Воды род: дрожжи оценят качество промышленных стоков
Ученые-биотехнологи разработали инновационные портативные приборы для экспресс-мониторинга состояния водоемов и стоков промышленных предприятий. Эти датчики производят оценку индекса биохимического потребления кислорода — одного из ключевых показателей качества воды. Анализ воды с их помощью занимает всего полчаса вместо пяти суток по классической методике. Показания приборов достаточны для их предъявления в суд и надзорные органы в случае утечек вредных веществ. Однако эксперты считают, что производить замеры должны аттестованные специалисты.
Вода живая и мертвая
Специалисты Тульского государственного университета (ТулГУ) создали компактные переносные приборы, которые позволяют провести экспресс-анализ на качество воды в полевых условиях. Устройство предназначено для исследований естественных и искусственных водоемов, промышленных стоков и водопроводных систем. Его принцип действия основан на измерении индекса биохимического потребления кислорода (БПК).
Говоря простыми словами, портативное оборудование измеряет, с какой скоростью водные микроорганизмы израсходуют весь кислород, который содержится в водоеме, в процессе своей жизнедеятельности.
— Это прибор, в котором есть электрод с иммобилизованными (закрепленными на носителе. — «Известия») микроорганизмами. Если поместить его в анализируемую воду, микроорганизмы начинают окислять содержащиеся в ней вещества и прибор показывает степень ее загрязнения, — описал «Известиям» механизм работы устройства один из авторов разработки, ведущий научный сотрудник лаборатории биологически активных соединений и биокомпозитов ТулГУ Вячеслав Арляпов.
По его словам, преимущество нового устройства — в скорости проведения анализа. С его помощью определение индекса ПБК производится всего за полчаса. Это значительно быстрее стандартной методики, которую используют в настоящее время.
— По классической технологии пробы воды, взятые для исследования, помещают в инкубатор, где выдерживают пять дней. И после этого изучают. Поэтому специалисты получают нужные данные только по истечению указанного периода. Зачастую такая информация уже неактуальна, так как загрязняющие вещества, попавшие в водоем, успеют уничтожить в нем все полезные организмы, — рассказал специалист.
В качестве чувствительных элементов для новых устройств ученые разработали биоэлектроды со специально подобранными штаммами дрожжей — одноклеточных грибов, которые хорошо поглощают органику, а интенсивность их дыхания зависит от количества питательных веществ в окружающей среде.
Аттестованная методика
Важным требованием при проектировании приборов была простота смены наконечников с дрожжевыми культурами, отметил Вячеслав Арляпов. Следующий важный момент заключался в математической обработке электрических сигналов, а также в разработке программного комплекса для их интерпретации. Вместе с тем необходимо было создать интуитивно понятный интерфейс для работы с устройством и комфортного считывания показаний.
Специалист подчеркнул: в ходе испытаний приборов было подтверждено, что их показания на 93–95% соответствуют контрольным измерениям, проведенным по стандартной методике. Вместе с тем экспресс-анализ с помощью нового оборудования аттестован и имеет юридическую силу. Это значит, что данные портативных приборов можно предоставить в суд или в надзорные органы для доказательства загрязненности водоема.
— Такое оборудование, например, даст возможность оперативно отслеживать экологическую обстановку во время чрезвычайных ситуаций. В частности, при наводнении с его помощью можно производить мониторинг загрязнения окружающей среды. Также это важный инструмент для быстрого реагирования на техногенные загрязнения водоемов, — рассказал доцент кафедры физической химии Российского технического университета МИРЭА и руководитель проектов компании-разработчика измерительного оборудования «Эконикс-Эксперт» Павел Мельников.
По его мнению, большое значение имеет то, что портативные приборы позволяют в полевых условиях перепроверить результаты проб воды. Однако, считает эксперт, анализы в любом случае должны производить аттестованные специалисты.
Павел Мельников отметил, что определение индекса БПК обычно производится совместно с другим тестом — измерением уровня ХПК (химического потребления кислорода). Он показывает в целом содержание органических веществ в воде. Такое исследование занимает два-три часа. Следовательно, благодаря разработке тульских ученых комплексный анализ водной среды займет такое же время.
— Достоинство разработки заключается в том, что сотрудники ТулГУ перебрали массу микроорганизмов и для каждого оценивали их субстратную специфичность. То есть как и на какие органические вещества они реагируют. Это работа занимает много времени, но она очень полезная, — объяснил заведующий лабораторией биосенсоров Институте биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К. Скрябина ФИЦ ПНЦБИ РАН Анатолий Решетилов.
Эксперт отметил, что в дальнейшем будет интересно выявить и задействовать в биосенсорах микроорганизмы, которые особо чувствительны к специфическим веществам, и создавать на их основе специализированные приборы для различных производств.
Как отмечают ученые, разработка ученых ТулГУ запатентована и готова к серийному производству. В настоящее время это оборудование используется для тестового мониторинга потенциально опасных для загрязнения водоемов предприятий. Результаты, как ожидается, будут получены в конце года.
