ГОСКОМСАНЭПИДНАДЗОР

России

Технический комитет по стандартизации ТК 343 "Качество воды"

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по применению методов биотестирования для оценки качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения

МР № ЦОС ПВ Р 005-95

Москва 1995г.

2

Документ разработан авторским коллективом в составе:

Рахманин Ю. А.. Ческис А. Б. (руководители разработки), Еськов А. П., Кирьянова Л. А., Михайлова Р. И.. Плитман С. И., Роговец А. И., Тулакина Н. В., Русанова НА.Донерьян Л.Г., Пожаров АВ.

В приложениях использованы материалы Методического руководства по биотестированию воды РД 118-02-90 и методических документов по применению прибора "БИОТЕСТЕР", а так же "Методики контроля токсичности медицинских изделий однократного применения, стерилизованных радиационным или газовым “методом" (М3 СССР, 1991г.).

Представлен: Техническим комитетом по стандартизации ТК-343 "Качество воды"

Внесён: Управлением стандартизации и сертификации пищевой, лёгкой промышленности и сельскохозяйственного производства Госстандарта России

Утверждён: Заместителем Председателя Госстандарта России 12.10.95г. для издания и распространения в качестве методического справочного пособия.

Зарегистрирован: Центральным органом по сертификации питьевой воды, материалов, технологических процессов и оборудования, применяемых в хозяйственно-питьевом водоснабжении № ЦОС ПВ Р 005-95

3

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В условиях постоянно нарастающего антропогенного загрязнения источников водоснабжения обеспечение безопасности и безвредности питьевой воды, поставляемой населению предприятиями водоснабжения, в значительной мере зависит от полноты, достоверности и оперативности контроля качества воды во всех технологических звеньях системы: в контрольных створах водных объектов, в местах водозаборов. в ёмкостях чистой воды после ее очистки и обеззараживания, в распределительной водопроводной сети у потребителей. При этом число нормируемых и контролируемых параметров качества, в совокупности определяющих безопасность и безвредность воды, увеличилось за последнее десятилетие более, чем в два раза и в соответствии с рекомендациями Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) включает более 100 нормативов. Высокая токсичность и соответственно низкие значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) для ряда тяжелых металлов и большинства органических токсикантов существенно усложняют процедуры аналитического химического контроля, требуют продолжительного времени и весьма значительных материальных затрат на проведение комплексного контроля качества воды. Кроме того, проведение даже полного анализа качества воды по всем установленным в нормативных документах индивидуальным показателям не дает возможность определить их комплексное воздействие на организм человека, а принятие системы суммирования относительных концентраций не отражает в полной мере механизм совокупного воздействия токсикантов на степень опасности потребляемой человеком воды.

В связи с этим наряду с традиционными методами для контроля качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения могут применяться методы биологического тестирования, основанные на оценке степени опасности воды источников водоснабжения и питьевой воды по реакции специально подготовленных живых ор ганизмов-тест-объектов.

Особенность информации, получаемой с помощью методов биотестирования, состоит в интегральном характере восприятия и отражения всех токсических воздействий, обусловленных совокупностью содержащихся в воде токсикантов и комплексных факторов их совместного присутствия.

При этом применение различных методов биотестирования должно быть ограничено определенными условиями в отношении целей контроля, места отбора проб воды, степени оперативности и т.п., в зависимости от специфических характеристик каждого конкретного метода. Возможно комплексное использование различных биотестов. взаимно дополняющих друг друга по чувствительности к различным группам токсикантов.

Во всех случаях использование методов биотестирования не может заменить аналитический физико-химический контроль, установленный действующими нормативными документами, однако биотесты могут существенно дополнить его результаты оценкой комплексного воздействия содержащихся в воде токсикантов, повысить оперативность обнаружения опасных уровней загрязнения источников питьевого водоснабжения для принятия экстренных мер по вводу резервных мощностей очистки или предупреждения потребителей, а также в ряде случае позволить увеличить периодичность отбора проб для физико-химического контроля и соответственно снизить затраты на контроль при подтверждаемом биотестами сохранении стабильных показателей уровня безопасности исходной воды в источнике водоснабжения.

Настоящий документ устанавливает общие методические рекомендации по применению различных методов биотестирования в централизованных системах хозяйственно-питьевого водоснабжения для решения конкретных задач по контролю качества воды в источниках водоснабжения и очищенной воды, подаваемой

4

потребителям в сочетании с традиционными методами физико-химического контроля.

Методические рекомендации предназначены для использования предприятиями водоснабжения и водоотведения в целях совершенствования систем контроля качества воды, повышения его надежности и оперативности, а также могут быть использованы органами Госкомсанэпиднадзора России при выполнении надзорных функций за качеством воды источников водоснабжения и качеством питьевой воды для повышения достоверности оценки безопасности (безвредности) контролируемой воды в отношении комплексного воздействия находящихся в ней токсикантов.

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ БИОТЕСТИРОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ

ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В СИСТЕМАХ ХОЗЯЙСТВЕННОПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Основными характеристиками методов биотестирования, определяющими цели и условия их возможного использования в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения, являются:

-    вид тест-объекта;

-    контролируемый параметр тест-объекта (тест-реакция);

-    процедуры измерения тест-реакции;

-    оценочные нормативы для определения степени опасности контролируемой среды (воды) для человека по замеренным параметрам тест-реакции.

В качестве тест-объектов в современных методах биотестирования для контроля безопасности (безвредности) воды могут быть использованы рыбы, ракообразные (дафнии и др.), инфузории, зародышевые организмы, водоросли, ферменты, бактерии и др.

Основные требования к тест-объектам состоят в их доступности, простоте и удобстве культивирования или хранения для использования, достаточной чувствительности к содержащимся в воде токсикантам, опасным для человека.

Тест-реакция тест-объекта при воздействии токсикантов или других неблагоприятных факторов окружающей среды может выражаться в гибели тест_:объектов (выживаемости), снижении интенсивности размножения, снижении подвижности или других поведенческих характеристик, типичных для данного тест-объекта, а также в подавлении некоторых биохимических процессов, протекающих в клетках и ферментных системах.

Основные требования к тест-реакциям при выборе методов биотестирования для практического использования состоят в наличии ясно выраженной зависимости фиксируемых отклонений от нормы от концентраций токсикантов в воде, а также в возможности наблюдения и регистрации количественных значений тест-реакций с необходимой точностью и достоверностью при использовании доступных средств контроля.

Основные требования к процедурам измерения тест-реакций при использовании методов биотестирования для контроля качества воды в системах водоснабжения состоят в возможности получения требуемого "отклика" на появление в воде опасных токсикантов в максимально сжатые сроки. Это, как правило, требует использования специальных контролирующих устройств с элементами автоматизации, обеспечивающими преобразование регистрируемых тест-реакций в нормируемые величины характеристик токсичности воды.

Методы биотестирования, в которых процедуры измерения тест-реакции рассчитаны на длительный период наблюдения, могут найти ограниченное применение на стадии обследования и выбора источника водоснабжения для хозяйственно-питьевых целей или при наблюдении за источниками водоснабжения с заведомо стабильным качеством воды.

5

Оценочные нормативы при использовании методов биотестирования должны позволять на основе полученных результатов замеров сделать заключение о степени опасности воды и о принятии при превышении допустимых норм опасности (токсичности) воды необходимых мер по предотвращению возможной угрозы здоровью населения, потребляющего питьевую воду из данной системы водоснабжения

В настоящее время в действующих нормативных документах отсутствуют утвержденные нормированные величины предельно-допустимых комплексных токсических воздействий, измеряемых с помощью методов биотестирования.

В связи с этим для каждого конкретного метода биотестирования в результате специальных исследований устанавливают корреляционные связи фиксируемых значений тест-реакций с возможным токсическим воздействием на теплокровных животных или с концентрациями конкретных токсикантов и на этом основании вводят определенные оценочные значения степени токсичности (опасности) контролируемой воды в зависимости от фиксируемых результатов измерений при биотестировании.

При этом следует иметь в виду, что эти оценочные значения не являются критериями опасности или безопасности воды при использовании ее человеком для питьевых целей в течение длительного времени; они могут только указывать на вероятность наличия или отсутствия в воде опасных концентраций токсических загрязнений, что должно подтверждаться результатами соответствующего химического контроля, на основании которого с учетом действующих ПДК делается заключение о соответствии питьевой воды установленным требованиям и ее пригодности для использования людьми.

Вместе с тем. в сравнительном плане при оценке, например, различных технологий очистки воды, обеспечивающих ее соответствие нормативным требованиям по отдельным видам токсикантов, предпочтение должно отдаватьсу тем методам, которые обеспечивают более высокий уровень безопасности, определяемый методами биотестирования.

В таблице 1 /приведены основные характеристики методов биотестирования, рекомендуемых для использования в целях контроля качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. Описание методов приведено в справочных приложениях. нумерация которых соответствует номерам тест-объектов в таблице 1.

Таблица 1

Тест-объект Тест-реакция Способ измерения тест-реакции Норматив (индекс токсичности) 1. Клеточный тест-объект (фа ну лированная сперма быка) Изменение показателей подвижности тест-объекта Подсчет числа флуктуаций интенсивности рассеянного излучения, вызванного прохождением тест-объекта через оптический зонд, с использованием автоматической контрольной системы Допустимые значения индекса токсичности К (отношение определяемых значений, характеризующих подвижность тест-объекта в опытном и контрольном растворах): lt=(70-130)% 2. Инфузории парамеции Реакция хемотаксиса - число инфузорий. направленно перемещающихся в зоне анализа Измерение приборами серии 'Биотестер' (например, ■Биотестер-2*), обеспечивающими регистрацию тест-реакций с выдачей данных в условных единицах токсичности. Допустимые значения индекса токсичности Т (допустимая степень загрязнения): Т=(0-0,25); высокая степень загрязнения: TXJ.71 3.Инфузории тетрахимена-периформис Изменение выживаемости и интенсивности размножения Визуальная оценка (подсчет) под микроскопом количества тест-объектов через определенные промежутки времени (15мин, 1час, бчас, 24часа. 4В часов). Острое токсическое действие-гибель 100% инфузорий в течение бчасов. Хроническое токсическое действие при коэффициенте токсичности К (снижение числа тест-объектов по сравнению с контролем за 46 часов.) К<0.5 и К>1

6

Тест-объект	Тест-реакция	Способ измерения тест-реакции	Норматив (индекс токсичности)
4. Штамм бактерий Е-колли	Изменение уровня дегчдрогемаэиой активности микроорганизмов (подавление актив. фермента)	Определение времени обесцвечивания метмленоеого-смнего, как косвенного показателя активности фермента дегидрогеназы.	Признак отсутствия токсичности -отклонение времени обесцвечивания от контрольной пробы меньше, чем на 15%.
5.Ракообраэ-ные (дафнии, цеиодафнии)	Изменение показателей выживаемости и плодовитости	Визуальная оценка (подсчёт) количества тест-объектов через определенные промежутки времени в сопоставлении с контрольными пробами.	Острое токсическое действие -гибель более 50% ракообразных за 96 часов. Хроническое токсическое действие - достоверное снижение по сравнению с контролем тест-объектов в течение 20 суток.
в. Водоросли (сценедесмус, хлорелла)	Снижение интенсивности размножения (прироста клеток водорослей)	Визуальная оценка (подсчет) прироста числа клеток в сопоставлении с контрольным опытом.	Показатель токсического действия - достоверное снижение коэффициента прироста числа клеток по сравнению с контролем через 96 часов (остров токсическое действие) и через 14 суток (хроническое токсическое действие)
7 Рыбы (гуппи, данио)	Снижение выживаемости	Визуальная оценка (подсчет) среднего количества тест-объектое, выживших в тести-руемой воде в сопоставлении с контрольным опытом	Острое токсическое действие -гибель 50% и более рыб за 96 часов. Хроническое токсическое действие - достоверное снижение выживаемости рыб за 30 суток по сравнению с контрольным опытом

Наряду с лерэчисленными в таблице !. практическое применение для оценки качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения находят специальные методы, в частности, для определения суммарной мутагенной активности с использованием биологических тест-систем после проведения соответствующей подготовки. При анализах питьевой воды такая подготовка включает операции экстракции, концентрирования и стерилизации. Для оценки мутагенного потенциала полученных экстрактов наиболее часто применяется тест Эймса (сальмонелла / микросомы) и тесты на индукцию цитогенетических нарушений (хромосомные аберрации, микроядра, сестринские хроматидные обмены). Описание указанных процедур содержится в "Методических указаниях по экспериментальной оценке суммарной мутагенной активности загрязнений воздуха и воды" (Минздрав СССР, М.,1990). Сложность реализации указанных методов обуславливает возможность их применения в специальных лабораториях НИИ, имеющих необходимое оборудование и квалифицированный персонал.

В частности, указанные исследования систематически проводятся в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысииа РАМН.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ДЛЯ

КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМАХ

ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Контроль качества воды в централизованных системах хозяйственно-питьевого водоснабжения включает отбор и анализ проб воды в следующих основных элементах технологической схемы:

-    в источнике водоснабжения перед водозабором,

-    на промежуточных стадиях процесса водоподготовки (технологический контроль);

-    в емкости чистой воды и (или) из трубопроводов перед подачей в водопроводную распределительную сеть;

7

- в водопроводно¹-* сети из распределительных колонок или кранов Кроме того, в крупных системах водоснабжения силами предприятия водоснабжения проводится контроль поверхностных источников водоснабжения путем отбора проб в различных “творах как правило, в пределах зоны санитарной охраны

С учетом специфики методов биотестирования, связанной с чувствительностью большинства тест-объектов к дезинфектантам, используемым в процессе водоподготовки. а также особенностей отдельных методов биотестирования в отношении сроков получения результатов (возможности реализации экспоесс-контроля) и степени универсальности по выявлению различных видов токсикантов в табл 2 изложены рекомендации по предпочтительному использованию различных видов биотестов для контооля качества воды в различных объектах и различных контрольных точках систем водоснабжения

Таблица 2

Объект контроля Контрольные точки Зада-ж. для решения которых рекомендуется использовать методы биотестирования Рекомендуемые методы биотестирования (NN методов ло табл. 1) Вода в источнике водоснабжения Контрольные створы в пределах зон санитарной охрань. 1 Пол "верждение отсутствия острого и хронического токсического действия совокупности токсикантов, содержащихся в воде источника водоснабжения при выборе источника по ГОСТ 2761-84 и СамПиН 4630-88 3. 5-7 То же То же 2 Непрерывный оперативный 'Алярмконтропь' для своевременного обнаружения внезапного появления в источнике водоснабжения опасных концентраций токсикантов, наличие которых требует принятия специальных мер по дополмитвльн.»-му химическому контролю, очистке воды и (или) предупреждению населения 1. 2 То же Тоже 3. Периодический контроль для определения степени опасности воды по совокупному действию находящихся в ней токсикантов 1.4 То же зона водозабора 4. Непрерывный оперативный автоматизированный ’Алярм-контроль* 1. 2 То же То же 5. Периодический контроль для подтверждения соответствия исходной воды общим требованиям безопасности 1-4 Питьевая вода ёмкости чистой воды и контрольные точки перед входом в систему распределения 6. Периодический контроль после дехлорирования по общему токсическому действию токсикантов, которые могут образовываться в процессе очистки и обеззараживания воды (продукты дезинфекции - галогенор-ганические соединения и др.) 1-4 То же водоотборные устройства в сети водоснабжения 7. Периодический контроль проб воды для подтверждения отсутствия токсичного воздействия питьевой воды после прохождения по трубопроводам водопроводной системы 1-4 Материалы, используемые в оборудовании, изделиях и процессах 8 Подтверждение отсутствия токсического эффекта в результате взаимодействия материалов с водой для выдачи разрешений на применение материалов (веществ) в сфере питьевого водоснабжения 1

8

В дополнение к рекомендациям, изложенным в табл.2, следует учитывать некоторые изложенные ниже особенности методов биотестирования, связанные с их чувствительностью к отдельным группам токсикантов и возможностями сопоставления фиксируемых результатов тест-реакций с данными стандартизованных методов химико-аналитического контроля.

Для клеточного тест-объекта (гранулированная сперма быка) экспериментально установлены корреляционные зависимости измеряемой тест-реакции от уровня ток-сикометрических параметров (DL_M - половинная смертельная доза для крыс) и концентраций широкого круга органических токсикантов (хлорированные углеводороды, фенолы, акриламид, формальдегид и др.). которые, в частности, могут попадать в воду при контактах с полимерными материалами и изделиями. Определены предельные значения индекса токсичности, при которых отсутствует реакция лабораторных животных на совокупность различных токсикантов, находящихся в воде в определенных концентрациях. На этой основе данный метод одобрен Минздравом России для оценки полимерных материалов, используемых в медицинской технике. Установлена также чувствительность тест-объекта к тяжелым металлам (ртуть, свинец, кадмий).

Для методов биотестирования с использованием инфузорий установлены данные, характеризующие содержание в воде и концентрации ряда органических и неорганических компонентов, при которых фиксируется тест-реакция, отражающая острое токсическое действие указанных компонентов. На этой основе данный метод может быть рекомендован, в частности, для контроля за качеством воды в водных объектах (источниках водоснабжения), в которых могут содержаться токсичные соединения металлов (ртуть, хром, кадмий, никель, медь, цинк) и органические соединения (хлороформ, бензол, акриламид, вниилацетат, метилметакрилат и др.).

При применении в качестве тест-объекта ферментных систем (оценка угнетения дегидрогеназы) выявлена достаточно высокая чувствительность тест-реакций на присутствие в воде повышенных концентраций ионов тяжелых металлов (ртуть, свинец. медь, кадмий), а также ряда органических соединений (фенолы, резорцин, гидрохинон и др.). Специфической особенностью при использовании ферментных тест-систем вместо живых организмов является отсутствие достаточной чувствительности к дыхательным ядам (цианиды), канцерогенам типа бензапирена, а также к некоторым анионам (нитриты, нитраты).

Использование ракообразных, водорослей и рыб в системах биотестирования для определения острого и хронического токсического действия контролируемой воды с соответствующей продолжительностью экспериментов характеризует общий уровень загрязнения воды токсичными компонентами и наличие неблагоприятных факторов, влияющих на жизненные функции организмов. В отношении чувствительности к отдельным токсикантам эти методы относительно менее специфичны по сравнению с применением, например, инфузорий, однако фиксируемые тест-реакции могут проявляться при опасных концентрациях в воде тяжелых металлов (ртуть, хром и др.), фенолов и их производных, отдельных высокотоксичных пестицидов и т.п.

При сопоставлении чувствительности методов биотестирования с методами аналитического химического определения отдельных химических веществ в пробах контролируемой воды отмечается, как правило, невозможность фиксации тест-реакций при низких концентрациях загрязнений воды на уровне ПДК, которые количественно определяются химическими методами.

Реально фиксируемые с необходимой достоверностью тест-реакции при наличии в воде индивидуальных токсикантов для типовых методов биотестирования в режимах экспресс-контроля наблюдаются при концентрациях, существенно превышающих ПДК.

Так, при использовании биотеста с инфузориями острое токсическое действие проявляется при концентрациях, составляющих для никеля -5 ПДК, хрома и кадмия -10-20 ПДК, хлороформа - 50 ПДК. бензола -100 ПДК, фенола - 500 ПДК. Исключение

9

составляет ртуть, для которой острый токсический эффект фиксируется при содержании 1 -2 ПДК.

Однако все это относится только к случаям загрязнения воды индивидуальными токсикантами, а основное преимущество методов биотестирования проявляется в фиксации совокупного действия присутствующих в воде токсикантов, когда может иметь место суммирование воздействующих факторов, существенно снижающих уровень обнаружения отдельных токсикантов. При этом возможность экспресс-контроля при применении методов биотестирования с соответствующим приборным оснащением позволяет своевременно выявить возникновение чрезвычайных ситуаций, когда внезапно возникающие высокие уровни загрязнения воды опасными токсикантами могут нанести ущерб здоровью населения в короткие сроки при потреблении небольших количеств воды

Сводные данные об организациях-разработчиках методов биотестирования, указанных в таблицах 1 и 2, и основных публикациях по этим вопросам, приведены в табл.З.

Таблица 3

NN методик по табл. 1 и тест-объекты Организации-разработчики и консультанты Литературные источники 1 Клеточный тест-объект (гранулированная сперма быка) Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники (ВНИИИИМТ). г.Москва; АО 'БМК-ИНВЕСГ г Москва Количественный экспресс-метод оценки токсичности питьевой воды, природных вод и промышленных стоков с применением клеточного тест-объекта. Методические рекомендации, Теоцемтр-Москва*. М. 1993 А.П.Еськов, Р.И.Каюмов. Ю.С.Ротенберг Биотестирование с помощью суспензии сперматозоидов "Г и гиена труда :i профессиональные заболевания* N8, 1989г 2 Инфузории парамеции АО "Квант' г Санкт-Петербург Методика определения токсичности проб воды экспресс-методом на приборе "Биотвствр* НИИ Гигиены и профпаталогии М3 СССР, Л-д 1991 А.В.Пожаров. Ю А.Рахманин, С А Шелемотов Прикладные аспекты аппаратурного биответи-рования воды. "Гигиена и санитария* 1994г. 3 Инфузории тетрахимена пери формис НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им.А.Н.Сысина (НИИЭЧиГОС), г.Москва Методы биотестирования вод. Черноголовка, 1988 4 Штам бактерий Е-колли (фермент дегидрогеназа) Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана (МНИИГ). г.Москва Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. Справочное пособие. ГИПХ, Л-д, 1972 5 Ракообразные (дафнии, церио-дафнии) ВНИИВОДГЕО, г.Москва; Гидрохимический институт г. Ростов; Институт биологии внутренних вод РАН (ИБВВ), г.Дубна; ГУАК, Минприроды России. г.Москва Методическое руководство по биотестированию воды РД 118-02-09 Госкомприроды СССР, М.,1991 МС ИСО 6341:1989 ‘Качество воды. Определение подавления подвижности дафний* 6 Водоросли (сценедесмус, хлорелла) МГУ. г.Москва Методическое руководство по биотестированию воды РД 118-02-90 Госкомприроды СССР, М.,1991 МС ИСО 6341:1989 ’Качество воды. Тест замедления роста пресноводных водорослей" 7 Рыбы (гуппи, данио) Научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства (ВНИРО). г.Ростов; МГУ, г.Москва Методическое руководство по биотестированию воды РД 118-02-09 Госкомприроды СССР, М.,1991 М.Н.Ильин. Аквариумное рыбоводство. М.изд.МГУ. 1997

10

NN методик по табл. 1 и тест-объекты	Оргамюации-раз работники и консультанты	Литературные источники
8 Сальмонелла (биологические тест системы для определения мутагенной активности)	НИИЭЧиГОС им. А. Н. Сы-сима, г. Москва	В. В.Соколовский, В.С.Жуков, Ю.АРахмаиии, И.Н.Рыжова. Методические указания по экспериментальной оценке суммарной мутагенной активности загрязнений воздуха и воды, Минздрав СССР, М..1990; А.М.Фон штейн, С. К.Абилов и др. Методы первичного выявления генетической активности загрязнителей среды с помощью бактериальных тест систем; Методические указамия.М. 1985