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

Полный текст (PDF)

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.

Ключевые слова: гидротермальное месторождение, иловая сульфидная грязь, экологическое состояние пелоида.

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.  

Показатели процесса аэробной активации лечебной грязи в реакторе с разведением бидистиллированной водой и определением ОЧМ

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.  

Показатели процесса анаэробной активации лечебной грязи в реакторе с разведением бидистиллированной водой и определением ОЧМ

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.  

Параметров процесса аэробной активации лечебной грязи в реакторе с разведением термальной водой и определением ОЧМ

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.  

Параметры процесса анаэробной активации лечебной грязи в реакторе с разведением термальной водой и определением ОЧМ

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.  

Параметры процесса аэробной активации лечебной грязи в реакторе с разведением термальной водой, разбавленной в соотношении 1 : 3 дистиллированной водой

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.  

Параметры процесса анаэробной активации лечебной грязи в реакторе с разведением термальной водой, разбавленной в соотношении 1 : 3 дистиллированной водой

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.  

Влияние условий аэробной активации Паратунского пелоида на раствор лечебной грязи с течением времени, по результатам химического анализа (Р = 0.95)

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.  

Влияние условий анаэробной активации Паратунского пелоида на раствор лечебной грязи с течением времени, по результатам химического анализа (Р = 0.95)

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.

Диаграмма показателей состояния биотической функционально-экологической структуры пелоида в процессах экологической регенерации и активации. По оси абцисс – физиологические группы: 1 – гнилостные аэробы (NH3); 2 – гнилостные аэробы (H2S); 3 – гнилостные анаэробы; 4 – денитрифицирующие N2О-микроорганизмы; 5 – денитрифицирующие N2-микроорганизмы; 6 – маслянокислые; 7 – целлюлозоразлагающие аэробы; 8 – целлюлозоразлагающие анаэробы; 9 – сульфатредуцирующие микроорганизмы; 10 – тионовые бактерии; 11 – плесневые грибы. По оси ординат – lg N (N – количество микроорганизмов в 1 г лечебной грязи).

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

  1. Алекин О.А., Семенов А.Ф., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 269 с.

  2. Белова Т.П. Экспериментальные исследования сорбционного извлечения бора и лития из термальных вод // Вулканология и сейсмология. 2017. № 2. С. 38–44.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. Мурадов С.В. Экологическое решение проблем современного грязелечения. Петропавловск-Камчатский: КамГУ, 2007. 266 с.

  8. 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.

  9. 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.

  10. Практикум по микробиологии / Под ред. А.И. Нетрусова М.: Академия, 2005. 608 с.

  11. 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.

  12. 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.

  13. 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.