ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2018, Том 2, № 2,

с. 251 — 271

 

Утилизация и биодеградация отходов

 

УДК 628.38:615.9                                                                         Скачать PDF 

DOI: 10.25514/CHS.2018.2.14120

 

ПРОБОПОДГОТОВКА И БИОТЕСТИРОВАНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ИЛОВЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

 А. В. Игнатенко

Белорусский государственный технологический университет, кафедра биотехнологии, г. Минск, Республика Беларусь, e-mail: ignatenko_av[at]tut.by

Поступила в редакцию 23.11.2018 г.

Аннотация — Рассмотрены достоинства и недостатки физико-химического и биологического подходов к оценке химической безопасности осадков сточных вод городских очистных сооружений. Представлены результаты пробоподготовки и биотестирования токсичности иловых осадков с помощью теста на выживаемость клеток микроводоросли E. gracilis. Проведен анализ токсичности гидрофильных и гидрофобных веществ, выделенных из осадков водной экстракцией, обработкой гексаном и желчью. Предложена последовательная схема термообработки осадков при 20°С, 100°С, 270°С, 550°С для анализа содержания свободных и связанных форм токсичных веществ. Оценка текущей и потенциальной химической опасности осадков сточных вод позволит правильно выбирать способы их детоксикации и переработки.

Ключевые слова: осадки сточных вод, химическая безопасность, токсичность, пробоподготовка, токсичные вещества, тяжелые металлы,  биотестирование, тест на выживаемость, клетки E. gracilis.

____________________________________________________________________

SAMPLE PREPARATION AND BIOTESTING OF TOXICITY OF SEWAGE SLUDGE WASTES

A. V. Ignatenko

Belarusian State Technological University, Department of Biotechnology, Minsk,

Republic of Belarus, e-mail: ignatenko_av[at]tut.by

Received November 23, 2018

Abstract – Potential benefits and drawbacks of physicochemical and biological approaches for evaluating toxicity of sewage sludge are considered. A procedure for sample preparation and biotesting of sewage sludge toxicity by survival test with Euglena gracilis cells has been developed. The toxicity analysis of hydrophobic and hydrophilic substances isolated from sediments by hexane and bile extraction has been carried out. A sequential scheme of water extraction followed by stepwise heat treatment of sewage sludge at 20°C, 100°С, 270°С, and 550°С is proposed for analysis of free and bound forms of heavy metals. The proposed approach for assessment of current and potential chemical hazard of sewage sludge wastes will allow to estimate their safety and select an appropriate procedure for their detoxification and subsequent treatment.

Keywords: sewage sludge, chemical safety, toxicity, sample preparation, toxic substances, heavy metals, biotesting, survival test, Euglena gracilis cells.


Список литературы:

1. Панцхава Е.С. // Новости теплоснабжения. 2007. № 2. С. 26.
2. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения: учебное пособие. М.: БИНОМ: Лаборатория знаний, 2013. 311 с.
3. Никовская Г.Н., Калиниченко К.В. // Biotechnologia Acta. 2014. V. 7. No. 3. P. 21.
4. Давыдова С.Л., Тагасов В И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века. М.: РУДН, 2002. 140 с.
5. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: АКВАРОС, 2003. 512 с.
6. СанПиН 2.1.7.573-96 «2.1.7. Почва. Бытовые и промышленные отходы. Санитарная охрана почвы. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения». М.: Стандартинформ, 1997. 28 с.
7. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений». М.: Стандартинформ, 2001.
8. ГОСТ Р 54534-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель». М.: Стандартинформ, 2012.
9. Чемерис М.С. Экологические основы утилизации осадков городских сточных вод на примере мегаполиса г. Новосибирска. Автореферат дис… д.б.н., 2006.
10. Игнатенко А.В. // Водные ресурсы и климат: материалы докладов V Международного Водного Форума: в 2 ч. Минск: БГТУ, 2017. Ч. 2. С. 151.
11. Методическое руководство по биотестированию воды: РД 118-0290. Под ред. А.Н. Крайнюковой. М., 1991. 48 с.
12. Методические указания. Методические основы биотестирования и определения генетической опасности отходов, поступающих в окружающую среду. РД 64-085-89. Москва, 1990. 45 с.
13. Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России. М.: МДС, 1997. 168 с.
14. Бубнов А.Г., Буймова С.А., Гущин А.А., Извекова Т.В. Биотестовый анализ – интегральный метод оценки качества окружающей среды. Иваново: ИГХТУ, 2007. 112 с.
15. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. 3-е изд. М.: Изд. центр «Академия», 2010. 288 с.
16. Терехова В.А. // Почвоведение. 2011. № 2. С. 190.
17. Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования. Екатеринбург: Полиграфист, 2007. С. 364.
18. Сазановец М.А., Игнатенко А.В. // Труды БГТУ. Сер. 2. Химия, технология орган. в-в и биотехнология. 2014. № 4. С. 179.
19. Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. ФР.1.39.2007.03222. М.: Акварос, 2007.
20. Симаков Ю.Г. Биотестирование природных и сточных вод. Учебно-практическое пособие для студентов. Модуль 1. М: МГУТУ, 2009. 92 с.
21. ГОСТ 26713-85. Метод определения влаги и сухого остатка. М.: Изд-во стандартов,1985.
22. Куценко С.А. Основы токсикологии. М.: Фолиант, 2004. 570 с.
23. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. // Analytical Chemistry. 1979. V. 51. No. 7. P. 844.
24. Veeken A.H.M. Removal of Heavy Metals from Biowaste. PhD thesis. Wageningen: Wageningen University, The Netherlands, 1998.
25. Rudd T., Lake D.L., Mehrotra I. et al. // Sci. Total Environ. 1988. V. 74. P. 149.
26. Gupta S., Mehrotra I., Singh O.V. // Environmental Technology. 1990. V. 11. P. 229.
27. Rauret G., Lopez-Sanchez J., Sahuquillo A. et al. // J. Environment Monitoring. 1999. V. 1. P. 57.
28. Зыкова И.В. Обезвреживание избыточных активных илов и осадков сточных вод от тяжелых металлов. Автореф. дис. д. х. н. С.-Пб., 2008.
29. Veeken A.H.M., Hamelers H.V.M. // Water Science and Technology. 1999. V. 40. No. 1. P.129.
30. Yoshizaki S., Tomida T. // Environmental Science and Technology. 2000. V. 34. P. 1572.
31. Bacon J.R., Davidson C.M. // Analyst. 2008. V. 133. P. 25.
32. Hass A., Fine P. // Environmental Science and Technology. 2010. V. 40. P. 365.
33. Игнатенко А.В. // Труды БГТУ. Химия, технология орган. веществ и биотехнология. 2015. № 4. С. 262.
34. Кузнецов А.Е. Прикладная экобиотехнология. Учебное пособие: в 2 т. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. Т. 1. 629 с.; Т. 2. 485 с.
35. Каплан И.Г. Межмолекулярные взаимодействия. Физическая интерпретация, компьютерные расчеты и модельные потенциалы. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 394 с.
36. Владимиров Ю.А., Рощупкин Д.И., Потапенко А. Я, Деев А.И. Биофизика. Учебник. М.: Медицина, 1983. С. 68.
37. Патент 2482478 РФ, 2013.
38. Lestan D., Luo Chun-ling, Li Xiang-dong // Environ. Pollut. 2008. V. 153. No. 1. P. 3.
39. Игнатенко А.В. // Труды БГТУ. Сер. 2. Химические технологии, биотехнология, геоэкология. Минск: БГТУ. 2017. № 2 (199). С. 10.

References:

1. Pantskhava E.S. // Novosti teplosnabzheniya [News of heat supply]. 2007. No. 2. P. 26 [in Russian].
2. Pakhnenko E.P. Sewage sludge and other unconventional organic fertilizers. Manual. M.: BINOM: Lab. znanii, 2013. 311 p. [in Russian].
3. Nikovskaya G.N., Kalinichenko K.V. // Biotechnologia Acta. 2014. V. 7. No. 3. P. 21 [in Russian].
4. Davydova S.L., Tagasov V.I. Heavy metals as superecotoxicants of the 21st century. M.: RUDN, 2002. 140 p. [in Russian].
5. Zhmur N.S. Technological and biochemical processes of wastewater treatment at facilities with aeration tanks. M.: AKVAROS, 2003. 512 p. [in Russian].
6. Hygienic Requirements for Surface Water Protection, SanPiN 2.1.7.573-96.“2.1.7. Soil. Household and industrial waste. Sanitary protection of soil. Hygienic requirements for use of wastewater and their sludge for irrigation and fertilization”. M.: Standardinform, 1997. 28 p. [in Russian].
7. GOST [State Standart] R 17.4.3.07-2001. Protection of environment. Soils. Requirements for properties of sewage sludge when used as fertilizers. M .: Standardinform, 2001.
8. GOST [State Standart] R 54534-2011. Resource Saving. Sewage sludge. Requirements for use for reclamation of disturbed lands. M.: Standardinform, 2012 [in Russian].
9. Chemeris M.S. Ecological bases of utilization of urban sewage sludge using as exemplified by megapolis of Novosibirsk. Doct. habil. Thesis synopsis (Biology), 2006 [in Russian].
10. Ignatenko A.V. // Water resources and climate: materials of reports of the V International Water Forum: at Part1-2. Minsk: BSTU, 2017. Part 2. P. 151 [in Russian].
11. Methodological manual on water biotesting. RD 118-0290. Ed by A.N. Krayniukova. M., 1991. 48 p. [in Russian].
12. Methodical instructions. Methodological bases of biotesting and determining genetic hazard of waste entering the environment. RD 64-085-89. M., 1990. 45 p. [in Russian].
13. Zhmur N.S. State and industrial monitoring of water toxicity using biotesting methods in Russia. M.: MDS, 1997. 168 p. [in Russian].
14. Bubnov A.G., Buymova S.A., Gushchin A.A., Izvekova T.V. Biotest analysis -an integral method for assessing environmental quality. Ivanovo: IGKhTU, 2007. 112 p. [in Russian].
15. Biological environmental control: bioindication and biotesting. Ed. by O.P. Melekhova, E.I. Egorova. 3rd ed. M.: Izd. Center Akademia, 2010. 288 p. [in Russian].
16. Terekhova V.A. // Pochvovedenie [Soil Science]. 2011. No. 2. P. 190 [in Russian].
17. Lotosh V.E. Recycling of environmental waste. Yekaterinburg: Polygraphist, 2007. P. 364 [in Russian].
18. Sazanovets M.A., Ignatenko A.V. // Trudy BGTU. Ser. 2. Khimiya, tekhnol. organ. v. i biotekhnol. [Proceedings of BSTU. Ser. Chemistry, technology of organic substances and biotechnology]. 2014. No. 4. P. 179 [in Russian].
19. Biological control methods. Methods for determining toxicity of water and water extracts from soil, sewage sludge and wastes basing on mortality and changes in fertility of daphnias. FR.1.39.2007.03222. M.: Aquaros, 2007 [in Russian].
20. Simakov Yu.G. Biotesting of natural and waste waters. Manual for students. Module 1. M.: MGUTU, 2009. 92 p. [in Russian].
21. GOST [State Standart] 26713-85. Method for determination of moisture and dry residue. M.: Izd. standartov, 1985 [in Russian].
22. Kutsenko S.A. Fundamentals of toxicology. M.: Foliant, 2004. 570 p. [in Russian].
23. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. // Analytical Chemistry. 1979. V. 51. No. 7. P. 844.
24. Veeken A.H.M. Removal of Heavy Metals from Biowaste. PhD thesis. Wageningen: Wageningen University. The Netherlands, 1998.
25. Rudd T., Lake D.L., Mehrotra I. et al. // Sci. Total Environ. 1988. V. 74. P. 149.
26. Gupta S., Mehrotra I., Singh O.V. // Environmental Technology. 1990. V. 11. P. 229.
27. Rauret G., Lopez-Sanchez J., Sahuquillo A. et al. // J. Environment Monitoring. 1999. V. 1. P. 57.
28. Zykova I.V. Doct. habil. Thesis (Chemistry). S.-Pb., 2008 [in Russian].
29. Veeken A.H.M., Hamelers H.V.M. // Water Science and Technology. 1999. V. 40. No. 1. P.129.
30. Yoshizaki S., Tomida T. // Environmental Science and Technology. 2000. V. 34: P. 1572.
31. Bacon J.R., Davidson C.M. // Analyst. 2008. V. 133. P. 25.
32. Hass A., Fine P. // Environmental Science and Technology. 2010. V. 40. P. 365.
33. Ignatenko A.V. // Trudy BGTU. Ser. 2. Khimiya, tekhnol. organ. v. i biotekhnol. [Proceedings of BSTU. Ser. Chemistry, technology of organic substances and biotechnology]. 2015. No. 4. P. 262 [in Russian].
34. Kuznetsov A.E. Applied ecobiotechnology. Manual in 2 vol. M.: BINOM, Lab. znanii, 2010. V.. 1. 629 p.; V. 2. 485 p. [in Russian].
35. Kaplan I.G. Intermolecular interactions. Physical interpretation, computer calculations and model potentials. M.: BINOM, Lab. znanii, 2012. 394 p. [in Russian].
36. Vladimirov Yu.A., Roshchupkin D.I., Potapenko A.I, Deev A.I. Biophysics. Manual. M.: Meditsyna, 1983. P. 68 [in Russian].
37. Patent 2482478, Russian Federation, 2013.
38. Lestan D., Luo Chun-ling, Li Xiang-dong // Environ. Pollut. 2008. V. 153, No. 1. P. 3.
39. Ignatenko A.V. // Trudy BGTU. Ser. 2. Khim. tekhnol., biotekhnol., geoekologiya [Proceedings of BSTU. Ser. 2. Chemical technologies, biotechnology, geoecology]. 2017. No. 2 (199). P. 10 [in Russian].