Застосуванням наночасток металів для дезінвазії каналізаційних стоків

8. Застосуванням наночасток металів для дезінвазії каналізаційних стоків

Для знезараження стічних вод ТОВ «Наноматеріали і нанотехнології» було розроблено поліметалеві аквананохелати – структуровані агломерати наночасток різних розмірів і різнорідних металів. На поверхні наночасток із відмінними розмірами виникає електричний розряд, пропорційний їхньому розміру. Електрозаряджені наночастки бактерицидних металів (Mg, Zn, Cu, Ag, Pd, Pt, Au, Ir, Sn та Sb) отримані шляхом диспергування металевих гранул імпульсами електричного струму у воді, де вони накопичуються, утворюючи колоїдний розчин. При цьому наночастки знаходяться між собою в електричному контакті.

Використання наночасток суміші металів підсилює|посилювати| біоцидну дію препарату та розширює спектр його дії за рахунок синергічної дії металів.

Електричний потенціал на поверхні наночасток досягає декількох вольт. При розмірі наночасток 100 нм напруженість електричного поля в ближній зоні наночасток сягає 10⁵ В/см, що значно (на три порядки) перевищує пороговий рівень дезінвазійної здатності електричного поля і призводить до знищення яєць і личинок гельмінтів.

Робота включала три необхідно взаємопов’язаних етапи, із яких два перших можна розглядати як підготовчі. Зокрема, на першому із застосуванням загальноприйнятих гельмінтоовоскопічних методів були отримані життєздатні яйця свинячої аскариди.

На другому етапі було налагоджене лабораторне культивування цих яєць та їхнє диференціювання на життєздатні й нежиттєздатні, незрілі та зрілі.

Третій, основний, етап роботи полягав у створенні експериментальної моделі шляхом компанування інвазійного матеріалу, сирого осаду стічних вод тваринницької ферми та наногальванічних елементів, утворених наночастками біоцидних металів. При цьому напруга електричного поля в ближній зоні електричнозаряджених наночасток сягала 100 000 В/см, а кількість самих наночасток в середовищі становила 10¹⁰ – 10¹² часток/л. За рахунок броунівського руху наночастки знаходились у безпосередній близькості від яєць гельмінтів, що надзвичайно підвищило ефективність дії препарату.

В експерименті були задіяні 6 дослідних і 2 контрольних групи. У вісім ємностей заливали по 1 л сирого осаду стічних вод тваринницької ферми. Потім до кожної з них вносили по 50 життєздатних яєць свинячої аскариди: у 3 дослідні та 1 контрольну групу – не інвазійні, а в інші 3 дослідні та 1 контрольну – інвазійні яйця нематоди (з личинкою всередині).

Електричнозаряджені наночастки бактерицидних металів (Mg, Zn,Cu, Ag, Pd, Pt, Au, Ir, Sn, Sb) були одержані в лабораторних умовах ерозійно-вибуховим способом за технологією ТОВ «Наноматеріали і нанотехнології».| Загальний вміст металів у нанорідині становив близько 100 мг/дм³.

Нанорідину вносили з розрахунку 500 мл, 1000 і 3000 мл на 1 м³ осаду. Під час експерименту і перед відбором проб дослідні суміші перемішували. Час експозиції дорівнював 6 год, 12 і 24 год.

Після експозиції яйця аскарид вилучали із дослідних сумішей. Для цього до ємності із стічними водами додавали 0,5 г/см³ міді сульфат і ретельно перемішували. Через 40–50 хв після утворення пластівців і просвітлення стічної води надосадову рідину видаляли піпеткою. Осад переносили у центрифужні пробірки та центрифугували протягом 3 хв при 1000 об/хв. Надосадову рідину видаляли, а до осаду додавали 3 см³ 3 %-вого розчину соляної кислоти, під дією якої пластівці розчинялися. Після повторного центрифугування та видалення надосадової рідини у пробірки вносили насичений розчин натрію нітрату до рівня на 2–3 мм нижче від її країв. Після годинної експозиції верхню плівку досліджували на наявність яєць гельмінтів і визначали їхню життєздатність.

Яйця нематод двічі відмивали у дистильованій воді з використанням центрифуги (при 1,5 тис. об./хв, протягом 5 хв) та переглядали у бактеріологічних чашках при малому збільшенні мікроскопа.

Для контролю фізіологічної життєздатності яйця культивували в бактеріологічних чашках із фізіологічним розчином у термостаті при температурі 28 ^ºС протягом 60 діб. Двічі на тиждень яйця аскарид переглядали під малим і великим збільшеннями мікроскопа. При цьому виявляли деформовані та мертві яйця (розрив оболонки, її прогинання, стан плазми)(табл. 11).

Як зазначено в таблиці 11, ступінь овоцидного ефекту колоїду наночасток біоцидних металів прямо залежить від концентрації реагенту й тривалості експозиції. Нанорозчин ефективніше діє на яйця аскариди свиней, які ще не досягли інвазійної стадії. Крім того, під час експерименту із неінвазованими яйцями нематод серед них відмічали фізіологічне незавершення розвитку в середньому у 15,9 % випадків.

Найвищий, 100 %-й овоцидний ефект мав місце при дозуванні наноречовини 3000 мл/м³ та експозиції 12 і 24 год, а також при використанні колоїдного розчину у концентрації 1000 мл/м³ з експозицією 24 год. Найменшу овоцидну активність мали аквахелати, застосовані у концентрації 500 млна 1 м³ осаду з експозицією до 6 год – 94,2 %. У контрольній групі 96,3 % неінвазійних яєць розвинулися до інвазійної стадії.

Дещо нижчу ефективність проявляє нанобіокомпозит наночасток металів при дії на зрілі яйця A. suum. Задовільний овоцидний ефект (65,7 –79,2 %) дає застосування наноречовини у дозі 500 мл/ м³ при експозиції відповідно від 6 до 24 год.

При застосуванні 3000 мл нанорідини на 1 м³стічних вод протягом 24 год вдається досягти майже 93,6 %, а при 12 годинній експозиції – 90,4 % елімінації паразитів, що є високоефективним проявом овоцидної дії. У контрольній групі життєздатність нематод зберігалася на рівні 98,2 %.

Висока овоцидна ефективність пропонованого способу знезараження каналізаційних стоків від збудника аскаридозу, відносна простота й доступність застосування дозволяють рекомендувати його до використання в практиці комунального та сільського господарств. Застосування даного методу дезінвазії дозволить оперативно вирішити проблеми дегельмінтизації та утилізації осаду стічних вод без застосування екологічно небезпечних технологій.

Гній і стічні води часто використовують в якості органічних добрив при вирощуванні сільськогосподарських культур. Неякісне проведення їхньої дезінвазії та порушення санітарно-гігієнічних режимів при заготівлі, транспортуванні й реалізації овочів і фруктів може створювати умови для поширення інвазійних хвороб і зараження ними людини.

Список літератури

1.           Семенов Б.С. Болезни пальцев у крупного рогатого скота в промышленных комплексах. – Л.: Колос, 1981. – С. 62 – 88.

2.           Черняк С.В. Зміни синовіоцитограми, функціональної активності нейтрофілів і лімфоцитів при асептичних артритах у телят (клініко-експериментальні дослідження): Автореф. дис… канд. вет. наук. – Біла Церква, 1999. – 19 с.

3.           Белов А.Д., Лукьяновский В.А. Общая ветеринарная хирургия. – М.: Агропромиздат, 1990. – С. 497 – 552.

4.           Загальна ветеринарна хірургія / І.С.Панько, В.М. Власенко, В.Й. Іздепський та ін. – Біла Церква: Вид – воБЦДАУ, 1999. – 207 с.

5.           Бурденюк В.Ф., Кузнецов Г.С. Ветеринарная ортопедия. – Л.: Колос, 1976. – С.157 – 168.

6.           Клінічна діагностика внутрішніх хороб тварин (ред. В.І. Левченко). – Біла Церква: Вид – во БЦДАУ, 2004. – 608 с.

7.         Варданян А.В. Влияние условий содержания на качество копытцевого рога и заболеваемость копытец у коров в молочных комплексах: Автореф. дис… канд. вет. наук. – М., 1984. – 16 с.

8.         Хомин Н.М. Біохімічні та біофізичні показники копитцевого рогу корів залежно від рівня забезпеченості мінеральними речовинами // Наук. Вісник Національного аграр. ун – ту. – К., 2004. – Вип. 74. – С. 318 – 322.

9.         Хомин Н.М. Біофізичні властивості копитцевого рогу у корів у нормі та при асептичному пододерматиті // Вет. медицина України. – 2004. – № 4. – С.41 – 42.

10.         Кулінич С.М. Методи лабораторної діагностики грибкових уражень копитець у корів // Збірник наукових праць Луганського аграрного університету: Ветеринарні науки. – 2007. – № 78/101. – С. 328 – 331.

11.          Нанотехнологія у ветеринарній медицині. Посіб. для студ. аграр. закл. освіти І – ІV рівней акредитації / В.Б. Борисович, Б.В. Борисович, В.Г. Каплуненко та ін. – К.: ТОВ «Наноматеріали і нанотехнології», 2009. – 232 с.

12.          Волошина Н.О. Петренко О.Ф., Каплуненко В.Г. та ін. Екологічні антисептичні засоби профілактики у свинарстві // Вісник Білоцерківського державного аграрного університету. – Біла Церква, 2008. – Вип. 57. – С. 33-36.

13.          Пат. 38138 Україна, МПК А 61 L 2/16. Нанорідина для знешкодження у довкіллі збудників інвазійних хвороб тварин / Волошина Н.О., Каплуненко В.Г., Косінов М. В.; власник Волошина Н.О., Каплуненко В.Г., Косінов М. В. – № 2008 08955; заявл. 08.07.08; опубл. 25.12.08. Бюл. № 24.

14.          Волошина Н.О., Гоголь А.В., Сиченко Т.В. Дослідження дії наноматеріалу «шумерське срібло» на збудник аскарозу свиней // Ветеринарна біотехнологія. Бюлетень. – 2008. – №13 (2). – С. 67–70.

15.      Патент України на корисну модель № 29854. Висококоординаційний аніоноподібний аквананокомплекс / Каплуненко В.Г., Косинов М.В. – опубл. 25.01.08, Бюл. №2.

16.      Романенко Н.А., Падченко И.К., Чебышев Н.В. Санитарная паразитология: (Руководство для врачей). – М.: Медицина, 2000. – 342 с.