Водные ресурсы, 2020, T. 47, № 4, стр. 380-390
Физико-химические и микробиологические основы тестирования токсических факторов термоминеральных вод
С. В. Мурадов a, Т. П. Белова a, *, С. В. Рогатых a
a Научно-исследовательский геотехнологический центр ДВО РАН
683002 Петропавловск-Камчатский, Россия
* E-mail: tpbel@yandex.ru
Поступила в редакцию 17.04.2018
После доработки 28.11.2019
Принята к публикации 24.12.2019
Аннотация
Значительные ресурсы термоминеральных вод Паратунского месторождения используются в системах отопления, а также в бальнеологических целях. Отработанные воды поступают в грязелечебный водоем в составе питающих вод. Представляет интерес влияние химических факторов термальных вод на экологическое состояние иловой сульфидной лечебной грязи. Доля термальных вод в питающих водах озера достигает 40%. Действие термальных вод на структуры пелоида моделируется их различной концентрацией, используемой для активирования пелоида разжижением, прогревом, перемешиванием и соответствующим кислородным режимом (аэробным, анаэробным). Экологические последствия воздействия термоминеральных вод заключаются в изменении химического состава грязевого раствора, а также в общем числе автохтонных микроорганизмов и в развитии их физиологической и геохимической активности. Степень экологической активации характеризуется числом микроорганизмов, их физиологической активностью, физико-химическими изменениями грязевого раствора (pH и Eh), а также содержанием сероводорода и аммиака. Установлено стимулирующее действие малых доз и угнетающая геохимическую активность микроорганизмов, высокая доля термальных вод. Установлены экологические группы и направления физиологической активности микроорганизмов, толерантные к действию токсических факторов термальных вод.
Воды Паратунского гидротермального месторождения используются как источники тепловой энергии и для бальнеологических целей, после чего они сбрасываются в ручьи, питающие месторождение иловой сульфидной лечебной грязи оз. Утиного в Елизовского районе Камчатского края. Оценка влияния отработанных термоминеральных вод на экологическое состояние пелоида представляет несомненный научный и практический интерес.
Цель настоящей работы – исследование физико-химических и микробиологических изменений, вызванных токсическим действием термоминеральных вод на экологическое состояние лечебной грязи.
Физико-химические свойства вод и грязевых растворов исследовали по методикам О.А. Алекина и др. [1]. Перечень химических исследований вод соответствует перечню параметров грязевого раствора. Щелочные, щелочноземельные металлы, а также микроэлементы определяли при помощи Атомно-абсорбционного спектрофотометра “AAS-6300 Shimadzu” с пламенной и электротермической атомизацией. Анионный состав жидких сред определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с использованием жидкостного хроматографа “Shimadzu LC-20”, оборудованного кондуктометрическим детектором. Гидрокарбонат-ионы определяли потенциометрически с использованием “Эксперт-001”. Содержание кремниевой кислоты определяли фотоколориметрически с применением КФК-3 [5]. Сероводород и сульфиды определяли по методике [12]. Фотоколориметрический метод основан на способности сероводорода и сульфидов образовывать метиленовую синь в кислой среде с продуктами окисления N,N-диметил-n-фенилендиамина железом(III).
Активирование лечебной грязи проводилось в реакторе (активаторе) емкостью 4 л с перемешиванием с интенсивностью – 150 об/мин, прогрева – от 25°С (для успешного развития мезофильных микроорганизмов) до 45°С (для экстракции без денатурации БАВ) в аэробных и анаэробных условиях. Для создания аэробных условий проводили аэрацию мембранным компрессором с распылителем мощностью 1.75 л/мин, обеспечивающим такого содержание кислорода, как на уровне придонных вод месторождения (≥4 мг/дм3). Анаэробные условия создавали с помощью изолирующего слоя вазелинового масла толщиной 20 мм.
Цель эксперимента заключалась в изучении влияния термальной воды на динамику общей численности микроорганизмов лечебной грязи и ее физико-химических параметров (pH, Eh, концентраций NH3, H2S) в процессах аэробной и анаэробной активации. Эксперимент был поставлен для трех вариантов разведения лечебной грязи: 1) только бидистиллированной водой; 2) только термальной водой Паратунского месторождения; 3) термальной водой, разбавленной дистиллированной водой в соотношении 1 : 3 в аэробных и анаэробных условиях. Методы получения активированной грязи и экстракта на ее основе для лечебных целей подробно описаны в [5]. Изменения параметров лечебной грязи в процессе экологической активации с применением перечисленных вод приведены в табл. 1–6.
Таблица 1.
Сутки | ОЧМ, кл/г | рН | Eh, mV | H2S, мг/дм3 | NH3, мг/дм3 |
---|---|---|---|---|---|
Начало | 50.6 × 107 | 6.70 ± 0.02 | –122 | 16.8 ± 2.5 | 183 ± 64 |
3 | 68.4 × 107 | 5.28 ± 0.02 | 171 | 8.40 ± 1.24 | 176 ± 62 |
6 | 83.9 × 107 | 4.88 ± 0.02 | 206 | 5.60 ± 0.84 | 173 ± 61 |
9 | 99.3 × 107 | 4.48 ± 0.02 | 240 | 2.80 ± 0.38 | 170 ± 60 |
12 | 46.2 × 107 | 4.40 ± 0.02 | 288 | 0.39 ± 0.06 | 168 ± 59 |
Таблица 2.
Сутки | ОЧМ, кл/г | рН | Eh, mV | H2S, мг/дм3 | NH3, мг/дм3 |
---|---|---|---|---|---|
Начало | 50.6 × 107 | 6.70 ± 0.02 | –122 | 16.8 ± 2.5 | 183 ± 64 |
3 | 225.5 × 107 | 5.42 ± 0.02 | –71 | 0.05 ± 0.008 | 63 ± 22 |
6 | 140.9 × 107 | 5.37 ± 0.02 | –70.5 | 0.03 ± 0.005 | 90 ± 29 |
9 | 56.4 × 107 | 5.32 ± 0.02 | –70 | 0.01 ± 0.002 | 117 ± 40 |
12 | 169.1 × 107 | 7.12 ± 0.02 | 96 | 0.01 ± 0.002 | 157 ± 54 |
Таблица 3.
Сутки | ОЧМ, кл/г | рН | Eh, mV | H2S, мг/дм3 | NH3, мг/дм3 |
---|---|---|---|---|---|
Начало | 50.6 × 107 | 6.70 ± 0.02 | –122 | 16.8 ± 2.5 | 183 ± 64 |
3 | 48.4 × 107 | 5.55 ± 0.02 | –26 | 2.70 ± 0.32 | 213 ± 75 |
6 | 25.0 × 107 | 4.79 ± 0.02 | 61 | 0.80 ± 0.12 | 227 ± 79 |
9 | 1.58 × 107 | 4.02 ± 0.02 | 147 | 0.50 ± 0.08 | 227 ± 79 |
12 | 0.31 × 107 | 3.94 ± 0.02 | 226 | 0.30 ± 0.05 | 249 ± 87 |
Таблица 4.
Сутки | ОЧМ, кл/г | рН | Eh, mV | H2S, мг/дм3 | NH3, мг/дм3 |
---|---|---|---|---|---|
Начало | 50.6 × 107 | 6.70 ± 0.02 | –122 | 16.8 ± 2.5 | 183 ± 64 |
3 | 260.3 × 107 | 6.27 ± 0.02 | –351 | 3.30 ± 0.46 | 92 ± 32 |
6 | 405.5 × 107 | 5.92 ± 0.02 | –340 | 0.80 ± 0.12 | 94 ± 33 |
9 | 550.7 × 107 | 5.57 ± 0.02 | –328 | 0.90 ± 0.14 | 96 ± 34 |
12 | 656.3 × 107 | 6.12 ± 0.02 | –249 | 4.99 ± 0.76 | 116 ± 41 |
Таблица 5.
Сутки | ОЧМ, кл/г | рН | Eh, mV | H2S, мг/дм3 | NH3, мг/дм3 |
---|---|---|---|---|---|
Начало | 50.6 × 107 | 6.70 ± 0.02 | –122 | 16.8 ± 2.5 | 183 ± 64 |
3 | 1001 × 107 | 5.11 ± 0.02 | –46 | 12.2 ± 1.8 | 194 ± 67 |
6 | 781 × 107 | 4.32 ± 0.02 | 61 | 6.90 ± 1.00 | 196 ± 68 |
9 | 561 × 107 | 3.52 ± 0.02 | 168 | 1.65 ± 0.20 | 198 ± 69 |
12 | 10.9 × 107 | 2.82 ± 0.02 | 390 | 0.3 ± 0.04 | 208 ± 72 |
Таблица 6.
Сутки | ОЧМ, кл/г | рН | Eh, mV | H2S, мг/дм3 | NH3, мг/дм3 |
---|---|---|---|---|---|
Начало | 50.6 × 107 | 6.70 ± 0.02 | –122 | 16.8 ± 2.5 | 183 ± 64 |
3 | 286.9 × 107 | 5.85 ± 0.02 | –46 | 1.80 ± 0.26 | 72 ± 25 |
6 | 371.7 × 107 | 5.51 ± 0.02 | 61 | 0.41 ± 0.06 | 79 ± 27 |
9 | 307.8 × 107 | 5.45 ± 0.02 | 168 | 0.25 ± 0.04 | 86 ± 30 |
12 | 168.3 × 107 | 6.62 ± 0.02 | 390 | 1.70 ± 0.25 | 141 ± 49 |
Процессы пассивной регенерации и активации грязей контролировали проведением бактериально-экологических, микробиологических и физико-химических анализов. Отдельные направления физиологической активности микроорганизмов (гнилостные аэробы и анаэробы, нитрифицирующие и денитрифицирующие, маслянокислые, целлюлозоразлагающие аэробы и анаэробы, сульфатредуцирующие и тионовые, железоокисляющие, актиномицеты и плесневые грибы) культивировали и определяли на элективных питательных средах. Численность микроорганизмов (общее микробное число – ОМЧ) устанавливали методом десятикратных разведений на элективных питательных средах, а также при помощи мембранных ультрафильтров с диаметром пор 0.23 мкм [5, 6, 10].
Для определения количества клеток в грязевом растворе во время длительной активации пелоида пробу в закрытой пробирке встряхивали на вортексе (50 Гц) в течение 1 мин и центрифугировали. Прямой подсчет клеток вели под микроскопом с фазово-контрастной насадкой. Результат усредняли и пересчитывали количество клеток на один грамм пелоида.
Термальные воды Паратунского гидротермального месторождения – сульфатные и хлоридно-сульфатные натриевые и кальциево-натриевые с минерализацией 0.9–1.5 г/дм, кремнистые (H2SiO3 – 37–78 мг/дм3) с содержанием, мг/дм3: H3BO3 – 2–9 (до 35), фтора – до 2.8–4.4, лития – от 0.4 до 1.9 (в одном случае 3.3), мышьяка 0.13–1.0. Газовый состав – преимущественно азотный. Содержание CO2 от 1 до 8.9 об. %, в отдельных скважинах до 26–60 об. %. Несколько повышена концентрация радона – до 14.4 × 10–10 К/дм3.
Вопросы извлечения ценных компонентов из термальных вод и снижения их концентрации до уровня ПДК освещены в работах [2, 3, 13].
Запасы Паратунского месторождения термоминеральных вод составляют: по категории В – 21.6; по категории С1 – 1.7 тыс. м3/сут со средневзвешенной температурой 76.5°С на неограниченный срок эксплуатации. Прогнозные потенциальные ресурсы месторождения достигают 40 тыс. м3/сут. Установлена доля термоминеральных вод в питающих водах озера, достигающая в различное время года 10–40% в эксплуатационных запасах месторождения со средневзвешенной температурой 77°С [9]. Эти данные позволяют учесть и возросший приток отработанных пресных вод, включающихся в хозяйственно-бытовые стоки. На сегодняшний день эксплуатационные запасы вод месторождения, достигающие 24.8 тыс. м3/сут, разбираются практически на 100% скважинными водозаборами [5, 6].
Воды относятся к бальнеологической группе Ж и, по заключению Центрального научно-исследовательского института курортологии и физиотерапии, могут быть использованы как для внутреннего применения в качестве питьевых лечебно-столовых вод при заболеваниях органов пищеварения, так и для наружного. В последнем случае в лечебное действие затрагивает сердечно-сосудистую система, периферическую и центральную нервную, костно-мышечную системы, функциональные расстройства, обмен веществ.
Близкие аналоги этих терм – воды известных курортов: Кульдур (Россия), Монт-Дор и Пломбиер (Франция), Ротонда (Новая Зеландия), Висбаден (Германия). Месторождение относится к перспективным (13.5 балла) [6, 11].
В сульфидных илах при их формировании и экологической активации благодаря физическим, химическим, биохимическим и микробиологическим процессам илы приобретают лечебные функционально-экологические свойства более высокого уровня.
Деструкция органического вещества с участием микробного сообщества лечебной грязи определяет накопление катионов и анионов, значительное увеличение минерализации – с 809.5 до 5362.0 мг/л, способствует подкислению экстракта от 6.14 до 2.90. В анаэробных условиях активность этих групп микробов снижается не только по численности, но и по интенсивности метаболизма, что приводит к подщелачиванию экстракта за счет выделения аммиака. Маслянокислые бактерии, плесневые грибы увеличивают содержание органического вещества, доступного для гнилостных процессов, с выделением сероводорода, аммиака и далее – синтеза гидротроилита, обеспечивающего формирование лечебной грязи. Интенсивная активация барботированием воздухом, минерализуя и подкисляя экстракт, дестабилизирует пелоид, приводит к его осветлению. В анаэробных условиях происходит стабилизация и накопление органического вещества, промежуточных продуктов замедленной анаэробной диссимиляции. Соответственно, изменяются физико-химические механизмы биологической активности экстрактов. Минерализованные экстракты имеют высокий уровень антибактериальной активности по отношению к привнесенной микрофлоре, а также обладают рефлекторно-раздражающим действием. Экстракты после анаэробной активации обладают высоким содержанием белковых веществ, аминокислот, витаминов, гумматов, обладающих противовоспалительным, ранозаживляющим действием [6, 8, 9].
При аэробной активации с дистиллированной водой динамика изменения общего числа микроорганизмов показывает плавное нарастание численности микроорганизмов с последующей стадией снижения их численности (50.6 × 107 – 99.31 × × 107 – 46.2 × 107 кл/г). Содержание сероводорода снижается с 16.8 до 0.39 мг/дм3. Содержание аммиака в грязевом растворе также снижается с 183 до 168 мг/дм3. Динамика pH и Eh показывает противоположные векторы изменений. Кислотность среды плавно нарастает с 6.70 до 3.94, рост Eh сохраняется до окончания эксперимента до величины 226 mV (табл. 1).
Анаэробный вариант экологической активации с дистиллированной водой показывает следующую динамику изменений значений ОЧМ: сначала численность клеток нарастает с 50.6 × 107 до 225.5 × 107 кл/г с последующим снижением численности до 56.36 × 107 кл/г, затем наблюдается новый этап роста числа микроорганизмов до 169.1 × 107 кл/г. Динамика изменения величины pH показывает в первой половине эксперимента подкисление среды с рН – 6.70 до 5.62, в последующем pH растет до 7.12. Значение Eh приобретает положительный потенциал и нарастает в ходе всего эксперимента с –122 до +196 mV. Содержание сероводорода в ходе эксперимента снижается до очень низких показателей, с 16.8 до 0.01 мг/дм3. Концентрация аммиака снижается в первые три дня эксперимента, затем отмечается ее рост от 183.0 до 63.0–90.0 мг/дм3.
При аэробной активации пелоида с термальной водой динамика изменения ОЧМ показывает плавное снижение численности микроорганизмов с 50.6 × 107 до 0.31 × 107 кл/г на протяжении всего хода эксперимента, что указывает на тормозящее влияние термальной воды на развитие микробного сообщества в процессе экологической активации. Динамика величины pH и Eh показывает противоположные векторы их изменений. Кислотность среды плавно нарастает с 6.70 до 3.94. Eh нарастает с –122 до +226 к окончанию эксперимента. Наблюдается резкое снижение концентрации сероводорода с 16.8 до 0.3 мг/дм3, и после 5-го дня эксперимента содержание сероводорода становится ниже определяемого уровня. Концентрация аммиака постоянно нарастает, сохраняя высокий уровень до окончания эксперимента с – 183 до 249 мг/дм3 (табл. 3).
При анаэробной активации пелоида с разведением термальной водой динамика ОЧМ показывает плавное нарастание с 50.6 × 107 до 656.3 × × 107 кл/г. Содержание аммиака снижается к середине эксперимента и возрастает после 8-го дня наблюдений – 183–94 – 116 мг/дм3 (табл. 4).
В случае аэробной активации лечебной грязи при разведении 25%-й термальной водой наблюдается период бурного роста ОЧМ с 50.6 × 107до 1001.0 × 107 кл/г, стационарного развития и затем угнетения в последние четыре дня наблюдений до 10.78 × 107 кл/г. ОЧМ быстро нарастает и сохраняется на стационарном уровне, возвращаясь с 8-го дня активирования к исходной величине в начале эксперимента. pH снижается с 6.70 до 2.82, в то время как Eh повышается с –122 до 390 mV. Содержание сероводорода снижается с 16.8 до 0.30 мг/дм3, содержание аммиака увеличивается с 183 до 208 мг/дм3 (табл. 5).
В анаэробной части эксперимента с данным разведением термальной водой наблюдается высокая ОЧМ в стационарной фазе развития – 371.7 × 107 кл/г. Содержание H2S снижается с 16.8 до 1.70 мг/дм3. Содержание NH3, снижаясь к середине эксперимента с 183 до 72, растет к окончанию опыта до 141 мг/дм3 (табл. 6).
Полученные данные о влиянии разведений пелоида термальной водой перед его экологической активацией на деятельность микроорганизмов доказывается изменениями важнейших параметров лечебной грязи ОЧМ, pH, Eh, H2S и NH3, связанных с геохимической деятельностью автохтонной микрофлоры лечебной грязи. Анализ итогов экологической активации с дистиллированной, термальной и 25%-й термальной водой в аэробных и анаэробных условиях показывает более угнетающее влияние термальной воды по сравнению с дистиллированной водой, что выражается ОЧМ, характером ее динамики, а также динамикой физико-химических показателей. Наблюдается угнетение микробной ассоциации при активировании пелоида термальной водой, но, по-видимому, определенную толерантность к факторам термальной воды проявляют аммонифицирующие микроорганизмы, продолжающие минерализацию органического вещества. В анаэробном процессе с термальной водой происходит увеличение числа микроорганизмов за счет анаэробных бактерий, но выработка сероводорода и аммиака снижается. Анаэробная часть микробного сообщества лечебной грязи более устойчива к термальной воде.
Пелоид, разведенный в 25%-й термальной воде, разбавленной бидистиллированной водой, в процессе аэробной активации по исследуемым параметрам показывает стабильно высокий уровень ОЧМ, снижение величины и затем возрастание Eh и pH. Содержание сероводорода и содержание аммиака со сдвигом в фазе снижаются и повышаются к концу наблюдений (колебания величин параметров составляют >150%). Процесс аналогичен активации с разведением пелоида бидистиллированной водой, но более динамично развитие микробного сообщества и ход минерализации органического вещества. В анаэробной части эксперимента с данным разведением термальной водой наблюдается высокая ОЧМ в стационарной фазе развития. Содержания H2S и NH3, снижаясь к середине эксперимента, растут к его окончанию.
Таким образом, установлено угнетающее влияние факторов термальной воды на развитие микробного сообщества в процессе экологической активации пелоида. Термальная вода с разведением бидистиллированной водой до 25% стимулирует развитие микробного сообщества лечебной грязи благодаря содержащимся минеральным веществам и низкой доле токсических веществ и микроэлементов [9]. Более детально химический состав грязевого раствора исследовался в серии наблюдений аэробного и анаэробного активирования пелоида с интервалами 6, 12, 18, 24 дней (табл. 7, 8). При аэробном процессе активирования пелоида растет содержание ${\text{NH}}_{4}^{ + },$ ${\text{SO}}_{4}^{{2--}},$ Ca2+. При анаэробном процессе активирования пелоида значительного увеличения отдельных компонентов грязевого раствора не наблюдается, или этот процесс слабо выражен.
Таблица 7.
Компоненты | ПО, мг/л | Дни | |||||
6 | 12 | ||||||
(С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | (С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | ||
рН | – | 3.03 ± 0.02 | 3.43 ± 0.02 | ||||
H+ | Расчет | 0.93 ± 0.02 | 0.930 | 2.51 | 0.37 ± 0.02 | 0.370 | 0.80 |
Li+ | 0.05 | 14.9 ± 3.0 | 2.147 | 5.80 | 18.4 ± 3.7 | 2.651 | 5.76 |
K+ | 0.1 | 13.3 ± 2.1 | 0.340 | 0.92 | 8.91 ± 1.4 | 0.228 | 0.50 |
Na+ | 0.5 | 81.5 ± 13.9 | 3.545 | 9.58 | 55.2 ± 9.4 | 2.401 | 5.22 |
${\text{NH}}_{4}^{ + }$ | 0.05 | 30.1 ± 10.5 | 1.668 | 4.51 | 42.9 ± 15.0 | 2.377 | 5.17 |
Ca2+ | 1.0 | 401 ± 28 | 20.010 | 54.09 | 580 ± 41 | 28.942 | 65.91 |
Mg2+ | 0.5 | 40.9 ± 4.5 | 3.363 | 9.09 | 36.2 ± 4.0 | 2.977 | 6.47 |
${\text{Fe}}_{{{\text{общ}}}}^{{3 + }}$ | 0.05 | 89.2 ± 15.2 | 4.791 | 12.95 | 109 ± 19 | 5.854 | 12.73 |
Co2+ | 0.05 | <0.05 | – | – | <0.05 | – | – |
Cu2+ | 0.05 | 0.05 ± 0.01 | 0.002 | 0.01 | 0.05 ± 0.01 | 0.002 | 0.00 |
Zn2+ | 0.05 | 0.13 ± 0.03 | 0.004 | 0.01 | 0.29 ± 0.06 | 0.009 | 0.02 |
Mn2+ | 0.05 | 5.17 ± 0.78 | 0.188 | 0.51 | 5.12 ± 0.77 | 0.186 | 0.40 |
Ni2+ | 0.05 | 0.06 ± 0.01 | 0.002 | 0.01 | 0.11 ± 0.02 | 0.004 | 0.01 |
Pb2+ | 0.05 | 0.07 ± 0.02 | 0.001 | 0.00 | 0.08 ± 0.02 | 0.001 | 0.00 |
Сумма катионов | – | 677 | 36.991 | 100 | 857 | 46.002 | 100 |
F– | 0.01 | 0.12 ± 0.02 | 0.006 | 0.02 | 0.12 ± 0.02 | 0.006 | 0.01 |
Cl– | 0.02 | 27.5 ± 4.1 | 0.776 | 2.10 | 22.1 ± 3.3 | 0.623 | 1.34 |
${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ | 0.1 | 1740 ± 261 | 36.227 | 97.81 | 2200 ± 330 | 45.805 | 98.58 |
HS– | 0.1 | 0.65 ± 0.06 | 0.020 | 0.05 | 0.51 ± 0.04 | 0.015 | 0.03 |
${\text{NO}}_{2}^{ - }$ | 0.05 | <0.05 | – | – | <0.05 | – | – |
${\text{NO}}_{3}^{ - }$ | 0.08 | 0.19 ± 0.04 | 0.003 | 0.01 | 0.10 ± 0.02 | 0.002 | 0.00 |
${{{\text{H}}}_{2}}{\text{PO}}_{4}^{ - }$ | 0.1 | 0.65 ± 0.13 | 0.008 | 0.02 | 1.19 ± 0.24 | 0.015 | 0.03 |
Сумма анионов | – | 1770 | 37.040 | 100 | 2220 | 46.466 | 100 |
H4SiO4раств | 0.02 | 150 ± 3 | – | – | 54.8 ± 1.0 | – | – |
Минерализация | – | 2600 | – | – | 3130 | – | – |
Компоненты | ПО, мг/л | Дни | |||||
18 | 24 | ||||||
(С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | (С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | ||
рН | – | 3.25 ± 0.02 | 3.15 ± 0.02 | ||||
H+ | Расч. | 0.56 ± 0.02 | 0.560 | 0.62 | 0.71 ± 0.02 | 0.710 | 0.61 |
Li+ | 0.05 | 12.4 ± 2.5 | 1.787 | 1.98 | 12.8 ± 2.6 | 1.844 | 1.60 |
K+ | 0.1 | 24.5 ± 3.9 | 0.627 | 0.69 | 21.9 ± 3.5 | 0.560 | 0.49 |
Na+ | 0.5 | 108 ± 18 | 4.698 | 5.20 | 115 ± 20 | 5.002 | 4.33 |
${\text{NH}}_{4}^{ + }$ | 0.05 | 68.6 ± 24.0 | 3.801 | 4.20 | 90.0 ± 31.5 | 4.986 | 4.32 |
Ca2+ | 1.0 | 1260 ± 88 | 62.874 | 69.53 | 1720 ± 120 | 85.828 | 74.34 |
Mg2+ | 0.5 | 90.0 ± 6.3 | 7.401 | 8.19 | 99.0 ± 6.9 | 8.141 | 7.05 |
${\text{Fe}}_{{{\text{общ}}}}^{{3 + }}$ | 0.05 | 139 ± 24 | 7.465 | 8.26 | 131 ± 22 | 7.035 | 6.09 |
Co2+ | 0.05 | 0.11 ± 0.03 | 0.004 | 0.00 | 0.46 ± 0.14 | 0.016 | 0.01 |
Cu2+ | 0.05 | 0.06 ± 0.01 | 0.002 | 0.00 | 0.35 ± 0.08 | 0.011 | 0.01 |
Zn2+ | 0.05 | 5.78 ± 1.16 | 0.177 | 0.20 | 10.2 ± 2.0 | 0.312 | 0.27 |
Mn2+ | 0.05 | 27.9 ± 4.2 | 1.016 | 1.12 | 27.5 ± 4.1 | 1.001 | 0.87 |
Ni2+ | 0.05 | 0.20 ± 0.03 | 0.007 | 0.01 | 0.35 ± 0.05 | 0.012 | 0.01 |
Pb2+ | 0.05 | 0.16 ± 0.05 | 0.002 | 0.00 | 0.23 ± 0.07 | 0.002 | 0.00 |
Сумма катионов | – | 1740 | 90.421 | 100 | 2230 | 115.460 | 100 |
F– | 0.01 | 0.17 ± 0.03 | 0.009 | 0.01 | 0.10 ± 0.02 | 0.005 | 0.00 |
Cl– | 0.02 | 30.7 ± 4.6 | 0.866 | 0.95 | 32.2 ± 4.8 | 0.908 | 0.77 |
${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ | 0.1 | 4330 ± 650 | 90.2 | 99.02 | 5600 ± 840 | 116.594 | |
HS– | 0.1 | 0.48 ± 0.04 | 0.015 | 0.02 | 0.34 ± 0.03 | 0.010 | 99.19 |
${\text{NO}}_{2}^{ - }$ | 0.05 | <0.05 | – | – | <0.05 | – | 0.01 |
${\text{NO}}_{3}^{ - }$ | 0.08 | 0.13 ± 0.03 | 0.002 | 0.00 | 0.20 ± 0.04 | 0.003 | – |
${{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{PO}}_{4}^{ - }$ | 0.1 | <0.1 | – | – | 1.75 ± 0.35 | 0.022 | 0.00 |
Сумма анионов | – | 4360 | 91.044 | 100 | 5630 | 117.542 | 0.02 |
H4SiO4раств | 0.02 | 248 ± 4 | – | 76.0 ± 1.4 | – | 100 | |
Минерализация | – | 6350 | – | 7940 | – | – |
Таблица 8.
Компоненты | ПО, мг/л | Дни | |||||
6 | 12 | ||||||
(С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | (С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | ||
рН | – | 3.02 ± 0.02 | 3.58 ± 0.02 | ||||
H+ | Расчет | 0.96 ± 0.02 | 0.950 | 5.01 | 0.26 ± 0.02 | 0.257 | 0.74 |
K+ | 0.1 | 11.5 ± 1.8 | 0.294 | 1.55 | 13.3 ± 2.1 | 0.340 | 0.98 |
Na+ | 0.5 | 72.8 ± 12.4 | 3.167 | 16.69 | 68.5 ± 11.6 | 2.980 | 8.57 |
${\text{NH}}_{4}^{ + }$ | 0.05 | 21.6 ± 7.6 | 1.197 | 6.31 | 62.9 ± 22.0 | 3.485 | 10.02 |
Ca2+ | 1.0 | 160 ± 11 | 7.984 | 42.08 | 340 ± 24 | 16.966 | 48.78 |
Mg2+ | 0.5 | 36.6 ± 4.0 | 3.012 | 15.88 | 59.6 ± 6.6 | 4.905 | 14.10 |
Feобщ | 0.05 | 40.0 ± 6.8 | 2.148 | 11.32 | 102 ± 17 | 5.478 | 15.75 |
Co2+ | 0.05 | <0.05 | – | – | 0.08 ± 0.02 | 0.003 | 0.01 |
Cu2+ | 0.05 | <0.05 | – | – | <0.05 | – | |
Zn2+ | 0.05 | 0.16 ± 0.03 | 0.005 | 0.03 | 0.07 ± 0.01 | 0.002 | 0.01 |
Mn2+ | 0.05 | 5.81 ± 0.87 | 0.212 | 1.11 | 9.94 ± 1.49 | 0.362 | 1.04 |
Ni2+ | 0.05 | 0.12 ± 0.02 | 0.004 | 0.02 | 0.11 ± 0.02 | 0.004 | 0.01 |
Pb2+ | 0.05 | <0.05 | – | – | 0.13 ± 0.04 | 0.001 | 0.00 |
Сумма катионов | – | 350 | 18.973 | 100 | 657 | 34.783 | 100 |
F– | 0.01 | 0.05 ± 0.01 | 0.003 | 0.01 | <0.01 | – | – |
Cl– | 0.02 | 53.8 ± 8.1 | 1.509 | 8.05 | 42.5 ± 6.4 | 1.199 | 3.45 |
${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ | 0.1 | 828 ± 124 | 17.239 | 91.93 | 1610 ± 242 | 33.521 | 96.54 |
HS– | 0.1 | <0.1 | – | – | <0.1 | – | – |
${\text{NO}}_{2}^{ - }$ | 0.05 | <0.05 | – | – | <0.05 | – | – |
${\text{NO}}_{3}^{ - }$ | 0.08 | 0.09 ± 0.02 | 0.001 | 0.01 | 0.19 ± 0.04 | 0.002 | 0.01 |
${{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{PO}}_{4}^{ - }$ | 0.1 | <0.1 | – | – | <0.1 | – | – |
Сумма анионов | – | 882 | 18.752 | 100 | 1653 | 34.722 | 100 |
H4SiO4раств | 0.02 | 110 ± 2 | – | – | 164 ± 3 | – | – |
Минерализация | – | 1341 | – | – | 2474 | – | – |
Компоненты | ПО, мг/л | Дни | |||||
18 | 24 | ||||||
(С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | (С ± Δ) мг/л | мг-экв/л | %, экв. | ||
рН | – | 3.48 ± 0.02 | 2.98 ± 0.02 | ||||
H+ | Расч. | 0.33 ± 0.02 | 0.327 | 0.74 | 2.01 ± 0.02 | 1.990 | 3.38 |
K+ | 0.1 | 19.9 ± 3.2 | 0.509 | 1.15 | 29.1 ± 4.7 | 0.744 | 1.26 |
Na+ | 0.5 | 69.9 ± 11.9 | 3.040 | 6.87 | 80.1 ± 13.6 | 3.484 | 5.91 |
${\text{NH}}_{4}^{ + }$ | 0.05 | 117 ± 41 | 6.482 | 14.66 | 157 ± 55 | 8.698 | 14.76 |
Ca2+ | 1.0 | 440 ± 31 | 21.956 | 49.64 | 560 ± 39 | 27.944 | 47.43 |
Mg2+ | 0.5 | 57.5 ± 6.3 | 4.733 | 10.70 | 81.5 ± 9.0 | 6.708 | 11.39 |
Feобщ | 0.05 | 125 ± 21 | 6.713 | 15.18 | 155 ± 26 | 8.324 | 14.13 |
Co2+ | 0.05 | 0.11 ± 0.03 | 0.004 | 0.01 | 0.33 ± 0.10 | 0.011 | 0.02 |
Cu2+ | 0.05 | <0.05 | – | – | 0.065 ± 0.016 | 0.002 | 0.00 |
Zn2+ | 0.05 | 0.10 ± 0.02 | 0.003 | 0.01 | 6.85 ± 0.69 | 0.209 | 0.36 |
Mn2+ | 0.05 | 12.5 ± 1.9 | 0.455 | 1.03 | 21.5 ± 3.23 | 0.783 | 1.33 |
Ni2+ | 0.05 | 0.14 ± 0.02 | 0.005 | 0.01 | 0.22 ± 0.03 | 0.007 | 0.01 |
Pb2+ | 0.05 | 0.16 ± 0.05 | 0.002 | 0.00 | 0.92 ± 0.28 | 0.009 | 0.02 |
Сумма катионов | – | 843 | 44.228 | 100 | 1095 | 58.915 | 100 |
F– | 0.01 | 0.03 ± 0.01 | 0.002 | 0.00 | 2.13 ± 0.32 | 0.112 | 0.19 |
Cl– | 0.02 | 46.3 ± 6.9 | 1.306 | 2.93 | 41.2 ± 6.2 | 1.162 | 1.97 |
${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ | 0.1 | 2080 ± 312 | 43.306 | 97.07 | 2770 ± 416 | 57.672 | 97.83 |
HS– | 0.1 | <0.1 | – | – | <0.1 | – | – |
${\text{NO}}_{2}^{ - }$ | 0.05 | <0.05 | – | – | <0.05 | – | – |
${\text{NO}}_{3}^{ - }$ | 0.08 | 0.10 ± 0.02 | 0.001 | 0.00 | 0.23 ± 0.05 | 0.003 | 0.01 |
${{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{PO}}_{4}^{ - }$ | 0.1 | <0.1 | – | – | <0.1 | – | – |
Сумма анионов | – | 2126 | 44.615 | 100 | 2814 | 58.950 | 100 |
H4SiO4раств | 0.02 | 223 ± 4 | – | – | 569 ± 10 | – | – |
Минерализация | – | 3192 | – | – | 4477 | – | – |
Как сказано выше, высокое содержание органических веществ и низкая минерализация грязей оз. Утиного детерминируют преимущественное развитие в них микроорганизмов, разрушающих азотсодержащие соединения (главным образом белки). Поэтому преобладают в микробном ценозе аммонифицирующие и денитрифицирующие бактерии (рисунок). Диаграмма показывает направления развития физиологической активности микроорганизмов лечебной грязи при ее пассивном выдерживании (регенерации), а также в процессе экологической активации без воздействия факторов термоминеральной воды. Значительное количество (70–80 мг-экв/л) сульфатов в жидкой фазе грязей оз. Утиного при наличии органических веществ дает возможность в анаэробных условиях интенсивно развиваться другой группе микроорганизмов – сульфатредуцирующим, которые в сущности и определяют принадлежность изучаемого пелоида к его среднесульфидной разно-видности.
Среди других изменений параметров грязей в опытах регенерации и активации можно назвать снижение в грязевом растворе содержания сульфат-иона и соответственное увеличение количества гидрокарбонат-иона, объясняющиеся интенсивной жизнедеятельностью сульфатредуцирующих бактерий, о чем говорилось выше.
Химический состав и физико-химические показатели лечебной грязи в процессе активирования закономерно изменяются в связи с направлениями физиологической активности специфической микрофлоры лечебной грязи. Структурно-функциональная характеристика микробного сообщества закономерно изменяется в процессе активации лечебной грязи, являясь главным процессором изменений ее физико-химических и биологических свойств. В целом методика экологического активирования лечебной грязи с определением изменений ее физико-химических и микробиологических свойств – метод тестирования термоминеральных вод Паратунского гидротермального месторождения на токсические факторы Паратунской иловой сульфидной лечебной грязи.
ВЫВОДЫ
В ходе выполненной работы по исследованию действия термоминеральных вод на экологическое состояние лечебной грязи выявлено изменение физико-химических и микробиологических показателей пелоида.
Установлено угнетающее влияние токсических факторов Паратунской термоминеральной воды на развитие микробного сообщества в процессе экологической активации Паратунской иловой сульфидной лечебной грязи.
Установлено более угнетающее влияние термальной воды по сравнению с дистиллированной водой в аэробных и анаэробных условиях, которое выражается показателями общего числа микроорганизмов, а также динамикой физико-химических и химических свойств пелоида. Толерантность к токсическим факторам термоминеральной воды проявляют аммонифицирующие микроорганизмы, продолжающие минерализацию органического вещества.
Список литературы
Алекин О.А., Семенов А.Ф., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 269 с.
Белова Т.П. Экспериментальные исследования сорбционного извлечения бора и лития из термальных вод // Вулканология и сейсмология. 2017. № 2. С. 38–44.
Латкин А.С., Лузин В.Е., Паршин Б.Е., Моргун В.М., Басманов О.Л., Белова Т.П. Способ извлечения кремнезема из геотермального теплоносителя. Патент № 2 323 889 РФ. 10.05.2008. Заявка № 2 006 124 073/15 от 04.07.2006.
Мурадов С.В. Восстановление санитарно-микробиологических кондиций лечебной грязи в процессах регенерации и активации // Вестн. Московского гос. обл. ун-та. Сер. Естественные науки. 2013. № 3. С. 37–42.
Мурадов С.В. Микробиологические свойства и биомедицинское тестирование пелоидных препаратов из активированной лечебной грязи // Вестн. новых медицинских технологий. 2013. Т. 20. № 4. С. 38–41.
Мурадов С.В. Особенности формирования и экологического состояния биологических ресурсов иловой сульфидной лечебной грязи в условиях активного вулканизма на Камчатке. Автореф. дис. … докт. биол. наук. М.: МСХА, 2017. 47 с.
Мурадов С.В. Экологическое решение проблем современного грязелечения. Петропавловск-Камчатский: КамГУ, 2007. 266 с.
Мурадов С.В., Рогатых С.В. Влияние гидротермальной активности на формирование грязелечебного месторождения “Озеро Утиное (Камчатка)” // Вода: химия и экология. 2017. № 9. С. 84–88.
Мурадов С.В., Хоменко А.И., Мудранова Л.А., Рогатых С.В. Оценка влияния ионов токсичных металлов на микроорганизмы лечебной грязи // Фундаментальные исследования. 2014. № 3. Ч. 1. С. 109–114.
Практикум по микробиологии / Под ред. А.И. Нетрусова М.: Академия, 2005. 608 с.
Разумов А.Н. Классификация минеральных вод и лечебных грязей для целей их сертификации. Методические указания № 2000/34 / Под ред. А.Н. Разумова. М.: РНЦ восстановительной медицины и курортологии, 2000. 150 с.
РД 52.24.430-2010. Массовая концентрация сероводорода и сульфидов в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с N,N-диметил-n-фенилендиамином. Ростов-на-Дону, 2010. 44 с.
Belova T.P. The analysis of sorption extraction of boron and lithium from the geothermal heat-carriers // Proc. World Geothermal Congress. 2010.
Дополнительные материалы отсутствуют.