Биотрансформация мочевины в воде водных объектов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Трансформация веществ — актуальная проблема гигиены окружающей среды. Мочевина (карбамид) — продукт жизнедеятельности человека и животных — поступает в водоёмы с хозяйственно-бытовыми коллекторными сточными водами, поверхностным стоком в районах, использующих карбамид как удобрение, со сбросами отходов животноводческих комплексов, стоками предприятий, производящих карбамид. Можно выделить два аспекта, связанных с загрязнением карбамидом водных объектов: отсутствие прямого инструментального метода контроля карбамида, а также отсутствие комплексного подхода к контролю мочевины и продуктов её биотрансформации: аммония, нитритов, нитратов. Эти два фактора определили актуальность исследований.

Материалы и методы. Исследование выполнено с использованием ионохроматографической системы «Стайер» с анионными и катионными разделяющими колонками: Phenomenex Star-Ion™ A300 — 100/4.6 (USА) и Shodex IC YS-50 150/4.6 (Japan). При разработке метода анализа мочевины применяли катионную колонку «Аквилон» Aquiline C1P, 5µ, 150/4,6 с кондуктометрическим и амперометрическим детектированием. Объектами исследований являлись поверхностная, бутилированная, водопроводная вода централизованной системы питьевого водоснабжения, модельные водные растворы карбамида. В качестве источника уреазы использована почва (дерново-подзолистая) из Учебно-опытного почвенно-экологического центра «Чашниково» МГУ им. М.В. Ломоносова.

Результаты. Предложен новый высокочувствительный ионохромато-графический метод определения мочевины в воде различных водных объектов с чувствительностью на уровне 5 мг/дм3 при прямом вводе пробы и с использованием пробоподготовки — 0,5 мг/дм3. Представлены результаты исследований на содержание мочевины и продуктов её биохимической трансформации модельных водных растворов мочевины, поверхностной, водопроводной воды г. Москвы, ряда бутилированных вод. Выявлено присутствие мочевины в поверхностной воде и водопроводной воде г. Москвы, а также установлена корреляция между содержанием мочевины и ионами аммония, нитритами и нитратами в воде.

Ограничения исследования. Исследования ограничены водой водных объектов с общей минерализацией не выше 15 мг-экв/дм3, содержание мочевины в которых выше 0,5 мг/дм3.

Заключение. При проведении контроля за загрязнением мочевиной различных водных объектов установлена необходимость учёта продуктов её биотрансформации под действием уреазы, поскольку в результате процессов биотрансформации мочевины из малотоксичного вещества возможно образование более токсичных продуктов – нитритов, нитратов, аммония. Применение кинетического подхода для изучения процессов биотрансформации мочевины в воде в модельных условиях показало, что экстремальный тип кинетических кривых соответствует образованию промежуточных продуктов (нитритов), возрастающий тип — образованию и накоплению конечных продуктов (нитратов и ионов аммония).

Участие авторов:

Абрамов Е.Г. — сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста;

Малышева А.Г. — концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила: 04.08.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 09.02.2022

Об авторах

Е. Г. Абрамов

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: noemail@neicon.ru
Россия

Алла Георгиевна Малышева

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: amalysheva@cspmz.ru
ORCID iD: 0000-0003-3112-0980

Доктор биол. наук, профессор, вед. науч. сотр. отд. гигиены ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва.

e-mail: AMalysheva@cspmz.ru

Россия

Список литературы

  1. Малышева А.Г., Козлова Н.Ю., Юдин С.М. Неучтённая химическая опасность процессов трансформации веществ в окружающей среде при оценке эффективности технологий. Гигиена и санитария. 2018; 97(6): 490-7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-6-490-497
  2. Малышева А.Г., Рахманин Ю.А. Физико-химические исследования и методы контроля веществ в гигиене окружающей среды. СПб.: Профессионал; 2012.
  3. Малышева А.Г., Юдин С.М. Трансформация химических веществ в окружающей среде как неучтенный фактор опасности для здоровья населения. Химическая безопасность. 2019; 3(2): 45-66. https://doi.org/10.25514/CHS.2019.2.16005
  4. Некрасова Л.П., Малышева А.Г., Абрамов Е.Г. Трансформация фенола и двухатомных фенолов в поверхностной воде под действием природных физико-химических факторов. Гигиена и санитария. 2019; 98(11): 1206-11. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1206-1211
  5. Каррер П. Курс органической химии. Пер. с нем. Ленинград.: Госхим-издат; 1962.
  6. Тихоненко С.А., Дубровский А.В., Ким А.Л., Мусин Е.В. Диагностическая пластина для определения концентрации мочевины. Патент RU 2710268 C2; 2019.
  7. Иванов А.В., Милейко В.Е. Способ исследования уреазной активности. Патент RU 2176792 С2; 2001.
  8. Родионов Ю.Б., Язвовская С.С. Способ определения мочевины в биологических жидкостях и набор реактивов для его осуществления. Патент RU 2122740 C1; 1998
  9. Федотов Г.Н., Неклюдов А.Д., Горшкова А.В., Пахомов Е.И., Поздняков А.И. Способ определения скорости гидролиза мочевины уреазой в почвах. Патент RU 2236004 C1; 2004.
  10. Гиззатова Г.Л., Шипаева Т.А. Уреаза - ключевой фермент биодеградации мочевины. Международный научно-исследовательский журнал. 2016; (3-3): 88-90. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.45.175
  11. Рыжаков А.В., Кукконен Н.А. Мочевина в водных объектах гумидной зоны. Экологическая химия. 2014; 23(1): 44-8.
  12. Кирсанов В.В. Трансформация соединений азота при аномальных сбросах сточных вод химического предприятия. Вестник технологического университета. 2017; 20(13): 128-9.
  13. Судаков В.Г., Коваленко Л.А., Неверова О.П., Тошова Е.Ю., Кадочников М.Ю. Способ оценки состояния водоисточника в зоне стоков сельскохозяйственного предприятия. Патент RU 2256176 C1; 2005.
  14. Амбросова Г.Т., Санников В.А., Булатов Н.И., Крисанов В.Ю., Курдяева М.В., Волошина Н.А. Способ очистки сточных вод животноводческих комплексов. Патент RU 2067967 C1; 1996.
  15. Kappaun K., Piovesan A.R., Carlini C.R., Ligabue-Braun R. Ureases: historical aspects, catalytic, and non-catalytic properties - a review. J. Adv. Res. 2018; 13: 3-17. https://doi.org/10.1016/j.jare.2018.05.010
  16. Забелина О.Н. Ферментативная активность почвы природно-рекреационных ландшафтов урбанизированных территорий. Современные проблемы науки и образования. 2014; (2): 493.
  17. Авдеенков П.П., Чистяков Н.Е. Биохимический механизм аммонификации. В кн.: Сборник трудов ХХII научно-практической конференции «Российская наука в современном мире». М.; 2019: 16-7.
  18. Udert K.M., Larsen T.A., Biebow M., Gujer W. Urea hydrolysis and precipitation dynamics in a urea collecting system. Water Res. 2003; 37(11): 2571-82. https://doi.org/10.1016/s0043-1354(03)00065-4
  19. Lv S., Bai F.Y., Pan X.M., Zhao L. Theoretical insight into the role of urea in the hydrolysis reaction of NO2 as a source of hono and aerosols. Environ. Chem. 2018; 15(6): 372-85. https://doi.org/10.1071/EN18083
  20. Nicolle A., Cagnina S., de Bruin T. First-principle based modeling of urea decomposition kinetics in aqueous solutions. Chem. Phys. Lett. 2016; 664: 149-53.
  21. Silva F.V., Nogueira A.R.A., Souza G.B., Reis B.F., Araujo A.N., Montenegro M.C.M.B.S., et al. Potentiometric determination of urea by sequential injection using Jack bean meal crude extract as a source of urease. Talanta. 2000; 53(2): 331-6. https://doi.org/10.1016/s0039-9140(00)00490-2
  22. Jamroz M.H., Dobrowolski J.C. Theoretical IR spectra and stability of carbamic acid complexes. Vib. Spectrosc. 2002; 29(1-2): 217-21.
  23. Butkovskaya N.I., Setser D.W. Infrared chemiluminescence study of the reaction of hydroxyl radical with formamide and the secondary unimolecular reaction of chemical activated carbamic acid. J. Phys. Chem. A. 2018; 122(15): 3735-46. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.8b01512
  24. Блайхер К., Мютель В., Виайра Э., Вихманн Ю., Волтеринг Т.И. Производные эфиров карбаминовой кислоты, их получение (варианты) и их применение в качестве лигандов метаботропных глутаматных рецепторов. Патент RU 2248349 C2; 2005.
  25. Чистяков Н.Е., Авдеенков П.П., Пудовкин М.М. Физиологические аспекты процессов нитрификации и денитрификации. В кн.: Шувалов М.В., Пищулев А.А., Стрелков А.К., ред. Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии. Самара; 2019: 220-6.
  26. Sonthiphand P., Neufeld J.D. Nitrifying bacteria mediate aerobic ammonia oxidation and urea hydrolysis within the Grand River. Aquat. Microb. Ecol. 2014; 73(2): 151-62.
  27. Balvert S.V., Luo J., Schipper L.A. Do glucosinolate hydrolysis products reduce nitrous oxide emission from urine affected soil? Sci. Total Environ. 2017; 603-4: 370-80. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.089
  28. Абрамов Е.Г., Малышева А.Г. Ионохроматографическое амперометрическое определение нитритов, йодидов и железа двухвалентного в воде. Гигиена и санитария. 2020; 99(11): 1288-93. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-11-1288-1293
  29. Абрамов Е.Г., Малышева А.Г. Трансформация йодид- и бромид-ионов при обеззараживании воды. В кн.: Современные проблемы оценки, прогноза и управления экологическими рисками здоровью населения и окружающей среды, пути их рационального решения. Материалы III Международного форума Научного совета Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды. М.; 2018: 8-11.
  30. Abramov E.G. Bicarbonate dualism of river water on the example of Eurasian rivers. In: International Conference Scientific Research of the SCO Countries: Synergy and Integration. Beijing; 2019: 209-13

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Абрамов Е.Г., Малышева А.Г., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.