Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ (ИХ) ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД

Гулиева Г.А. Бабаева Э.М.
В статье представлены результаты микробиологического исследования сточных вод на различных этапах очистки. Применен метод ионной хроматографии (ИХ) как экспресс- метод детекции патогенов. В результате исследования выявлено наличие патогенов, таких как Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumonia после механической очистки. Результаты исследования полагают необходимость совершенствования методов очистки сточных вод, используемых в различных целях.

С целью сохранения естественной биологической жизни представляется необходимостью контроль водных ресурсов, так как человек должен быть обеспечен пресной водой, отвечающей требованиям, действующим на данный момент стандартов.

Чрезвычайную опасность представляет микробная загрязненность воды: фекалии человека и фекально-бытовые сточные воды являются основным источником патогенных микроорганизмов, распространяемых водой.

Следует отметить, что поверхностные и грунтовые воды могут быть загрязнены хозяственно-бытовыми сточными водами наряду с техническими и химическими отходами.

Контроль сточных вод в отношении патогенной микрофлоры показал, что это эффективный эпидемиологический тест для определения заболеваний, преобладающих среди населения в данный момент [2, 4, 13, 14].

Даже в условиях соответствующей эксплуатации обработанные сточные воды содержат определенное количество патогенных бактерий, вирусов и паразитов, что представляет потенциальную опасность для здоровья человека, например при использовании очищенных вод для рекреационных целей [5, 6].

Существуют различные методы санитарно- микробиологического контроля воды. В основном это трудоемкие и длительные по времени анализы, требующие соответствующей аппаратуры, питательных средств и химреактивов.

Трудность идентификации микроорганизмов в том, что в водном сообществе с обилием органического вещества (сточные воды) число культивируемых видов составляет многие сотни, а доминируют десятки, среди которых обнаруживаются и патогенные агенты [1, 3, 8, 12].

К вышеотмеченному следует добавить немаловажный факт, еще более повышающий актуальность проблемы индикации вирусно-бактериальной флоры и очистки используемых вод - факт существования проблемы биологического терроризма, предполагающего локальное распространение биологических агентов (БА).

Из различных источников следует, что в перечень вероятных биологических агентов входят 34-39 возбудителей инфекционных болезней различной этиологии и токсинов [9, 10].

Вышеотмеченное полагает постоянный контроль за выполнением положений Конвенции о биологическом оружии и его совершенствовании [7].

Возникает необходимость пересмотра тактики эпидемиологического обследования, задачей которого является установление причины появления инфекционных больных (естественной и искусственной) в сочетании с регулярным мониторингом по изучению спектра вирусно-бактериальной флоры в используемых водах.

В связи с изложенным представляется актуальным разработка экспресс-методов детекции и более продуктивной индикации вирусно-бактериальной флоры из загрязненных вод.

Для экспресс-диагностики патогенов, включая анаэробных возбудителей, особо эффективно применение метода ионной хроматографии, основанного на хроматографическом определении в исследуемом материале специфических продуктов метаболизма бактерий.

С целью выявления спектра патогенов в сточных водах очистных сооружений г. Баку были исследованы пробы сточных вод, отобранных на различных этапах очистки.

Материалы и методы исследования

Исследованы пулы проб сточных вод Зыхской очистной станции после механической, биологической очистки, после хлорирования и пулы проб ила с осадочных площадок станции Говсаны.

Отмеченные исследования проведены с использованием ионной хроматографической системы İCS-2000 производства компании Dionеx, предназначенная для проведения ионных анализов [11].

Перед проведением анализа образца проводится калибровка ионной хроматографической системы с использованием растворов стандартов. Сравнением данных, полученных при анализе образца, с данными, полученными от известных стандартов, можно провести идентификацию и количественное определение ионов в образце.

Системы для сбора и обработки данных, обычно это компьютерное программное обеспечение, управляющее прогоном хроматограммы, получает диаграмму зависимости сигнала детектора от времени.

Хроматографическая программа пересчитывает каждый пик на хроматограмме в концентрацию образца и выдает распечатку результатов.

Каждому компоненту смеси образца на хроматограмме соответствует отдельный пик. Время от начала хроматограммы до появления вершины пика называется временем удерживания (Retention- time-tR).

Определение количественного состава смеси проводится путем сопоставления времени удерживания данного компонента и эталона вещества известной структуры.

Совпадение времени удерживания стандартных кислот и кислот из исследуемого образца указывает на их идентичность.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследования проб сточных вод выявили:

при сопоставлении пиков выхода кислот из стандартных образцов с пиками выхода растворов кислот (или иначе- «время удерживания компонентов») из исследуемого образца была установлена идентичность пиков выхода (tR) стандартных (эталонных) растворов кислот (рис. 1) с пиками выхода (tR) аналогичных кислот в образце сточных вод после механической обработки (рис. 2). При этом наличие масляной кислоты не было отмечено. Что касается количественного содержания исследуемых кислот (Amount ppm), то следует отметить значимое уменьшение концентрации продуктов метаболизма с 7,129 до 0,830. Представляет интерес относительное распределение (Rel. Area) детектированных метаболитов в поле между пиками. Наиболее близкие к стандартам по значению были муравьиная и уксусная кислоты с некоторым превалированием последней (56,36-24,34) (табл. 1, 2).

Рис. 1. Пики выхода кислот из контрольных (стандартных) образцов

Рис. 2. Пики выхода кислот из исследуемого образца I (проба сточных вод после механической обработки)

Таблица 1 Количественные показатели контрольных (стандартных) образцов

№ п/п

Rel. Time, min

Peak name

Height

Area, μS·min

Rel. Area, %

Amount, ppm

Type

1

12,98

Acetate

1,081

0,252

24,34

1,750

ВМВ^

2

13,73

Propionate

0,623

0,127

12,28

1,283

ВМВ^

3

14,18

Formate

2,769

0,472

45,63

1,756

ВМВ^

4

14,74

Butyrate

0,388

0,096

9,24

1,091

ВМВ^

5

16,95

Valerate

0,223

0,088

8,51

1,248

ВМВ^

Total:

 

 

5,083

1,035

100,00

7,129

 

Таблица 2  Количественные показатели детектированных кислот из образца I (проба сточных вод после механической обработки)

№ п/п

Rel. Time, min

Peak name

Heigh,

Area, μS·min

Rel. Area, %

Amount, ppm

Type

1

*2,90

Acetate

0,329

0,080

56,36

0,533

ВМВ^

2

*3,7366

Propionate

0,013

0,007

0,17

0,010

ВМВ^

3

*1,11

Formate

0,287

0,054

38,16

0,196

ВМВ^

4

*8,85

Valerate

0,075

0,008

1,30

0,085

ВМВ^

Total:

 

 

0,651

0,141

100,00

0,830

 

Анализ пиков выхода (tR) метаболитов при изучении пробы сточных вод после биологической обработки выявил выраженное совпадение пиков выхода 3-х кислот: муравьиной, пропионовой и уксусной при отсутствии уже 2-х кислот - валериановой и масляной (рис. 3). Количественные показатели (Amount ppm) выявили уменьшение концентрации метаболитов до 0,522. Относительное распределение метаболитов (Rel. Area) выявило близкие по значению к стандартам наличие муравьиной кислоты (3962-4563) с превалированием уксусной кислоты (57,28-24,34) (табл. 3). Сравнение пиков выхода (или tR) метаболитов при изучении пробы сточных вод после хлорирования выявило совпадение только 2-х пиков выхода кислот: уксусной и муравьиной (рис. 4).

Количественное содержание отмеченных кислот (Amount ppm) было значимо снижено до 0,076. Относительное распределение метаболитов (Rel. Area) было очень близко по значению к стандарту в следующем соотношении: 56,13-56,36 и 33,87-38,16 соответственно указанным выше кислотам (табл. 4).

Рис. 3. Пики выхода кислот из исследуемого образца II (проба сточных вод после биологической обработки)

Рис. 4. Пики выхода кислот из исследуемого образца III (проба сточных вод после хлорирования)

Таблица 3  Количественные показатели детектированных кислот из образца II (проба сточных вод после биологической обработки)

№ п/п

Rel. Time, min

Peak name

Height

Area, μS·min

Rel. Area, %

Amount, ppm

Type

1

12,95

Acetate

0,258

0,054

57,28

0,359

ВМВ^

2

13,70

Propionate

0,017

0,003

3,10

0,028

ВМВ^

3

14,17

Formate

0,219

0,037

39,62

0,135

ВМВ^

Total:

 

 

0,494

0,094

100,00

0,522

 

Таблица 4 Количественные показатели детектированных кислот из образца III (проба сточных вод после хлорирования)

№ п/п

Rel. Time, min

Peak name

Height

Area, μS·min

Rel. Area, %

Amount, ppm

Type

1

13,06

Acetate

0,044

0,009

66,13

0,059

ВМВ^

3

14,25

Formate

0,023

0,005

33,87

0,017

ВМВ^

Total:

 

 

0,067

0,014

100,00

0,076

 

Исследование активного ила выявило наличие 3-х кислот: уксусной, пропионовой и муравьиной (рис. 5), аналогично спектру кислот детектированных после биологической очистки. В количественном отношении (Amount ppm) следует отметить значение концентрации метаболитов 0,505 близкое по значению полученному после биологической очистки - 0,522. Что касается относительного распределения (Rel. Area) метаболитов, то было выявлено наиболее значимое распределения муравьиной кислоты (72,92-45,63) и уксусной кислоты (25,06-24,34) с небольшим содержанием пропионовой кислоты (2,02-12,28) (табл. 5).

Рис. 5. Пики выхода кислот из исследуемого образца IV (проба - активный ил)

Таблица 5  Количественные показатели детектированных кислот из образца IV (проба - активный ил)

№ п/п

Rel. Time, min

Peak name

Height

Area, μS·min

Rel. Area, %

Amount, ppm

Type

1

13,02

Acetate

0,154

0,028

25,06

0,186

ВМВ^

2

13,76

Propionate

0,013

0,002

2,02

0,021

ВМВ^

3

14,25

Formate

0,467

0,082

72,92

0,297

ВМВ^

Total:

 

 

0,634

0,112

100,00

0,505

 

Резюмируя полученные данные следует отметить: отсутствие масляной кислоты после механической очистки, отсутствие валериановой и масляной кислот - после биологической очистки, отсутствие пропионовой, масляной, валериановой кислот - после хлорирования. В активном иле определены 3 кислоты: уксусная, пропионовая и муравьиная как и в пробе сточных вод после биологической очистки, что связано по-видимому, с тем, что иловые отложения складываются после биологической обработки.

Следует отметить, что обнаружение масляной и валериановой кислот в образцах говорит о наличии облигатных анаэробных бактерий.

Наличие же в образцах уксусной, пропионовой и муравьиной кислот говорит о присутствии факультативных анаэробов, таких как Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumonia.

Таким образом, следует вывод, что после механической очистки сточных вод отмечено наличие метаболитов облигатно- анаэробных бактерий и их отсутствие после биологической очистки.

После хлорирования отмечено отсутствие облигатных анаэробнвх бактерий.

В активном иле метаболиты анаэробных бактерий не выявлены. Но во всех образцах и после всех видов очистки сточных вод отмечено наличие факультативных анаэробов, в том числе и в активном иле.

Но наименьший спектр метаболитов отмеченных патогенов детектирован после хлорирования.

Вышеотмеченные полагает необходимость поиска более совершенных методов очистки сточных вод, спускаемых в море и используемых в ирригационных целях.

Список литературы

  1. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую микробиологию. - М., 2001
  2. Казанцева В.А. и соавт. Методические указания по выделению цитопатогенных энтеровирусов из сточных вод. - М., 1965. Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов АМН СССР.
  3. Кокушкин А.М. и др. // Матер. научн конф. посв. 275-летию Российск акад. наук. - Саратов, 1999
  4. Садыхова Ф.Э., Мамедли Ф.М. и соавт. К индикации энтеровирусов из сточных вод / Azərbaycan Respublikası Səhiyyə Nazirliyi Gəncə Şəhər Səhiyyə İdarəsi Ə.Əliyev ad. Azərbaycan Dövlət Həkimləri Təkmilləşdirmə İnstitutunun 70 illiyinə həsr olunmuş səyyаr Elmi- Praktik Konfransın Materiallarının Toplusu. Elmi əsərlərin məcmuəsi. - Gəncə, 2005. - С. 167-172
  5. Садыхова Ф.Э. Распространение энтеровирусов в г. Баку, установленное при вирусологическом обследовании сточных вод и организованного контингента здоровых детей: дис. ... канд. мед. наук. - Баку, 1971.
  6. Садыхова Ф.Э., Насирова Э.Ш., Гулиева Г.А., Шихалиева Ш.Т., Мейбалиев Ф.Т., Дадашев А.Э. К вопросу циркуляции энтеровирусов среди населения Азербайджана в постликвидационный по полиомиелиту период (2008-2010 годы) // Azərbaycan Respublikası Səhiyyə Nazirliyi Ə.Əliyev ad. Azərbaycan Dövlət Həkimləri Təkmilləşdirmə İnstitutu. Əziz Məmmədkərim oğlu Əliyevin 115 illiyinə həsr olunmuş elmi konfransın məcmuəsi. - Bakı, 2012. - С. 165-169.
  7. Усиление Конвенции по биологическому оружию путем выработки мер по укреплению доверия / под ред. Э. Гайслера. - Оксфорд, 1990. - 152 с.
  8. Чиров П.А., Белонович Г.А. Фундаментальные и прикладные аспекты функциональных водных систем // Матер. Всероссийск. научн.-конф. - Саратов, 2001
  9. Biological Warfare and Terrorism. Medical issues and responce/ satellite Broadcast. -September 26-28, 2000.
  10. Centers for Disease Control and Prevention, Critical biological Agents for Public Health Preparedness: Summary of Selection Process and Recomendations. Unpublished report. - October 16, 1999
  11. Dionex Ионная хроматографическая система İCS- 2000. Инструкция по эксплуатации 2003 Dionex Corporation. Документ №031857 Издание №01 Март 2003 Moore B. Nonthly Bull. - Ministry Health. 1948. - №7. - 241 с
  12. Jannasch H.W., Eimhjetten K., Wirsen C.O., Farman­farmalan A. // Science. - 1971. - №171. - 672 с.
  13. Moore B. Nothly Bull. - Ministry Health. - 1948. - №7. - 241 с.
  14. Riordan I. Isolation of enteroviruses from sewage before and after vaccine administration // J bio. and med. - 1962. - v.34. - P. 512-521.

Библиографическая ссылка

Гулиева Г.А., Бабаева Э.М. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ (ИХ) ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 9. – С. 19-24;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=30679 (дата обращения: 16.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074