Обнаружение токсинов цианобактерий в водопроводной воде: анализ причин и апробация методов удаления

В работе проведен эколого-флористический анализ фитопланктона Горьковского водохранилища в районах питьевого водозабора г. Ярославля в 2013 году. Обнаружены продуцирующие микроцистины виды: Microcystis aeruginosa и Microcystis viridis. В природной и водопроводной воде г.Ярославля обнаружены цианотоксины, концентрация которых изменялась от 0.1 до 8.0 мкг/л(ПДК = 1мгк/л). Практическая часть: проверка эффективности разных способов удаления микроцистинов из воды. Экспериментально показана высокая термоустойчивость микроцистина-LR. Как при ультрафиолетовой обработке воды, так и при её очистке активированным углем, микроцистин-LR иммунохимическим методом не детектировался.

Цель работы: выявление причин появления токсинов цианобактерий в водопроводной воде и проверка эффективности методов их удаления.
Задачи проекта:
1) Анализ таксономического состава и сезонной динамики фитопланктона Горьковского водохранилища в районах питьевого водозабора г. Ярославля.
2) Выявление экологических факторов, контролирующих обилие токсигенных цианобактерий в фитопланктоне.
3) Определение концентраций цианобактериальных токсинов (микроцистинов) в воде Горьковского водохранилища.
4) Проверка гипотезы о присутствии в Горьковском водохранилище микроцистин-продуцирующих видов рода Microcystis.
5) Анализ причин появления токсинов цианобактерий в водопроводной воде г. Ярославля.
6) Поиск методов удаления микроцистинов из воды путем постановки лабораторных экспериментов.

Цианобактерии– токсигенные бактерии, способные к фотосинтезу. Известно, что некоторые организмы способны синтезировать токсины, в частности термостабильные микроцистины, которые опасны для человека и животных.
Научная проблема заключается в следующем: цианобактериальное цветение воды является глобальной экологической проблемой, связанной с интенсивным процессом антропогенного эвтрофирования водных экосистем во всем мире и снижением качества воды. В научной литературе описаны факты отравления животных и людей при употреблении воды с данными токсинами.

В РФ нет данных по оценке экологического риска, неизвестно, есть ли цианотоксины в водопроводной воде, также остаются неясными перспективные способы очистки воды от токсинов.

В 2013 было взято 20 проб воды для изучения сезонной динамики фитопланктона Горьковского водохранилища проводился на 2-х станциях в районе Северной и Центральной водопроводных станциях города Ярославля. Также отбирались пробы водопроводной воды 1 раз в месяц с января по ноябрь

После отбора проб на станциях сразу же проводились измерения абиотических показателей воды: температуры воды, величины водородного показателя и минерализации.

Определение водорослей проходило при помощи пресноводных определителей. Измерялась их численность и применялся счетно-объемный метод.

Анализ эффективности методов очистки воды проводился, используя очищенный микроцистин-LR (Abraxis, США). Экспериментально проверялись такие способы очистки воды, как кипячение, ультрафиолетовая обработка воды и обработка воды гранулированным активированным уголем.

Измерение концентраций микроцистинов в воде проводили с помощью набора для иммуноферментного анализа Microcystins/Nodularins (Adda specific) ELISA Kit производства Abraxis LLC (США).

Статистическая обработка данных проводилась в электронных таблицах Excel и программе Statistica 6.1. В работе в качестве критического уровня значимости принято значение p = 0.05. 

В фитопланктоне Горьковского водохранилища в районах питьевого водозабора г. Ярославля в 2013 году отмечено 115 видов и внутривидовых таксонов. Наиболее флористически богатыми являлись отделы Chlorophyta (43 таксона), Bacillariophyta (39) и Cyanophyta (26). Фитопланктон был представлен планктонными, космополитными видами, индифферентами по отношению к солености, эвриионными или алкалифильными формами. Среди видов-индикаторов органического загрязнения воды преобладали β-мезосапробы. Сезонная сукцессия фитопланктона характеризовалась преобладанием весной диатомовых (бентосные и литоральные виды) и криптофитовых (Chroomonas, Cryptomonas) водорослей. Летом и осенью доминировали цианобактерии (Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis aeruginosa, Microcystis viridis, Gloeotrichia echinulata, Pseudanabaena limnetica, Aphanothece minutissima, Aphanocapsa holsatica) и диатомовые (Stephanodiscus, Aulacoseira, Melosira varians) водоросли. Микроскопический анализ выявил присутствие среди цианобактерий потенциально токсичных видов. Установлено, что сезонная динамика структуры фитопланктона была связана с некоторыми экологическими факторами: температурой и рН воды. Температура воды являлась одним из определющих факторов развития цианобактерий в Горьковском водохранилище. Корреляционная связь между концентрациями общего фосфора, минерализацией воды, ФАР и количественными показателями фитопланктона не выявлена. В воде Горьковского водохранилища в районах питьевого водозабора г. Ярославля обнаружено присутствие цианобактериальных токсинов микроцистинов в период с июня по ноябрь. Концентрации данного гепатотоксина изменялись в пределах от 0.1 до 8 мкг/л. Наибольшее содержание микроцистинов зафиксировано в летний период. Обнаружена статистически значимая корреляционная связь между концентрациями микроцистинов в воде водохранилища и биомассой видов Microcystis aeruginosa и Microcystis viridis. Это подтвердило гипотезу о присутствии в Горьковском водохранилище микроцистин-продуцирующих видов Microcystis. Впервые в водопроводной воде Дзержинского района г. Ярославля было обнаружено присутствие гепатотоксинов микроцистинов. Наибольшие концентрации этого цианотоксина были зафиксированы в августе и сентябре и на порядок превышали их допустимое содержание в питьевой воде (по рекомендации ВОЗ). Показано, что появление цианотоксинов в водопроводной воде определялось сезонной динамикой уровня развития токсигенных цианобактерий в фитопланктоне Горьковского водохранилища – источнике питьевого водоснабжения. Экспериментально доказана высокая устойчивость микроцистина-LR к деградации при кипячении воды. Как при ультрафиолетовой обработке воды, так и при её очистке активированным углем, микроцистин-LR иммуноферментным методом не детектировался.

 

Охапкин А.Г., Микульчук И.А., Корнева Л.Г., Минеева Н.М. Фитопланктон Горьковского водохранилища. Тольятти: Изд-во ИЮВБ РАН, 1997.
Dawson R.M., The toxicology of Microcystins // Toxicon. 1999. V. 36. P. 953-962.
Ho L., Lambling P., Bustamante H., Duker P., Newcombe G. Application of powdered activated carbon for the adsorption of cylindrospermopsin and microcystin toxins from drinking water supplies // Water research. 2011. P. 2954-2964.
Song W., Cruz A., Rein K., Shea K. Ultrasonically Induced Degradation of Microcystin-LR and -RR: Identification of Products, Effect of pH, Formation and Destruction of Peroxides // Environmental Science & Technology. 2006. V. 40. P. 3941-3946.

In the work of the ecologic-floristic analysis of the phytoplankton in the Gorkovskoe reservoir in the areas of drinking water intake in Yaroslavl in 2013. Discovered producing microcystin species: Microcystis aeruginosa and Microcystis viridis. In natural and tap water of the city of Yaroslavl found the cyan toxins, the concentration of which was varied from 0.1 to 8.0 µg/l(MPC = 1mkg/l). Practical part: verification of the effectiveness of different methods of removing microcystins from water. It is experimentally shown high thermostability of microcystin-LR. Ultraviolet water treatment and purification activated carbon, microcystin-LR immunochemical method was not detected.