2-ом съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Санкт-Петербург, 2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 3 в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, шести глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений. Текст изложен на 130 страницах машинописи, иллюстрирован 17 таблицами и 12 рисунками. Указатель литературы содержит 199 источников, из них 61 отечественных и 138 иностранных авторов.

ВЫВОДЫ.

1. Разработана система показателей, характеризующих количественно и качественно СМА воды при обработке ее дезинфектантами, включающая: величину, обратную удваивающему объему, в л, для пробы воды в целом и для отдельных штаммов S. typhimurium; количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды для каждого штамма; коэффициент, характеризующий степень изменения СМА при исследуемом режиме обеззараживания по сравнению со стандартным хлорированием.

2. Выявлена СМА во всех пробах питьевой воды, прошедшей на двух водопроводных станциях стандартный режим водоподготовки, включающий первичное и вторичное хлорирование. Установлена положительная корреляция СМА питьевой воды с интегральными показателями, характеризующими степень загрязнения воды поверхностных водоисточников органическими соединениями (цветность, окисляемость) и с дозой хлора при первичном хлорировании.

3. Анализ воды поверхностных водоисточников г. Москвы показал отсутствие СМА воды после обработки озоном в режиме озонирования; отсутствие мутагенной активности органических продуктов озонирования в режиме озонофлотации при дозе озона 0,5 мг/л и слабую мутагенную активность исходной воды в режиме озонофлотации при дозах озона 3 и 4 мг/л, уровень которой был значительно ниже, чем при хлорировании.

4. Сравнительная оценка озонирования в сочетании с хлорированием со стандартным первичным и вторичным хлорированием воды поверхностных водоисточников позволила установить:

- эффективное снижение уровня СМА (до 100%) хлорированной воды поверхностного водоисточника при последующем озонировании в диапазоне доз от 3,0 до 4,5 мг/л;

- более эффективное снижение уровня СМА хлорированной питьевой воды (дозы хлора 4 и 6 мг/л) озоном (дозы 0,5 и 3,0 мг/л) в режиме озонирования по сравнению с озонофлотацией.

- снижение СМА питьевой воды поверхностного водоисточника с увеличением дозы озона (от 1,02 до 4,78 мг/л) перед хлорированием (диапазон доз хлора от 1,3 до 2,3 мг/л);

- оптимальный уровень снижения СМА воды при обработке озоном в режиме озонирования в комбинации с хлорированием - в дозе 1 мг/л и выше;

- высокую эффективность озоносорбционной технологии в снижении мутагенных продуктов дезинфекции в питьевой воде.

6. Обеззараживание воды поверхностных водоисточников двуокисью хлора и хлором в разных сочетаниях приводило к существенному снижению СМА питьевой воды по сравнению со стандартным хлорированием. Оптимальной является схема, включающая первичную обраббтку воды поверхностного водоисточника двуокисью хлора в дозе 1 мг/л и вторичное хлорирование.

7. Установлено, что технология йодирования значимо снижала СМА хлорированной водопроводной воды с увеличением дозы йода от 0,5 до 4,0 мг/л при рН близком к нейтральному (7,3-7,5). Минимальная эффективная доза йода для снижения СМА хлорированной водопроводной воды для всех штаммов S. typhimurium и вариантов опыта составила 1 мг/л. При йодировании хлорированной водопроводной воды в слабо щелочной среде (рН 9,0) СМА не обнаружена.

8. Контроль суммарной мутагенной активности воды рекомендуется в системе гигиенических исследований при оценке безопасности новых технологий обеззараживания и режимов водоподготовки, а также систем кондиционирования питьевой воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Анализ ряда показателей, используемых в настоящее время для характеристики суммарной мутагенной активности воды, выявил некоторые ограничения их использования для сравнения уровней мутагенности водоисточников и питьевой воды. Это привело к необходимости разработки и определения набора основных показателей для экспериментальной оценки СМА воды в тесте Эймса. Нами разработана система, включающая следующие показатели:

1. (ИКР) - количество индуцируемых колоний ревертантов на 1 л воды - показатель, который информативен при сравнении эффективности режимов обработки в пределах одного эксперимента для каждого штамма и варианта метаболической активации и позволяет оценить статистическую значимость изменения СМА сравниваемых в опыте проб воды в пределах конкретного штамма/варианта;

2. (1/УО) - величина, обратная удваивающему объему воды - т. е. объему воды в л., удваивающему число колоний ревертантов на чашку в опыте над контролем. Показатель 1/УО не зависит от спонтанного уровня колоний ревертантов на чашку, вследствие чего более адекватен для сравнения мутагенности проб воды для разных штаммов Salmonella typhimurium и вариантов опыта, может говорить о характере влияния способа обработки на СМА воды;

3. Коэффициент Кикр - характеризующий степень снижения СМА исследуемого режима водоподготовки по сравнению со стандартным хлорированием и определяемый по формуле:

Кикр = [(ИКР1а, - ИКР(С,-о,) : ИКР(С1)] * 100%; где ИКР(а, - ИКР для режима со стандартным хлорированием; №CP(Ci d) - ИКР для режима с альтернативным дезинфектантом или комбинирования хлорирования и альтернативного дезинфектанта.

Этот, предложенный нами показатель, позволяет оценивать долю снижения СМА (в %) для исследуемого режима дезинфекции альтернативным дезинфектантом или его комбинации с хлорированием по сравнению только с хлорированием (или в экспериментах по кондиционированию воды по сравнению с СМА водопроводной воды). КИКР информативен для сравнения различных технологий водообработки по результатам нескольких экспериментов.

Использование этих показателей в наших экспериментах позволило, на примере двух поверхностных водоисточников, оценить уровни СМА исходной и питьевой воды, обработанной по традиционной схеме водоподготовки, включающей первичное и вторичное хлорирование, и сравнить их с уровнем СМА при использовании альтернативных дезинфектантов. В ходе исследований определена мутагенность питьевой хлорированной воды, которая определялясь во всех вариантах экспериментов с проявлением максимального уровня мутагенного эффекта на штамме ТА 100 без активации и в меньшей степени на штамме ТА 98 без активации, что характерно для продуктов трансформации органических соединений природного и антропогенного происхождения, образующихся при хлорировании воды поверхностных водоисточников.

Озон.

При анализе СМА воды поверхностных водоисточников после введения различных доз озона (Глава 6.1.) в режиме озонирования выявлено отсутствие .мутагенного действия озона в дозах 0,5 - 4,5 мг/л. Озонофлотация (барбатирование озоно-воздушной смесью 0,1 м3/м2 час) при дозе озона 0,5 мг/л также не индуцировала значимое образование мутагенов в воде. В эксперименте при дозах озона 3 и 4 мг/л в режиме озонофлотации отмечен слабый мутагенный эффект концентратов воды, который на штамме ТА 100 при СМ-был в 6,4 раза ниже, чем СМА воды при стандартном хлорировании.

Оценка влияния на СМЛ воды озонирования после первичного хлорирования (доза хлора от 2,0 до 6,0 мг/л) показала (Глава 6.2.), что озон в режиме озонирования существенно снижал СМА воды по сравнению с хлорированием: при дозах озона в диапазоне от 3,0 до 4,5 мг/л степень снижения СМА воды по показателю Кикр составила от 65% до 100%. При дозе озона 0,5 мг/л эффект снижения был менее выражен и составлял для штамма ТА 100 при СМ- до 46%. В изученном диапазоне доз хлора (2-4 мг/л) и озона (0,53,8 мг/л) отмечено снижение СМА воды с увеличением дозы озона при одинаковой дозе хлора и повышение СМА воды с увеличением дозы хлора при одинаковых дозах озона.

Следует отметить, что озон в режиме озонирования более эффективно снижал СМА хлорированной воды поверхностного водоисточника (доза хлора 4 и 5,5 мг/л), чем в режиме озонофлотации. Этот эффект отмечался при разных дозах озона - 0,5 и 3,0 мг/л.

Эксперименты по изучению СМА воды после озонирования с последующим хлорированием (Глава 6.3.) проведены на пилотной установке водопроводной станции волжского водоисточника, технологическая схема водоподготовки которой включала следующие этапы: озонирование (дозы озона от 1,02 до 4,78 мг/л в режиме озонирования) - хлорирование (дозы хлора от 1,3 до 2,3 мг/л) - коагуляцию - отстаивание - фильтрацию через двухслойный песчаный фильтр. На экспериментальной установке водопроводной станции москворецкого водоисточника (при дозах озона и хлора на уровне 1,6 мг/л) хлорирование проводилось после этапа фильтрации.

Во всех экспериментах с озонированием и последующим хлорированием выявлена мутагенная активность органических загрязнений воды, хотя исходная вода была не мутагенна. Однако СМА этих проб была существенно меньше, чем

СМА пробы воды после первичного и вторичного хлорирования, применяемого на станции в этот период.

Уровень СМА воды снижался с увеличением дозы озона при постоянной дозе хлора и с уменьшением дозы хлора при одинаковой дозе озона. Этот эффект отмечен для всех штаммов/вариантов, но наиболее выражен на штамме ТА 100 при СМ-.

В настоящее время для повышения, качества питьевой воды внедряется озоносорбционная технология (Глава 6.4.), сочетающая озонирование, фильтрацию через гранулированный активированный уголь (ГАУ), заключительное хлорирование. На экспериментальной установке были испытаны дозы озона от 0,5 до 2,5 мг/л, а также проведены исследования по оценке эффективности доочистки воды на ГАУ в зависимости от срока его эксплуатации. Заключительное хлорирование проводилось гипохлоритом натрия в дозе 2,4 мг/л.

В эксперименте с ГАУ в начале эксплуатации выявлен слабый мутагенный эффект коцентратов воды только при дозе озона 0,5 мг/л на штамме ТА 98 при СМ+. После 2 месяцев эксплуатации ГАУ при дозе озона 0,5 мг/л мутагенный эффект концентрата воды был в 3 раза ниже, чем при стандартном двойном хлорировании на штаммах ТА 100 при СМ- и СМ+ и ТА 98 при СМ-, а при дозе озона 2,0 мг/л приблизительно в 6 раз ниже на штамме ТА 100 при СМ- и отсутствовал в других вариантах. Следует отметить, что в этом случае уровень СМА хлорированной питьевой воды был выше и наблюдался во всех вариантах эксперимента, в отличие от СМА питьевой воды в период проведения эксперимента с новым ГАУ.

Исследования, проведенные на пилотной установке фирмы «Degremont», показали, что предокисление озоном в дозе 1,0 мг/л и вторичное озонирование (0,8 мг/л) перед фильтрацией на ГАУ не вызывало мутагенности проб воды, как до заключительного хлорирования, так и после.

Результаты, полученные в экспериментальных исследованиях, были подтверждены в условиях промышленных испытаний озоносорбционной технологии при дозе озона 2,5 мг/л.

Таким образом, эксперименты по изучению СМА воды с использованием озона показали: отсутствие или слабую мутагенную активность побочных продуктов озонирования воды поверхностных водоисточников; существенное снижение по сравнению с хлорированием СМА водопроводной воды после разных вариантов сочетанной обработки озоном и хлором; высокую эффективность озоносорбционной технологии в снижении содержания мутагенных продуктов дезинфекции в питьевой воде; снижение СМА воды с увеличением дозы озона и оптимальный уровень снижения СМА воды при обработке дозами озона на уровне 1 мг/л и выше.

Двуокись хлора.

При первичном хлорировании (гипохлорит натрия в дозе 2,0 мг/л) воды с последующей обработкой двуокисью хлора (ОСЬ) в дозе 1 мг/л отмечено отсутствие СМА, выявляемой на штамме ТА 100 при СМ-. В то же время уровень СМА воды, определяемый на штамме ТА 98 при СМ- и СМ+ был сходен с уровнем СМА пробы воды после первичного и вторичного хлорирования (Глава 7.).

Первичная обработка воды двуокисью хлора с последующим вторичным хлорированием гипохлоритом натрия в дозе 1,2-1,3 мг/л не приводила к образованию мутагенных соединений. Отмеченный эффект не зависел от дозы двуокиси хлора (1 и 4 мг/л).

Результаты экспериментов выявили значительное снижение СМА воды поверхностных водоисточников при обработке двуокисью хлора в вариантах до и после хлорирования по сравнению с вариантом с первичным и вторичным хлорированием. Полученные данные позволяют предположить, что комбинация хлорирования и двуокиси хлора приводит к существенному снижению образования мутагенных галогенорганических соединений при использовании дозы двуокиси хлора 1 мг/л, рекомендуемой для использования при водоподготовке.

Иодирование.

В экспериментальных исследованиях проведена оценка возможного образования побочных продуктов при йодировании по показателю СМА в зависимости от дозы йода и величины водородного показателя воды. Исследования по технологии йодирования не выявили мутагенной активности концентратов исходной речной воды до и после введения йода в дозах 4 и 10 мг/л. В то же время хлорирование воды этого водоисточника приводило к образованию мутагенных соединений во всех пробах .

Установлено снижение уровня СМА хлорированной водопроводной воды с увеличением дозы йода (0,5-4,0 мг/л), при этом минимальная эффективная доза йода в отношении снижения СМА воды по данным всех экспериментов была на уровне 1 мг/л (Глава 8.2.).

В последние годы интенсивно изучается влияние рН воды на образование побочных продуктов дезинфекции. В связи с этим изучено влияние йодирования на уровень СМА хлорированной водопроводной воды при разных значениях водородного показателя (рН. 6,0; 7,3 и 9,0) дозой йода 1 мг/л (Глава 8.3.). Исследования хлорированной водопроводной воды выявили ее мутагенность на штаммах ТА 100 и ТА 98 в варианте без метаболической активации. Йодирование при рН 6,0 практически не изменило СМА водопроводной воды. При повышении рН до 7,3 (рН водопроводной воды) мутагенная активность воды снижалась. В щелочной среде (рН 9,0) СМА йодированной водопроводной воды не выявлена.

В эксперименте при более низком значении СМЛ водопроводной хлорированной воды (ИКР 13,7 кол/л) йодирование в дозах 0,5 и 1,0 мг/л при рН 7,5 и 9,0 приводило к отсутствию мутагенной активности питьевой воды.

Йодирование воды поверхностных водоисточников, по-видимому, в отличие от хлорирования не приводит к образованию мутагенных соединений, а йодирование мутагенных соединений в хлорированной воде при определенных условиях, по-видимому, приводит либо к их разрушению, либо к образованию не мутагенных соединений. По результатам данных экспериментов наиболее оптимальная для снижения СМА хлорированной воды была доза йода 1 мг/л.

Таким образом, оценка СМА питьевой воды двух поверхностных водоисточников Московского региона, показала отсутствие или существенное снижение уровня мутагенности при использовании альтернативных дезинфектантов изолировано и в сочетании с хлорированием по сравнению с хлорированием.

Следует отметить, что используемая нами методика оценки СМА воды не позволяет регистрировать возможный мутагенный эффект образующихся при обработке воды поверхностных водоисточников броматов, хлоритов и хлоратов. Мутагенная и возможная канцерогенная активность этих соединений обсуждается в ряде работ (ЕНС 216, 2000; IARC, 2002; ATSDR, 2004b). Контроль за образованием этих продуктов трансформации в воде при использовании в технологии водоподготовки двуокиси хлора должен проводится химико-аналитическими методами. Тест Эймса (с приведенной в данной работе пробоподготовкой) эффективен для контроля образования комплекса нелетучих органических продуктов трансформации, образующихся при дезинфекции в процессе водоподготовки. Однако эффективность контроля образования мутагенных соединений напрямую зависит от правильного планирования проведения экспериментов по сравнительной оценке СМЛ проб воды, что включает: обязательный анализ СМА воды проб водоисточника параллельно с анализом СМА проб воды после стандартного хлорирования, применяемого на водопроводной станции в исследуемый период, поскольку вода, особенно поверхностных водоисточников, может быть загрязнена мутагенными соединениями; оценку СМА водопроводной воды из распределительной сети водопроводной станции, использующей воду поверхностного водоисточника и применяющей при водоподготовке первичное и вторичное хлорирование при выборе оптимальных режимов применения реагентов при кондиционировани питьевой воды; проведение исследований (по крайней мере, на начальном этапе) следует на стандартных штаммах салмонеллы (ТА 100 и ТА 98) в вариантах без и в присутствии системы метаболической активации с испытанием не менее 4 доз концентратов проб воды для оценки минимально-эффективных доз и зависимости эффекта от дозы; анализ результатов СМА воды для качественной и количественной характеристики влияния дезинфектантов и их комбинаций на СМА воды с использованием предложенной нами системы показателей.

Эти эксперименты позволят успешно решать задачи, касающиеся определения оптимальных условий водоподготовки при выборе новых технологий дезинфекции, и контролировать наличие комплекса нелетучих органических продуктов трансформации, образующихся в процессе обработки воды различными дезинфектантами.