Методы концентрирования и разделения биологически активных веществ в сточных водах производств: комплексный анализ и инновационные подходы

По данным исследований, общая концентрация антибиотиков в 6 миллионах километров рек по всему миру превышает пороговые значения, необходимые для защиты экосистем. Эта тревожная статистика недвусмысленно указывает на масштабы проблемы загрязнения водных ресурсов биологически активными веществами (БАВ), значительная часть которых поступает из сточных вод промышленных производств. В условиях постоянно растущих объемов производства фармацевтических препаратов, биотехнологической продукции и других химических соединений, обладающих высокой физиологической активностью, задача эффективного мониторинга, концентрирования и разделения БАВ в сточных водах приобретает критическое значение. Это не только вопрос соблюдения экологических нормативов, но и гарантия безопасности водных экосистем и здоровья человека.

Актуальность проблемы и структура исследования

Экологическая и аналитическая актуальность проблемы загрязнения сточных вод производств биологически активными веществами (БАВ) обусловлена их потенциальной токсичностью, устойчивостью к биоразложению и способностью к биоаккумуляции. Эти соединения, попадая в природные водоемы, могут нарушать естественные биогеохимические циклы, способствовать развитию антибиотикорезистентности у микроорганизмов и оказывать негативное воздействие на флору и фауну, а в конечном итоге – на здоровье человека. Для эффективного контроля и снижения этого воздействия необходимо глубокое понимание состава сточных вод, а также разработка и применение высокоэффективных методов их анализа, включающих стадии концентрирования и разделения.

Цель настоящей курсовой работы – провести всесторонний анализ и систематизацию существующих методов концентрирования и разделения биологически активных веществ в сточных водах производств. Исследование направлено на выявление ключевых характеристик БАВ и промышленных стоков, определяющих выбор аналитических стратегий, а также на рассмотрение преимуществ и недостатков различных методологий. Особое внимание будет уделено метрологическим характеристикам инструментальных методов и обзору инновационных подходов, призванных решить накопившиеся проблемы в этой области.

И что из этого следует? Такой подход позволяет не просто констатировать наличие проблемы, но и предложить конкретные, научно обоснованные решения для каждого уникального случая загрязнения, обеспечивая комплексную защиту окружающей среды.

Структура работы охватывает несколько ключевых разделов. Вначале будет представлен детальный обзор биологически активных веществ, их классификация, физико-химические свойства и специфика сточных вод различных производств. Далее последовательно будут рассмотрены методы концентрирования, такие как экстракция, сорбция и мембранные технологии, а затем методы разделения, включая различные виды хроматографии и электрофоретические техники. Отдельные разделы будут посвящены инструментальным методам анализа, критериям выбора оптимальных подходов, а также проблемам, вызовам и инновационным решениям, формирующим будущее аналитической химии в области мониторинга БАВ.

Биологически активные вещества в сточных водах производств: классификация, характеристики и экологическая значимость

Определение и классификация биологически активных веществ

Биологически активные вещества (БАВ) представляют собой обширный класс химических соединений, которые даже в крайне низких концентрациях способны оказывать выраженное физиологическое воздействие на живые организмы, их клетки или отдельные биохимические процессы. Эта группа чрезвычайно разнообразна по химической структуре и функциональному назначению, что обуславливает широкий спектр их применения и, как следствие, их присутствие в промышленных сточных водах.

К основным категориям БАВ, активно производимых и используемых в различных отраслях, относятся:

  • Ферменты: белковые катализаторы биохимических реакций, применяемые в пищевой, фармацевтической и текстильной промышленности.
  • Гормоны: регуляторы физиологических процессов, широко используемые в медицине и ветеринарии.
  • Витамины: органические соединения, необходимые для нормального функционирования организма, производимые как пищевые добавки и лекарственные средства.
  • Антибиотики: вещества, подавляющие рост микроорганизмов, являющиеся краеугольным камнем современной медицины и животноводства.
  • Стимуляторы роста: такие как ауксины, гиббереллины и кинины, применяемые в сельском хозяйстве для повышения урожайности.
  • Гербициды и инсектициды: соединения для защиты растений от вредителей и сорняков.
  • Биогенные стимуляторы, простагландины, нейромедиаторы: специфические соединения, имеющие важное значение в медицине и исследованиях.

Особое внимание привлекают антибиотики, поскольку они представляют значительную экологическую угрозу. В сточных водах различных производств и даже очистных сооружений регулярно обнаруживаются такие антибиотики, как триметоприм, сульфаметоксазол, сульфаметазин, линкомицин, ципрофлоксацин, тетрациклин, амоксициллин, цефалексин и ампициллин. Их концентрации могут варьироваться в широких пределах, от нанограммов до микрограммов на литр. Например, для триметоприма зафиксированы концентрации до 27 мкг/л, что свидетельствует о значительном поступлении этих веществ в водные системы.

По своему происхождению БАВ можно разделить на:

  • Биогенные: вещества, получаемые из живых организмов (микроорганизмов, растений, животных) или путем их биосинтеза. Примером может служить производство инсулина или некоторых ферментов.
  • Абиогенные (синтетические): соединения, полностью полученные путем химического синтеза. Большинство фармацевтических препаратов, таких как многие антибиотики и гормоны, относятся к этой категории.

Производство БАВ, особенно в биотехнологическом секторе, часто представляет собой многостадийный процесс, включающий культивирование микроорганизмов в стерильных питательных средах. Это обуславливает сложный состав образующихся сточных вод, содержащих не только целевые продукты, но и метаболиты, остатки питательных сред и реагентов.

Специфика сточных вод производств БАВ

Сточные воды, образующиеся в процессе производства биологически активных веществ, представляют собой сложную матрицу, значительно отличающуюся по составу и свойствам от бытовых или общепромышленных стоков. Эти особенности напрямую влияют на выбор методов их анализа и очистки.

Фармацевтические производства являются одним из ключевых источников БАВ в сточных водах. Их стоки могут содержать широкий спектр фармакологически активных веществ:

  • Антибиотики: остатки производства пенициллинов, цефалоспоринов, тетрациклинов и других.
  • Гормоны: синтетические стероиды и их предшественники.
  • Болеутоляющие и противовоспалительные препараты.
  • Регуляторы липидного обмена, бета-адреноблокаторы, психотропные препараты, цитостатики.
  • Продукты производства инсулина, интерферонов, пищевых добавок и нутрицевтиков.

Состав этих сточных вод крайне разнообразен, что требует комплексного подхода к анализу.

Производства витаминов обычно характеризуются сточными водами с выраженной кислой реакцией (низкий pH), высокой минерализацией и значительным содержанием органических загрязнений и солей. Это обусловлено особенностями химических или биотехнологических процессов синтеза витаминов, часто требующих использования кислот, щелочей и солевых растворов.

Производства антибиотиков генерируют сточные воды, которые выделяются своей особой сложностью:

  • Высокое содержание органических примесей: преимущественно белкового происхождения, которые часто трудно поддаются биохимическому окислению. Это может быть связано с остатками питательных сред и клеточного материала микроорганизмов.
  • Наличие растворителей: используемых на стадиях экстракции и очистки антибиотиков.
  • Следовые концентрации самих антибиотиков и формалина: даже в низких концентрациях антибиотики представляют экологическую опасность, а формалин, используемый в качестве консерванта или дезинфектанта, является токсичным веществом.
  • Широкий диапазон pH: сточные воды могут быть как сильнокислыми, так и сильнощелочными, что обусловлено различными стадиями технологического процесса.
  • Высокие показатели химического потребления кислорода (ХПК): ХПК в сточных водах с антибиотиками обычно составляет от 5000 до 80000 мг/л. Для сточных вод производства пенициллина ХПК может достигать 15000–80000 мг/л, а для окситетрациклина — 8000–35000 мг/л. Эти значения свидетельствуют о крайне высокой органической нагрузке.
  • Значительная концентрация взвешенных веществ (SS): в таких стоках находится в диапазоне 500–25000 мг/л, что затрудняет многие методы очистки и анализа.

Таблица 1: Характеристики сточных вод различных производств БАВ

Тип производства Основные БАВ/загрязнения Характерные особенности Диапазон ХПК (мг/л) Диапазон SS (мг/л)
Фармацевтика Антибиотики, гормоны, психотропные препараты, цитостатики Сложный многокомпонентный состав Высокий, переменный Высокий, переменный
Витамины Органические кислоты, соли, остатки витаминов Кислая реакция, высокая минерализация Высокий Умеренный
Антибиотики Антибиотики, белки, растворители, формалин Высокая органическая нагрузка, трудноразлагаемые примеси, вариабельный pH 5000–80000 500–25000

Таким образом, сточные воды промышленных предприятий, особенно связанные с производством БАВ, часто представляют собой сложные многокомпонентные смеси, где загрязняющие вещества могут находиться в растворенном, коллоидном или взвешенном состоянии. Этот сложный состав является основной проблемой для их эффективного анализа и требует применения специализированных подходов.

Физико-химические свойства БАВ как ключевой фактор выбора методов

Выбор оптимальных методов концентрирования и разделения биологически активных веществ из сточных вод неразрывно связан с пониманием их фундаментальных физико-химических характеристик. Эти свойства определяют, как вещества взаимодействуют с различными фазами (жидкими, твердыми, газообразными), как они мигрируют под действием внешних полей и насколько стабильны в условиях анализа.

Ключевые физико-химические характеристики БАВ, влияющие на выбор аналитических методов, включают:

  1. Растворимость: Это фундаментальное свойство определяет способность БАВ растворяться в различных растворителях (вода, органические растворители).
    • Влияние на методы: Растворимость является критическим фактором для выбора экстракционных методов (жидкостная экстракция, твердофазная экстракция) и сорбционных методов. Вещества с хорошей растворимостью в органической фазе будут эффективно извлекаться жидкостной экстракцией, тогда как для водорастворимых соединений могут потребоваться сорбенты или модификации растворителей.
    • Пример: Если антибиотик хорошо растворим в хлороформе, но плохо в воде, его можно эффективно экстрагировать из водной матрицы хлороформом.
  2. Молекулярная масса: Размер молекулы БАВ оказывает существенное влияние на их поведение в процессах разделения.
    • Влияние на методы: Молекулярная масса является ключевым параметром для мембранных методов (микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос), где мембраны с определенным размером пор используются для селективного пропускания или задерживания молекул. Чем больше молекулярная масса, тем легче задерживать вещество мембраной с меньшим размером пор. Также влияет на хроматографические методы, такие как эксклюзионная хроматография, где разделение происходит по размеру молекул.
  3. Заряд молекулы (зависимость от pH среды): Многие БАВ являются амфотерными, то есть могут нести как положительный, так и отрицательный заряд в зависимости от кислотности среды (pH).
    • Влияние на методы: Заряд молекулы критически важен для ионообменной хроматографии, где сорбенты содержат заряженные группы, взаимодействующие с противоположно заряженными ионами БАВ. Аналогично, электрофоретические методы, такие как капиллярный электрофорез, основаны на миграции заряженных частиц в электрическом поле. Изменение pH позволяет варьировать заряд БАВ и, соответственно, управлять их разделением.
    • Пример: Аминокислоты имеют различные точки изоэлектрического фокусирования (pI). При pH ниже pI они будут положительно заряжены, при pH выше pI – отрицательно, что можно использовать для их разделения на ионообменных смолах.
  4. Полярность: Степень полярности молекулы БАВ определяет ее взаимодействие с полярными и неполярными растворителями и сорбентами.
    • Влияние на методы: Полярность играет важную роль в хроматографических методах (особенно в распределительной хроматографии, включая ВЭЖХ), где разделение происходит на основе различной аффинности компонентов к полярной или неполярной стационарной и подвижной фазам.
  5. Летучесть: Способность вещества переходить в газообразное состояние при относительно низких температурах.
    • Влияние на методы: Летучесть является определяющим фактором для применения газовой хроматографии (ГХ) и газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС). Только летучие и термостабильные БАВ могут быть успешно проанализированы этими методами без предварительной дериватизации.
  6. Термическая стабильность: Способность БАВ выдерживать нагревание без разложения или деградации.
    • Влияние на методы: Низкая термическая стабильность исключает применение методов, требующих высоких температур (например, ГХ без специальной подготовки). Для термолабильных соединений предпочтительны методы, работающие при комнатной температуре или в «мягких» условиях, такие как ВЭЖХ, мембранные методы или капиллярный электрофорез.
    • Пример: Белки и ферменты крайне чувствительны к нагреванию, поэтому их анализ требует использования методов, сохраняющих их нативную структуру.

Таким образом, глубокий анализ физико-химических свойств целевых БАВ в сточных водах является первостепенным шагом при выборе и оптимизации всей аналитической схемы, от пробоподготовки до финального детектирования.

Экологические риски и нормативы

Присутствие биологически активных веществ в сточных водах производств представляет собой серьезную экологическую угрозу, выходящую далеко за рамки локального загрязнения. Многие БАВ обладают комплексом негативных характеристик, которые делают их особо опасными для окружающей среды и здоровья человека.

Токсичность и устойчивость к биоразложению:
Многие БАВ, особенно антибиотики, гормоны и цитостатики, являются токсичными соединениями. Попадая в водные экосистемы, они могут оказывать прямое летальное или сублетальное воздействие на гидробионтов, нарушать их репродуктивные функции, поведение и физиологические процессы. Кроме того, значительная часть БАВ устойчива к биоразложению. Это означает, что они не разрушаются естественными микробиологическими процессами в водоемах и на очистных сооружениях, сохраняя свою активность в течение длительного времени. Такое персистентное загрязнение приводит к хроническому воздействию на экосистемы.

Биоаккумуляция и развитие резистентности:
Некоторые БАВ способны биоаккумулироваться в тканях живых организмов, постепенно накапливаясь по пищевой цепи и достигая высоких концентраций у хищников. Это может приводить к отдаленным последствиям для экосистем и человека, употребляющего зараженные продукты питания.
Особая проблема связана с антибиотиками. Их присутствие в окружающей среде, даже в микроколичествах, способствует развитию антибиотикорезистентности у бактерий. Бактерии, постоянно подвергающиеся воздействию антибиотиков, эволюционируют, приобретая устойчивость к лекарственным препаратам. Это делает лечение инфекционных заболеваний все более сложным и угрожает глобальной системе здравоохранения. Действительно, исследования показывают, что общая концентрация антибиотиков в 6 миллионах километров рек по всему миру превышает пороговые значения, необходимые для защиты экосистем, что является прямым доказательством их токсичности и способности провоцировать развитие резистентности.

Оценка органического загрязнения: ХПК и БПК:
Для оценки общего уровня органического загрязнения сточных вод и их потенциальной биоразлагаемости используются два ключевых показателя:

  • Химическое потребление кислорода (ХПК): Этот показатель характеризует общее количество кислорода, необходимое для полного химического окисления всех органических и некото��ых неорганических веществ, присутствующих в воде, до стабильных конечных продуктов. Высокие значения ХПК (как, например, 5000–80000 мг/л для стоков антибиотиков) указывают на значительную органическую нагрузку и потенциальную трудность очистки.
  • Биохимическое потребление кислорода (БПК): Этот показатель отражает количество кислорода, потребляемого микроорганизмами в течение определенного времени (обычно 5 дней – БПК5) для биохимического окисления органических веществ. Соотношение БПК/ХПК является важным индикатором биоразлагаемости сточных вод. Если это соотношение низкое, это свидетельствует о преобладании трудноразлагаемых соединений, что характерно для многих стоков производств БАВ.

Нормативы содержания БАВ в сточных водах:
Для контроля сбросов загрязняющих веществ устанавливаются строгие нормативы. Эти нормативы могут варьироваться в зависимости от страны и региона, а также от типа водоема-приемника. Они направлены на минимизацию экологического ущерба и защиту водных ресурсов. Например, государственные стандарты (ГОСТы) и методические указания регулируют анализ воды и стоков, устанавливая предельно допустимые концентрации (ПДК) для различных классов загрязнителей, включая БАВ. Соблюдение этих нормативов требует постоянного и точного аналитического контроля.

Таблица 2: Экологические последствия присутствия БАВ в сточных водах

Характеристика БАВ Экологическое последствие
Токсичность Прямое негативное воздействие на флору и фауну водоемов.
Устойчивость к биоразложению Долговременное загрязнение, кумулятивный эффект.
Способность к биоаккумуляции Накопление в пищевых цепях, угроза для высших хищников и человека.
Провоцирование антибиотикорезистентности Глобальная угроза здравоохранению, снижение эффективности антибиотиков.
Высокие ХПК/низкое БПК/ХПК Индикация трудноразлагаемых органических веществ, усложнение очистки.

Методы концентрирования биологически активных веществ из сточных вод: принципы, применение и сравнительный анализ

Концентрирование – это важнейший этап в аналитической схеме, когда целевые биологически активные вещества (БАВ) присутствуют в сточных водах в крайне низких концентрациях, зачастую ниже предела обнаружения используемых инструментальных методов. Основная задача концентрирования – увеличить содержание целевого компонента в исследуемом образце, сделав его доступным для последующего качественного и количественного анализа. Для решения этой задачи применяется целый арсенал методов, каждый из которых обладает своими уникальными преимуществами и ограничениями. Не вызывает ли такой подход дополнительных вопросов о возможных побочных эффектах или о полной стоимости внедрения этих решений в промышленных масштабах?

Экстракционные методы

Экстракция, как метод концентрирования, основана на избирательном переносе целевого вещества из одной фазы в другую. Этот подход чрезвычайно эффективен для разделения сложных смесей и активно используется в аналитической практике.

Жидкостная экстракция
В основе жидкостной экстракции лежит принцип распределения извлекаемого вещества между двумя несмешивающимися или ограниченно смешивающимися жидкими фазами – водной и органической. Выбор экстрагента (органической фазы) определяется растворимостью целевого вещества в ней и рядом других требований.

Эффективность процесса характеризуется коэффициентом распределения (D), который представляет собой отношение суммарной аналитической концентрации вещества в органической фазе (Cо) к суммарной аналитической концентрации этого вещества в водной фазе (CВ) при равновесии:

D = Cо / CВ

Чем выше значение D, тем эффективнее экстракция. Коэффициент распределения зависит от множества факторов, включая температуру, природу экстрагируемого вещества, свойства обеих фаз и наличие других компонентов в системе.
Экстракция экономически выгодна, когда концентрация органических примесей в сточных водах превышает 2–4 г/л, или если извлекаемые вещества обладают высокой стоимостью, оправдывающей затраты на процесс.

К экстрагентам предъявляется ряд строгих требований:

  • Высокая селективность: способность избирательно растворять целевое вещество, оставляя примеси в водной фазе.
  • Значительная растворяющая способность: для обеспечения высокой степени извлечения.
  • Низкая растворимость в воде: минимизация потерь экстрагента и предотвращение загрязнения водной фазы.
  • Существенная разница в плотности с водой: для легкого разделения фаз.
  • Температура кипения, отличающаяся от температуры кипения целевого вещества: облегчает последующее разделение экстрагента и БАВ.
  • Низкая удельная теплота испарения: снижает энергозатраты на регенерацию экстрагента.
  • Низкая огне- и взрывоопасность, низкая токсичность: обеспечение безопасности процесса.

Твердофазная экстракция (ТФЭ)
ТФЭ – это современный и широко применяемый метод пробоподготовки, который значительно упрощает и ускоряет процесс концентрирования и очистки образцов. Метод основан на использовании твердого сорбента, упакованного в картридж или диск, который селективно поглощает целевые компоненты из жидкой пробы. Последующее элюирование (вымывание) адсорбированных веществ подходящим растворителем позволяет получить концентрированный и очищенный аналит.

Преимущества ТФЭ делают ее незаменимым инструментом в аналитической химии:

  • Высокая степень извлечения: часто превышает 75%, достигая 90–95% для многих БАВ.
  • Отличная воспроизводимость: минимизация ошибок, связанных с ручной пробоподготовкой.
  • Селективность: широкий выбор сорбентов позволяет подобрать оптимальный для конкретного аналита или класса соединений.
  • Существенное сокращение времени пробоподготовки: автоматизация процесса значительно ускоряет анализ.
  • Экономия растворителей: снижение объемов потребляемых органических растворителей по сравнению с жидкостной экстракцией.
  • Простота использования и возможность автоматизации: что повышает производительность лаборатории.

ТФЭ широко применяется для очистки проб от нежелательных примесей (например, матричных эффектов), концентрирования компонентов из разбавленных растворов и перевода аналитов на другую матрицу, что особенно актуально для анализа БАВ в сложных сточных водах.

Сорбционные методы

Сорбция, в широком смысле, – это процесс поглощения вещества из одной фазы другой (сорбентом). В контексте очистки сточных вод и концентрирования БАВ наиболее часто применяется адсорбция, основанная на поглощении растворенных веществ на поверхности твердого сорбента за счет межмолекулярных сил взаимодействия.

Адсорбция на активированном угле
Активированный уголь является одним из наиболее универсальных и эффективных сорбентов. Его уникальная пористая структура и большая удельная поверхность (до 1500 м²/г) позволяют ему эффективно поглощать широкий спектр органических и неорганических загрязнений из жидких сред. Марка БАУ-А, например, широко используется для удаления токсинов, хлора, органических соединений и тяжелых металлов из воды.
Преимущества сорбционных методов, в частности с использованием активированного угля, включают:

  • Высокая универсальность: способность поглощать различные вещества из многокомпонентных смесей.
  • Высокая степень очистки: особенно эффективны для слабо концентрированных сточных вод, где другие методы могут быть менее рентабельны.
  • Относительная простота: технологические процессы сорбции обычно не требуют сложного оборудования.

Ионный обмен
Ионный обмен – это специфический вид сорбции, основанный на обратимом химическом процессе, при котором ионы-загрязнители из раствора обмениваются на эквивалентное количество ионов, присутствующих на поверхности твердого сорбента, называемого ионообменной смолой. Этот метод широко используется для удаления тяжелых металлов, радионуклидов, а также катионов и анионов, определяющих жесткость воды.

Ионообменные смолы делятся на:

  • Катионообменные смолы: содержат фиксированные анионные группы и подвижные катионы (например, H+ или Na+), которые обмениваются на катионы из раствора.
  • Анионообменные смолы: содержат фиксированные катионные группы и подвижные анионы (например, OH или Cl), которые обмениваются на анионы из раствора.

Смолы обладают избирательностью к определенным ионам, которая зависит от размера и заряда иона, а также от характеристик самой смолы.
Несмотря на высокую эффективность, ионный обмен имеет ряд ограничений:

  • Верхняя граница концентрации загрязнителей: метод наиболее эффективен при концентрациях загрязнителей до 1 г/л. При более высоких концентрациях происходит быстрое истощение обменной емкости смолы.
  • Высокая стоимость смол: ионообменные смолы являются дорогостоящими материалами, что увеличивает эксплуатационные расходы.
  • Необходимость предварительной очистки воды: от взвешенных веществ, нефтепродуктов и органических загрязнений, которые могут забивать поры смолы и снижать ее эффективность.

Таблица 3: Сравнительный анализ методов концентрирования БАВ

Метод Принцип действия Преимущества Недостатки/Ограничения Применение для БАВ
Жидкостная экстракция Распределение между двумя несмешивающимися жидкостями Экономически выгодно для высоких концентраций, высокая селективность при правильном экстрагенте Требует специфических экстрагентов, большие объемы растворителей, неэффективно для низких концентраций Антибиотики, гормоны, пестициды
Твердофазная экстракция (ТФЭ) Адсорбция на твердом сорбенте с последующим элюированием Высокая степень извлечения (≥75%), воспроизводимость, экономия растворителей, автоматизация Зависимость от типа сорбента, возможное насыщение сорбента матричными компонентами Широкий спектр БАВ, в т.ч. термолабильные, для пред-концентрирования
Адсорбция (активированный уголь) Поглощение на поверхности сорбента Универсальность, высокая степень очистки для слабо концентрированных стоков Неселективность (возможно поглощение полезных компонентов), необходимость регенерации Органические загрязнения, токсины, хлор
Ионный обмен Обмен ионов загрязнителей на ионы сорбента Селективное удаление ионов, эффективен для радионуклидов, тяжелых металлов Ограниченная емкость, высокая стоимость смол, чувствительность к органическим загрязнениям Ионные формы БАВ, аминокислоты, пептиды

Мембранные методы: возможности и перспективы для БАВ

Мембранные технологии представляют собой передовой класс методов разделения смесей, основанных на использовании частично проницаемых мембран. Разделение происходит под действием различных движущих сил, таких как градиент давления (наиболее распространенный), градиент концентрации или электрический потенциал. Эти методы приобрели особую значимость в биотехнологии и анализе БАВ благодаря своим «мягким» условиям работы, что минимизирует риски денатурации и деградации чувствительных биологически активных молекул (низкие температуры и давления).

Рассмотрим основные мембранные процессы, расположенные по убыванию размера пор и, соответственно, по способности задерживать молекулы:

  1. Микрофильтрация (МФ):
    • Размер пор: 0,05–5 мкм.
    • Принцип действия: Метод используется для механического удаления крупных частиц.
    • Применение: Эффективно удаляет взвешенные частицы, микроорганизмы (бактерии), крупные макромолекулы и коллоиды. Не задерживает растворенные вещества. Часто используется как предварительная стадия очистки для защиты более тонких мембран.
  2. Ультрафильтрация (УФ):
    • Размер пор: 0,001–0,1 мкм.
    • Принцип действия: Задерживает крупные молекулы на основе их размера и формы.
    • Применение: Идеально подходит для концентрирования и фракционирования таких веществ, как белки, полимеры, ферменты, вирусы. Пропускает воду, низкомолекулярные соединения и ионы.
  3. Нанофильтрация (НФ):
    • Размер пор: около 0,001 мкм (1 нм).
    • Принцип действия: Занимает промежуточное положение между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Мембраны НФ способны задерживать молекулы крупнее, чем при ультрафильтрации.
    • Применение: Используется для удаления многовалентных ионов (например, ионов жесткости, что позволяет смягчать воду), некоторых растворенных органических веществ, пестицидов, гербицидов и тяжелых металлов. НФ также применяется для концентрирования и очистки небольших органических молекул.
  4. Обратный осмос (Гиперфильтрация) (ОО):
    • Размер пор: 0,0001–0,001 мкм (0,1–1 нм).
    • Принцип действия: Самый тонкий из мембранных методов. При обратном осмосе вода под высоким давлением продавливается через полупроницаемую мембрану, которая пропускает молекулы растворителя (воды), но задерживает практически все растворенные примеси – как ионного, так и органического происхождения.
    • Применение: Используется для глубокого обессоливания воды, удаления солей жесткости, сульфатов, нитратов, ионов натрия, малых молекул, красителей. Применяется для получения концентратов соков без нагрева, концентрирования гальваностоков и для получения воды сверхвысокой чистоты.
  5. Электродиализ:
    • Принцип действия: Отличается от других мембранных методов тем, что движущей силой является электрическое поле, а не градиент давления. Используются ионообменные мембраны (катионообменные и анионообменные), которые селективно пропускают ионы определенного заряда.
    • Применение: Используется для обессоливания воды, разделения и концентрирования ионов в растворах. Под действием электрического поля катионы мигрируют к катоду, а анионы – к аноду, проходя через соответствующие мембраны. Это приводит к концентрированию ионов в одних камерах (концентратах) и обессоливанию в других (дилюатах). Электродиализ эффективен для извлечения ценных ионов из сточных вод.

Таблица 4: Сравнительный анализ мембранных методов

Метод Диапазон размера пор Задерживаемые вещества Применение для БАВ
Микрофильтрация 0,05–5 мкм Взвешенные частицы, бактерии, крупные макромолекулы Предварительная очистка стоков от крупных примесей
Ультрафильтрация 0,001–0,1 мкм Крупные молекулы (белки, полимеры), вирусы Концентрирование белков, ферментов, разделение макромолекул
Нанофильтрация ≈ 0,001 мкм Молекулы крупнее УФ, мультивалентные ионы, некоторые растворенные органические вещества, пестициды Смягчение воды, удаление пестицидов, гербицидов, концентрирование малых органических молекул
Обратный осмос 0,0001–0,001 мкм Большинство растворенных примесей (ионных и органических), соли Глубокое обессоливание, концентрирование БАВ с низкой молекулярной массой
Электродиализ Ионообменные мембраны Заряженные ионы Разделение и концентрирование ионных БАВ, извлечение ценных ионов

Мембранные методы являются мощным инструментом для концентрирования и частичного разделения БАВ, особенно ценным при работе с термолабильными соединениями и в условиях, требующих высокой степени очистки. Их интеграция в комплексные аналитические схемы позволяет значительно повысить эффективность анализа сложных сточных вод.

Методы разделения биологически активных веществ из концентрированных образцов: селективность и эффективность

После стадии концентрирования, когда содержание целевых биологически активных веществ в образце повышено, следующим критически важным этапом является их разделение. Разделение – это процесс отделения одного компонента от других в пробе, который применяется, когда существующие методы измерения аналитического сигнала недостаточно селективны, чтобы однозначно определить целевой аналит в присутствии многочисленных мешающих веществ. Для решения этой задачи используются методы, основанные на различных физико-химических принципах, среди которых хроматография и электрофорез занимают ведущие позиции.

Хроматографические методы: основы и современные модификации

Хроматография – это универсальный физико-химический метод разделения смесей веществ, основанный на их различном распределении между двумя фазами: неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент). Принцип действия хроматографии заключается в том, что компоненты смеси двигаются вдоль неподвижной фазы с разной скоростью. Это происходит из-за различий в их сродстве (взаимодействии) к подвижной и неподвижной фазам. Чем сильнее компонент взаимодействует с неподвижной фазой и слабее с подвижной, тем медленнее он перемещается по колонке, что позволяет физически отделить его от других компонентов.

Основные параметры хроматографического разделения, определяющие его эффективность и качество:

  • Эффективность: Характеризуется числом теоретических тарелок (N). Чем больше теоретических тарелок, тем выше эффективность колонки и тем лучше разделение близких по свойствам компонентов.
  • Селе��тивность (α): Мера относительного удерживания двух веществ. Она показывает, насколько эффективно хроматографическая система способна различать два компонента. Селективность = t’R2 / t’R1, где t’R – скорректированные времена удерживания. Чем больше α, тем легче разделить компоненты.
  • Разрешение (Rs): Количественная мера полноты разделения двух соседних пиков на хроматограмме. Разрешение (Rs) рассчитывается по формуле:
    Rs = 2 × (tR2 - tR1) / (Wb1 + Wb2)
    где tR1 и tR2 – времена удерживания двух соседних пиков, а Wb1 и Wb2 – их ширины у основания. Разделение считается полным, если Rs равно или больше 1,5, что соответствует перекрытию пиков не более чем на 0,1% для пиков одинаковой ширины.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

ВЭЖХ является одним из наиболее мощных и широко применяемых методов для анализа сложных органических проб. Её высокая эффективность достигается за счет использования колонок, заполненных мелкозернистым сорбентом (размер частиц 3–10 мкм), и применения высокого давления (до 400 бар) для прокачки подвижной фазы.

Ключевые особенности и преимущества ВЭЖХ:

  • Скорость анализа: ВЭЖХ позволяет быстро и полно разделять сложные многокомпонентные смеси, при этом время анализа обычно варьируется от 3 до 30 минут.
  • Применение для термолабильных соединений: Одним из важнейших преимуществ ВЭЖХ является возможность проведения процесса при комнатной температуре. Это делает метод незаменимым для анализа термолабильных соединений, таких как многие белки, аминокислоты, ферменты и гормоны, которые могут деградировать при нагревании.
  • Универсальность: ВЭЖХ широко применяется для анализа аминокислот, белков, гормонов, токсинов, пестицидов, фенолов и других БАВ в различных матрицах, включая сточные воды.
  • Разнообразие механизмов разделения: ВЭЖХ не ограничивается одним принципом и может использовать различные механизмы:
    • Адсорбционная хроматография: разделение на основе адсорбции/десорбции на поверхности сорбента.
    • Распределительная хроматография: разделение на основе различной растворимости в подвижной и неподвижной фазах.
    • Ионообменная хроматография: разделение заряженных молекул на ионообменных смолах.
    • Эксклюзионная (гель-проникающая) хроматография: разделение по размеру молекул.

    Часто в ВЭЖХ эти механизмы могут действовать одновременно, что позволяет достигать высокой селективности.

  • Селективность разделения: Определяется главным образом выбором типа колонки (её неподвижной фазы) и составом подвижной фазы. Варьируя состав подвижной фазы (например, смеси ацетонитрила или метанола с буферными растворами различной ионной силы и pH), можно тонко настраивать селективность разделения для конкретных аналитов.

Газовая хроматография (ГХ) и Газовая хромато-масс-спектрометрия (ГХ-МС)

Газовая хроматография (ГХ) является методом разделения летучих компонентов смеси. В этом методе подвижной фазой служит инертный газ (газ-носитель), который протекает через неподвижную фазу (жидкую или твердую), нанесенную на внутреннюю поверхность капиллярной колонки или на твердый носитель в набивной колонке.
Ограничения: Для успешного анализа методом ГХ вещества должны быть летучими и термически стабильными при температурах, используемых в хроматографе. Если аналиты не обладают этими свойствами, требуется их предварительная дериватизация (химическая модификация для повышения летучести и стабильности).

Газовая хромато-масс-спектрометрия (ГХ-МС) – это мощный гибридный метод, который объединяет высокую разделительную способность газовой хроматографии с уникальными возможностями идентификации масс-спектрометрии. После хроматографического разделения компоненты поступают непосредственно в масс-спектрометр, где они ионизируются, фрагментируются, и полученные масс-спектры служат «отпечатками пальцев» для идентификации веществ.
Преимущества ГХ-МС:

  • Полная информация о молекулярном строении: Масс-спектры позволяют получить детальные данные о молекулярной массе и фрагментации, что дает возможность однозначно идентифицировать компоненты даже в сложных смесях.
  • Высокая чувствительность и селективность: Метод способен определять следовые количества веществ.
  • Широкий спектр применения: ГХ-МС широко используется для анализа диоксинов, полихлорированных бифенилов (ПХБ), анаболических стероидов, бета-адреностимуляторов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), бензола, толуола, фенолов, фталатов и органических кислот в водных образцах.
  • Требования к аналитам: Как и в случае с ГХ, для анализа ГХ-МС подходят летучие, термостабильные и инертные вещества, с молекулярной массой желательно менее 400 Да.

Электрофоретические методы: Капиллярный электрофорез (КЭ)

Капиллярный электрофорез (КЭ) – это относительно молодой, но стремительно развивающийся класс методов разделения, основанный на миграции заряженных частиц в растворе под действием постоянного электрического поля. Разделение происходит в тонком кварцевом капилляре, что обеспечивает ряд уникальных преимуществ.

Принцип действия и эффективность:

  • Механизм: Когда электрическое поле прикладывается вдоль капилляра, заряженные молекулы начинают двигаться к противоположно заряженному электроду. Скорость миграции зависит от соотношения заряда к массе молекулы, её размера и формы, а также от свойств буферного раствора и электроосмотического потока.
  • Высокая эффективность: КЭ обеспечивает исключительно высокую эффективность разделения, достигая сотен тысяч теоретических тарелок (в некоторых случаях до миллиона), что значительно превосходит возможности традиционной хроматографии. Это позволяет разделять компоненты, которые практически невозможно разделить другими методами.
  • Типичные размеры капилляров: Кварцевые капилляры для КЭ имеют внутренний диаметр в диапазоне 25–100 мкм и общую длину от 20 до 100 см. Меньший диаметр капилляра обеспечивает лучшую эффективность разделения за счет уменьшения эффекта тепловыделения и дисперсии, но может снижать чувствительность детектора и увеличивать время анализа.
  • Напряженность электрического поля: В КЭ обычно применяется напряженность электрического поля в диапазоне 200–400 В/см. В специализированных методах, таких как капиллярное изоэлектрическое фокусирование, она может достигать 300–1000 В/см, что позволяет фокусировать амфотерные молекулы (например, белки) в точках их изоэлектрического pH.

Универсальность и применимость:
КЭ способен анализировать широкий спектр компонентов:

  • Ионные и нейтральные молекулы: благодаря возможности регулировки электроосмотического потока и использования различных режимов.
  • Гидрофильные и гидрофобные соединения.
  • Хиральные компоненты: с использованием хиральных добавок в буфер.
  • Различные размеры: от малых ионов и наночастиц до макромолекул, таких как белки, ДНК и полимеры.
  • Применение: КЭ успешно применяется для определения неорганических катионов и анионов, гербицидов, пестицидов, фенолов в воде, а также для анализа фармацевтических препаратов, белков, пептидов и нуклеиновых кислот.

Факторы, влияющие на эффективность и селективность КЭ:

  • Напряженность электрического поля: Увеличение напряженности поля повышает скорость миграции и эффективность.
  • Температура капилляра: Контроль температуры критичен, так как перегрев (джоулево тепло) снижает эффективность и может вызывать деградацию аналитов.
  • Концентрация и pH буферного раствора: Эти параметры определяют заряд аналитов и электроосмотический поток, что напрямую влияет на скорости миграции и, следовательно, на разделение.
  • Наличие поверхностно-активных веществ (ПАВ) и органических растворителей: Могут модифицировать поверхность капилляра, влиять на электроосмотический поток и изменять растворимость аналитов, что используется для оптимизации разделения.

Расход реагентов и объем пробы:
Одним из значительных преимуществ КЭ является крайне низкий расход реагентов и растворителей (микролитры), а объем вводимой пробы обычно не превышает 2 нл. Это делает метод экономичным и экологически безопасным.

Таблица 5: Сравнительный анализ методов разделения БАВ

Метод Принцип действия Особенности Применение для БАВ
ВЭЖХ Распределение между жидкой подвижной и твердой неподвижной фазами под высоким давлением Высокая эффективность, подходит для термолабильных, универсальность механизмов разделения Широкий спектр органических БАВ, включая белки, гормоны, антибиотики, пестициды
ГХ Распределение между газообразной подвижной и твердой/жидкой неподвижной фазами Только для летучих и термостабильных веществ, требует дериватизации для нелетучих Летучие антибиотики, фенолы, ПАУ, диоксины, органические растворители
ГХ-МС Комбинация ГХ и масс-спектрометрии Идентификация по масс-спектрам, полная информация о строении, высокая чувствительность То же, что ГХ, с возможностью однозначной идентификации
КЭ Миграция заряженных частиц в электрическом поле в капилляре Очень высокая эффективность, низкий расход реагентов, малый объем пробы, подходит для различных типов молекул Ионные и нейтральные БАВ, включая гербициды, пестициды, фенолы, белки, пептиды

Выбор конкретного метода разделения определяется природой БАВ, сложностью матрицы, требуемой чувствительностью и доступным оборудованием. Часто для достижения наилучших результатов применяется комбинация нескольких методов.

Инструментальные аналитические методы для качественного и количественного определения БАВ и их метрологические характеристики

После этапов концентрирования и разделения биологически активных веществ (БАВ) из сложной матрицы сточных вод, для их окончательного качественного и количественного определения используются высокоточные инструментальные методы. Эти методы обеспечивают необходимую чувствительность и селективность, позволяя анализировать даже следовые концентрации соединений.

ВЭЖХ в анализе БАВ

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) является одним из наиболее востребованных инструментальных методов для анализа БАВ. Ее популярность объясняется универсальностью, высокой разделительной способностью и возможностью работы с широким кругом веществ, включая термолабильные и нелетучие соединения.

Принципы идентификации и количественного определения:

  • Идентификация: Основывается на времени удерживания (tR) аналита на хроматографической колонке. В условиях строго стандартизированной методики (тип колонки, состав подвижной фазы, температура) время удерживания является характеристическим параметром для каждого соединения. Сравнение tR аналита с tR стандартного образца позволяет провести качественную идентификацию.
  • Количественное определение: Осуществляется по величине аналитического сигнала, измеренного детектором (например, флуориметрическим, спектрофотометрическим в УФ/видимой области, рефрактометрическим или масс-спектрометрическим). Площадь или высота пика на хроматограмме пропорциональна концентрации вещества в образце. Для калибровки используются стандартные растворы известной концентрации.

Метрологические характеристики и преимущества:

  • Высокая чувствительность: ВЭЖХ позволяет определять микроколичества веществ в сложных смесях. Для антибиотиков в водных средах типичный диапазон обнаружения составляет от нанограммов до микрограммов на литр. Это критически важно для контроля загрязнений в сточных водах, где БАВ часто присутствуют в следовых концентрациях.
  • Высокая разделительная способность: Позволяет эффективно разделять структурно близкие соединения и изомеры, что является ключевым для анализа многокомпонентных смесей сточных вод.
  • Экспрессность анализа: Время анализа сложной смеси может составлять всего несколько минут (от 3 до 30 минут), что повышает пропускную способность лаборатории.
  • Возможность автоматизации: Современные ВЭЖХ-системы полностью автоматизированы, что минимизирует человеческий фактор, увеличивает воспроизводимость и позволяет обрабатывать большое количество образцов.

ГХ-МС в анализе БАВ

Газовая хромато-масс-спектрометрия (ГХ-МС) – это гибридный метод, обеспечивающий мощное сочетание разделения и идентификации. Он незаменим для анализа летучих и термостабильных БАВ, предоставляя уникальные возможности для определения их молекулярного строения.

Принципы идентификации и чувствительность:

  • Идентификация пиков: Выполняется многоступенчато. Сначала используются хроматографические зависимости индексов удерживания от температур кипения и молекулярной массы веществ. Затем ключевым этапом является сравнение полученных масс-спектров с данными обширных масс-спектрометрических библиотек (например, NIST10). Это позволяет не только идентифицировать соединение, но и подтвердить его молекулярное строение.
  • Масс-спектрометрические детекторы: Обеспечивают полную информацию о молекулярном строении определяемых веществ, включая изотопный состав и фрагментацию, что делает идентификацию очень надежной.
  • Чувствительность: ГХ-МС обладает исключительной чувствительностью, позволяя определять следовые примеси вплоть до уровня нанограммов и пикограммов.
  • Селективность: Высокая селективность метода обеспечивается как хроматографическим разделением, так и специфичностью масс-спектрометрического детектирования, что позволяет проводить точный анализ в сложных матрицах, характерных для сточных вод.

Капиллярный электрофорез в анализе БАВ

Капиллярный электрофорез (КЭ) – это высокоэффективный метод разделения, который находит все большее применение в анализе БАВ благодаря своей исключительной разделительной способности и низким требованиям к объему образца.

Качественные и количественные характеристики:

  • Качественная характеристика: Время миграции аналита в капилляре. Как и в хроматографии, при стандартизированных условиях время миграции является уникальной характеристикой для каждого соединения.
  • Количественная характеристика: Высота или площадь пика на электрофореграмме, которая прямо пропорциональна концентрации вещества.

Метрологические характеристики и достоинства:

  • Высокая эффективность разделения: Сотни тысяч теоретических тарелок, что значительно превосходит другие методы и позволяет разделять даже очень близкие по свойствам соединения.
  • Низкие пределы детектирования: Например, для фенолов с предварительным концентрированием КЭ позволяет достигать пределов детектирования до 0,3–1 мкг/л.
  • Быстрота проведения анализа: Анализ может занимать от нескольких минут до часа.
  • Низкий расход реагентов и минимальный объем дозируемого образца: Объем вводимой пробы для КЭ обычно не превышает 2 нл, а расход реагентов измеряется микролитрами. Это делает метод очень экономичным и экологичным.
  • Достоинства метода:
    • Отсутствие дорогостоящих колонок с сорбентами, которые являются расходным материалом в ВЭЖХ.
    • Отсутствие проблем, связанных со старением и заменой колонок.
    • Низкая стоимость единичного анализа.

Таблица 6: Сводка метрологических характеристик инструментальных методов

Метод Идентификация Количественное определение Чувствительность Разделительная способность Дополнительные преимущества
ВЭЖХ Время удерживания Площадь/высота пика Нанограммы–микрограммы/л Высокая Экспрессность, автоматизация, термолабильные БАВ
ГХ-МС Масс-спектры, индексы удерживания Площадь/высота пика Нанограммы–пикограммы Высокая Идентификация молекулярного строения, следовые примеси
КЭ Время миграции Площадь/высота пика Микрограммы/л (после концентрирования) Очень высокая (сотни тысяч тарелок) Низкий расход реагентов, малый объем пробы, отсутствие колонок

Общие метрологические требования

Независимо от выбранного инструментального метода, все методики количественного химического анализа проб вод должны соответствовать строгим метрологическим требованиям. В Российской Федерации эти требования регламентированы ГОСТ Р 8.613-2005 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Методики количественного химического анализа проб вод. Общие требования к разработке».
Этот стандарт устанавливает общие принципы разработки, аттестации и применения методик анализа природных, питьевых и сточных вод, гарантируя достоверность и сопоставимость получаемых результатов. Соблюдение ГОСТ Р 8.613-2005 является обязательным условием для обеспечения качества и надежности аналитических данных в области экологического мониторинга и контроля.

Критерии выбора оптимальной комбинации методов и особенн��сти пробоотбора

Выбор адекватной аналитической стратегии для определения биологически активных веществ (БАВ) в сточных водах – это сложная многокритериальная задача. Она требует учета как свойств самих аналитов, так и характеристик матричной среды, а также экономических и нормативных факторов. Оптимальная комбинация методов концентрирования и разделения редко бывает универсальной и всегда должна быть адаптирована к конкретным условиям и целям анализа.

Факторы, влияющие на выбор методов

На выбор оптимальной комбинации методов концентрирования и разделения влияют следующие ключевые факторы:

  1. Концентрация БАВ в сточных водах:
    • Высокие концентрации (более 2–4 г/л): В таких случаях жидкостная экстракция часто оказывается экономически целесообразной и эффективной.
    • Низкие концентрации (микрограммовые, нанограммовые диапазоны): Для следовых количеств предпочтение отдается методам с высокой степенью концентрирования, таким как твердофазная экстракция (ТФЭ), сорбция на активированном угле или мембранные методы (например, обратный осмос или нанофильтрация).
  2. Минерализация сточных вод и содержание солей:
    • Высокая минерализация: Мембранные методы, особенно обратный осмос и нанофильтрация, демонстрируют высокую эффективность в концентрировании БАВ из растворов с высоким содержанием солей, одновременно осуществляя обессоливание. Ионный обмен в таких условиях может быть менее эффективным из-за быстрого насыщения смол.
  3. Термолабильность БАВ:
    • Термолабильные соединения (например, белки, ферменты, некоторые гормоны): Требуют использования «мягких» методов, не предполагающих нагрева. Мембранные процессы (ультрафильтрация), высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) при комнатной температуре и капиллярный электрофорез (КЭ) являются оптимальным выбором. Газовая хроматография (ГХ) для таких веществ неприменима без дериватизации.
  4. Сложность состава сточных вод:
    • Многокомпонентные смеси с многочисленными мешающими веществами: Требуют методов с высокой селективностью и разделительной способностью. В таких случаях часто применяются комбинации концентрирования (ТФЭ) с последующим высокоэффективным разделением, например, ВЭЖХ, ГХ-МС или КЭ. Высокоэффективные хроматографические методы незаменимы для разделения близких по свойствам аналитов.
  5. Наличие трудноразлагаемых ксенобиотиков, нефтепродуктов или тяжелых металлов:
    • Такие загрязнители могут ингибировать биологические методы очистки и создавать серьезные матричные эффекты при анализе. В этих случаях необходимо применять физико-химические или мембранные методы для предварительной очистки и концентрирования. Например, сорбция активированным углем эффективна для удаления органических ксенобиотиков, а ионный обмен – для тяжелых металлов.
  6. Экономическая целесообразность и стоимость извлекаемых веществ:
    • Если извлекаемые БАВ представляют высокую ценность (например, дорогостоящие фармацевтические компоненты), то допустимы более затратные, но высокоэффективные методы. В других случаях предпочтение отдается более экономичным решениям. Жидкостная экстракция может быть выгодна при высоких концентрациях, а ТФЭ – при необходимости высокой производительности и экономии растворителей.

Пробоотбор и пробоподготовка

Даже самые совершенные аналитические методы бесполезны, если проба была отобрана или подготовлена неправильно. Корректный пробоотбор и пробоподготовка являются фундаментом для получения достоверных результатов.

Нормативные требования:
Отбор проб для анализа сточных вод строго регламентируется рядом методических указаний и государственных стандартов, таких как:

  • ПНД Ф 12.15.1-08: Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод.
  • ГОСТ Р 59024-2020: Качество воды. Отбор проб для микробиологического анализа.
  • ГОСТ 31861-2012: Вода. Общие требования к отбору проб.

Эти документы устанавливают требования к методам отбора, транспортированию, хранению и подготовке проб, чтобы обеспечить их представительность и предотвратить изменения состава.

Методы пробоотбора:

  • Ручной отбор: Производится вручную с использованием специальных пробоотборников. Требует строгого соблюдения правил, чтобы избежать контаминации и обеспечить репрезентативность.
  • Автоматический пробоотбор: Использует автоматические пробоотборные устройства, которые могут собирать пробы в заданные интервалы времени или по объему, обеспечивая более высокую точность и воспроизводимость, особенно при мониторинге изменяющихся параметров стоков.
  • Представительность пробы: Важно, чтобы отобранная проба максимально точно отражала состав всей массы сточных вод, подлежащих анализу. Это достигается выбором правильного места отбора, частоты и объема проб.

Консервация проб:
БАВ в сточных водах могут быть нестабильны и подвергаться деградации (химическому разложению, биологическому окислению, испарению) от момента отбора до начала анализа. Поэтому консервация проб является обязательной процедурой. Методы консервации подбираются индивидуально для каждого аналита и могут включать:

  • Охлаждение или замораживание: Замедляет биохимические процессы и испарение летучих компонентов.
  • Изменение pH: Добавление растворов кислот (например, азотной, серной) для стабилизации металлов или щелочей для некоторых органических соединений.
  • Добавление консервантов: Например, хлороформа или других антибактериальных агентов для предотвращения микробиологического разложения.
  • Заполнение флаконов «под пробку»: Для предотвращения контакта с воздухом и окисления.

Подготовка пробы к анализу (пробоподготовка):
Этот этап включает физические и химические манипуляции с пробой для удаления мешающих компонентов и концентрации целевых аналитов. Типичные операции:

  • Фильтрование: Удаление взвешенных частиц, которые могут забивать колонки или мембраны.
  • Центрифугирование: Также используется для отделения взвешенных веществ и коллоидов.
  • Охлаждение или замораживание: Для кратковременного хранения перед анализом.
  • Разбавление: Если концентрация аналита слишком высока.
  • Предварительная очистка: Например, осаждение белков, удаление матричных компонентов.

Важно учитывать, что неправильный выбор методов подготовки и очистки пробы может привести к неверным результатам анализа, искажая данные о концентрации БАВ и, соответственно, приводя к ошибочным выводам об экологической ситуации.

Проблемы, вызовы и инновационные подходы в анализе БАВ в сточных водах производств

Анализ биологически активных веществ (БАВ) в сточных водах производств – это задача, сопряженная с многочисленными трудностями. Однако именно эти вызовы стимулируют развитие инновационных технологий и методологий, призванных повысить эффективность мониторинга и очистки.

Основные проблемы и вызовы

  1. Сложность состава сточных вод:
    Стоки производств БАВ, особенно фармацевтических и биотехнологических, представляют собой исключительно сложные многокомпонентные смеси. Они содержат не только целевые продукты и их предшественники, но и побочные вещества, промежуточные соединения, остатки сырья, растворители, продукты деградации и метаболиты. Очищенные сточные воды, прошедшие различные стадии обработки, могут содержать сотни соединений, образующихся в процессе водоподготовки, включая продукты хлорирования или озонирования, которые сами могут быть токсичными или мутагенными.
    Эта многокомпонентность затрудняет селективное выделение и идентификацию целевых БАВ, создавая серьезные матричные эффекты, которые могут влиять на точность и воспроизводимость аналитических измерений.
  2. Низкие концентрации БАВ:
    Подавляющее большинство БАВ, особенно антибиотики, гормоны и другие микрозагрязнители, присутствуют в сточных водах в крайне низких концентрациях – от нанограммов до микрограммов на литр. Такая «следовая» природа требует использования высокочувствительных аналитических методов и, что особенно важно, эффективных методов предварительного концентрирования. Без адекватного концентрирования многие БАВ остаются ниже предела обнаружения приборов.
  3. Многовариантность целей оценки качества вод и специфика контролируемых поллютантов:
    Для каждой отрасли промышленности и даже для каждого конкретного производства БАВ существуют свои специфические загрязнители, и перечень контролируемых компонентов может варьироваться от 15 до 50. Это требует разработки или адаптации специализированных аналитических методик для каждого случая, что является ресурсоемкой задачей. Кроме того, цели оценки качества вод могут быть различными: от соответствия общим санитарным нормам до контроля на наличие конкретных токсикантов.
  4. Трудности биологического разложения:
    Многие БАВ, такие как антибиотики и синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладают высокой устойчивостью к биохимическому окислению. Это означает, что они плохо или вообще не разлагаются традиционными методами биологической очистки сточных вод. Более того, некоторые БАВ являются токсичными для активного ила – ключевого компонента биологических очистных сооружений. Это приводит к нарушению работы очистных систем и неэффективному удалению загрязнителей.
  5. Неравномерность концентрации и притока сточных вод:
    Производственные циклы часто не являются непрерывными, что приводит к значительным колебаниям концентрации загрязнителей и объема притока сточных вод. Такая неравномерность ухудшает работу очистных сооружений, так как им трудно адаптироваться к изменяющимся нагрузкам, и усложняет эксплуатацию.
  6. Необходимость контроля широкого спектра загрязнений:
    Помимо основных БАВ, необходимо контролировать и другие загрязнители, включая мутагенные и канцерогенные соединения, которые могут образовываться в процессе самой очистки (например, при хлорировании сточных вод). Это добавляет дополнительный слой сложности в аналитические задачи.

Инновационные технологии и перспективные решения

Для решения описанных выше проблем активно разрабатываются и внедряются инновационные подходы, которые значительно расширяют возможности анализа и очистки сточных вод с БАВ.

  1. Мембранные биореакторы (МБР):
    МБР – это передовая технология, которая элегантно сочетает глубокую биологическую очистку с мембранными методами разделения. В МБР мембраны используются для отделения активного ила от очищенной воды, что позволяет достигать высокой концентрации активного ила в реакторе – до 10–20 г/л (в традиционных аэротенках до 3 г/л). Это, в свою очередь, обеспечивает:

    • Сокращение размеров биореакторов: Высокая концентрация ила увеличивает окислительную мощность.
    • Увеличение возраста ила: До 25–30 суток, нередко превышая 60–70 суток. Это способствует адаптации микроорганизмов и разложению трудноокисляемых соединений.
    • Повышение устойчивости системы: К колебаниям концентраций и присутствию токсичных соединений, что крайне важно для стоков производств БАВ.
    • Высокое качество очищенной воды: Мембраны обеспечивают практически полное удаление взвешенных веществ, бактерий и вирусов.
  2. Нанотехнологии:
    Применение нанотехнологий открывает новые горизонты в анализе и очистке сточных вод:

    • Наномембраны: Для нанофильтрации, способные эффективно удалять тяжелые металлы, органические соединения и даже некоторые вирусы за счет сверхмалого размера пор.
    • Инженерные наночастицы: (например, наночастицы оксидов металлов, углеродные нанотрубки) могут использоваться в качестве высокоэффективных сорбентов для связывания и удаления токсинов, патогенов и даже специфических БАВ из воды.
    • Чувствительные сенсоры: Разработка наносенсоров позволяет осуществлять мониторинг загрязняющих веществ в режиме реального времени с высокой чувствительностью и селективностью, что критически важно для оперативного контроля качества стоков.
  3. Биоаугментация:
    Эта технология предполагает добавление в активный ил специализированных микробных культур, обладающих повышенной способностью к разложению конкретных загрязнителей. Биоаугментация позволяет:

    • Улучшить удаление азота: за счет введения нитрифицирующих и денитрифицирующих бактерий.
    • Повысить флокулообразование ила: улучшая его осаждаемость.
    • Повысить стойкость ила к токсичным соединениям: за счет ввода культур, устойчивых к БАВ или способных их эффективно деградировать. Это особенно актуально для стоков с антибиотиками.
  4. Гранулированные илы:
    Технология гранулированных илов – это перспективное направление в биологической очистке, где микробные биоценозы формируются в виде плотных, компактных гранул. Эти гранулы обладают рядом выдающихся преимуществ:

    • Высокие скорости осаждения: Достигают 8 м/ч (для отдельных гранул до 20–25 м/ч), что в 15 раз выше по сравнению с обычным активным илом. Это позволяет значительно сократить объем и площадь отстойников.
    • Высокая окислительная мощность: Увеличивает окислительную мощность сооружений в 4–9 раз.
    • Сокращение времени обработки воды: В 1,5–2,5 раза.
    • Высокая доза ила в биореакторах: До 10 г/л.
    • Эффективная минерализация веществ: Гранулы обеспечивают более полный и эффективный процесс биоразложения.
    • Сокращение общей площади очистных сооружений: В 2,2 раза, а объем основных сооружений – в 2,4 раза по сравнению с традиционными методами, что снижает капитальные затраты.
  5. Технологии больших данных (Big Data) и искусственный интеллект (ИИ):
    Применяются для анализа огромных массивов данных, собираемых с очистных сооружений. Это позволяет:

    • Оптимизировать процессы: Прогнозировать и регулировать параметры работы в реальном времени.
    • Выявлять проблемные зоны и аномалии: Например, внезапные изменения в составе стоков или снижение эффективности очистки.
    • Принимать обоснованные решения: На основе предиктивной аналитики для предотвращения сбоев и повышения эффективности.
  6. Кристаллизация:
    Для сточных вод с высокой соленостью, особенно для рассолов, образующихся после мембранной очистки или в процессах с высокой степенью рециркуляции воды (стремление к «нулевому сбросу»), кристаллизация является эффективным методом. Она позволяет:

    • Одновременно концентрировать и сушить: Извлекать твердые соли.
    • Извлекать ценное сырье: В некоторых случаях из солевых отходов можно получать ценные химические компоненты.

Все эти инновационные подходы направлены на повышение эффективности, экологической безопасности и экономической целесообразности процессов анализа и очистки сточных вод, содержащих БАВ, в условиях постоянно растущих требований к качеству окружающей среды.

Заключение

Проведенный комплексный анализ методов концентрирования и разделения биологически активных веществ в сточных водах производств показал, что данная область химического анализа является одной из наиболее сложных, но при этом критически важной для обеспечения экологической безопасности и устойчивого развития. Мы подробно рассмотрели многообразие БАВ, от ферментов и гормонов до антибиотиков и стимуляторов роста, подчеркнув их высокую физиологическую активность и потенциальную опасность для экосистем. Детальный обзор специфики сточных вод фармацевтических производств и производств антибиотиков, характеризующихся экстремально высокими показателями ХПК (до 80 000 мг/л) и концентрациями взвешенных веществ (до 25 000 мг/л), подтвердил необходимость применения специализированных и высокоэффективных аналитических подходов.

Ключевым выводом исследования является подтверждение того, что выбор методов концентрирования и разделения не может быть универсальным. Он всегда определяется сложным взаимодействием физико-химических свойств целевых БАВ (растворимость, молекулярная масса, заряд, полярность, летучесть, термическая стабильность), характеристик матричной среды сточных вод (концентрация БАВ, минерализация, наличие мешающих компонентов), а также требуемыми метрологическими характеристиками и экономической целесообразностью. Экстракционные методы (жидкостная и твердофазная экстракция), сорбционные методы (адсорбция на активированном угле, ионный обмен) и мембранные технологии (микро-, ультра-, нанофильтрация, обратный осмос, электродиализ) представляют собой мощный арсенал для концентрирования, каждый со своими преимуществами и ограничениями. Последующее разделение БАВ с использованием хроматографических (ВЭЖХ, ГХ-МС) и электрофоретических (капиллярный электрофорез) методов обеспечивает необходимую селективность и эффективность, позволяя идентифицировать и количественно определять даже следовые концентрации аналитов (от нанограммов до микрограммов на литр) с высокой точностью и воспроизводимостью. Метрологические характеристики этих методов, включая высокую разделительную способность, экспрессность и низкие пределы детектирования, соответствуют строгим требованиям, таким как ГОСТ Р 8.613-2005.

Однако, несмотря на арсенал существующих методов, анализ БАВ в сточных водах производств сталкивается с серьезными вызовами: чрезвычайная сложность состава стоков, низкие концентрации целевых аналитов, трудности биологического разложения многих БАВ, их токсичность для активного ила, а также неравномерность притока и необходимость контроля широкого спектра потенциально опасных соединений.

В свете этих проблем особую перспективность демонстрируют инновационные подходы. Мембранные биореакторы (МБР), способные работать с высокой концентрацией активного ила (10–20 г/л) и увеличить возраст ила до 60–70 суток, предлагают принципиально новый уровень биологической очистки. Нанотехнологии, включая наномембраны и инженерные наночастицы, открывают возможности для сверхтонкой очистки и мониторинга в реальном времени. Биоаугментация и технологии гранулированных илов, повышающие окислительную мощность очистных сооружений в 4–9 раз и сокращающие их площадь в 2,2 раза, являются ключом к более эффективной и компактной биологической очистке. Наконец, технологии больших данных и кристаллизация рассолов дополняют картину, обеспечивая оптимизацию процессов и ресурсосбережение.

Какой важный нюанс здесь упускается? Успешное внедрение этих инноваций требует не только значительных инвестиций в оборудование и исследования, но и пересмотра нормативно-правовой базы, а также повышения квалификации специалистов, что является не менее сложной задачей, чем сама разработка технологий.

Таким образом, для эффективного мониторинга и очистки сточных вод производств БАВ необходимо не только глубокое понимание традиционных аналитических методов, но и активное внедрение инновационных технологий. Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на интеграции этих подходов в комплексные, автоматизированные системы, способные оперативно и точно контролировать широкий спектр загрязнителей, обеспечивая при этом экономическую эффективность и максимальную защиту окружающей среды.

Список использованной литературы

  1. Золотов Ю.А. Аналитическая химия: проблемы и достижения. М.: Наука, 1992.
  2. Мур Д.В., Раммамутри С. Тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир, 1987.
  3. Почекаева Е. Окружающая среда и человек / под ред. Ю. Новикова. М.: Феникс, 2011. 576 с.
  4. Прокопенко Ю. Анатомия рисков. М.: Кворум, 2013. 216 с.
  5. Федотова Н., Дмитренко В., Кривошеин Д. Системы защиты среды обитания. Учебное пособие. В 2 томах. Том 1. М.: Academia, 2014. 352 с.
  6. Барыбин Д.А., Абель Ю.В., Морозов А.Ф., Паршин С.И. Экологический контроль на опасном производственном объекте // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2015. № 9-10. С. 24-26.
  7. Шувалов В.В. Забота об окружающей среде в приоритете // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2013. № 7. С. 35-37.
  8. Харьков В.Н. Обеспечение права на благоприятную окружающую среду институтами природоресурсного права // Современное право. 2014. № 7. С. 59-64.
  9. Хустенко Л.А., Волкова В.Н., Захарова Э.А., Катюхин В.Е. Выбор способа пробоподготовки для анализа природных вод на содержание Zn, Cd, Pb и Cu методом инверсионной вольтамперометрии. Деп. рукопись. Том. гос. унт. 1984. 6 с.
  10. Унифицированные методы исследования качества вод. Методы химического анализа вод. М., 1977. Кн. 1, ч. 1. С. 8-32.
  11. Фомин Г.С., Ческис А.Б. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам: Справочник. М., 1992. 389 с.
  12. Бок Р. Методы разложения в аналитической химии. М.: Химия, 1984. 427 с.
  13. Вода питьевая. Методы анализа. М.: Изд-во стандартов, 1994. 226 с.
  14. Золотев Ю.А., Кузьмин Н.М. Концентрирование микроэлементов. М.: Химия, 1982. 288 с.
  15. Золотов Ю.А., Кузьмин Н.М. Экстракционное концентрирование. М.: Химия, 1971. 272 с.
  16. Уолтон Г.Ф. Хроматографический анализ окружающей среды: Пер. с англ. М.: Химия, 1979. 517 с.
  17. Биосинтез биологически активных веществ (БАВ) в условиях биотехнологического производства (общие положения) // Studwood. URL: https://studwood.ru/2120005/biologiya/biosintez_biologicheski_aktivnyh_veschestv_usloviyah_biotehnologicheskogo_proizvodstva_obschie_polozheniya (дата обращения: 02.11.2025).
  18. Катлинский_биотехнология // Studfiles. URL: https://studfiles.net/preview/5781682/ (дата обращения: 02.11.2025).
  19. Громова Н.Ю. Технология синтеза и биосинтеза биологически активных веществ. Тверь: Тверской государственный технический университет, 2006. URL: https://elib.tstu.ru/downloads/docs/2006/gromova_n_yu-tehn_sintez_i_biosintez_2006.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  20. Биообъекты как средство производства БАВ // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/4351662/page:3/ (дата обращения: 02.11.2025).
  21. Биотехнологии промышленного получения БАВ // Горский государственный аграрный университет. URL: http://stud.gorskigau.com/files/faculties/biotechnological/biotechnological-bav.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  22. Основы химии биологически активных веществ // Казанский федеральный университет. URL: https://kpfu.ru/docs/F477045768/Osnovy.himii.Biologicheski.aktivnyh.veschestv.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  23. Лекция №3. Состав и свойства сточных вод // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/5770420/page:2/ (дата обращения: 02.11.2025).
  24. Очистка сточных вод фармацевтических предприятий // ГК «Аргель». URL: https://argel.ru/ochistka-stochnykh-vod-farmatsevticheskikh-predpriyatiy (дата обращения: 02.11.2025).
  25. Биологически активные вещества // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0 (дата обращения: 02.11.2025).
  26. Сточные воды, их состав, классификация // Труба ПНД в Инжпласт. URL: https://ingplast.com/stati/stochnyie-vodyi-ih-sostav-klassifikatsiya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  27. Важность измерения биохимической потребности в кислороде (БПК) в воде и сточных водах // VELP Scientifica. URL: https://www.velp.com/ru-ru/vazhnost-izmereniya-biohimicheskoj-potrebnosti-v-kisl.aspx (дата обращения: 02.11.2025).
  28. УП_Биологически активные вещества_2015. Белорусский государственный университет, 30 июля 2015 г. URL: https://www.bsu.by/upload/documents/biology/2015/%D0%A3%D0%9F_%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%20%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0_2015.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  29. Очистка сточных вод фармацевтики и биотехнологий // EnviroChemie. URL: https://envirochemie.ru/ochistka-stochnykh-vod-farmatsevtiki-i-biotekhnologiy/ (дата обращения: 02.11.2025).
  30. Методы исследования качества сточных и природных вод // ОмГТУ. URL: http://www.omgtu.ru/data/f/f3/uchposob_metodi_issledovania_kachestva_stochnih_vod.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  31. Леонтьев В.Н. Химия биологически активных веществ. Минск: БГТУ, 2013. URL: https://www.bstu.by/static_files/2013/elib/leontiev-2013-himia-bav/leontiev-2013-himia-bav.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  32. Биологически активные соединения живых организмов // СО РАН. URL: https://www.sbras.ru/upload/iblock/c38/c381c8c8308432b4b4700d11f67f0b2f.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  33. Биологическая очистка сточных вод // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/7996515/ (дата обращения: 02.11.2025).
  34. Выбор группы предприятия по характеру ливневых сточных вод // Аквабур. URL: https://aquabur.su/vybor-gruppy-predpriyatiya-po-harakteru-livnevyh-stochnyh-vod (дата обращения: 02.11.2025).
  35. Очистка сточных вод по отраслям // ГК «Аргель». URL: https://argel.ru/ochistka-stochnykh-vod-po-otraslyam (дата обращения: 02.11.2025).
  36. Биологически активные вещества отходов спиртового производства // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/biologicheski-aktivnye-veschestva-othodov-spirtovogo-proizvodstva (дата обращения: 02.11.2025).
  37. Состав хоз-бытовых сточных вод и методы их очистки // Энрост. URL: https://enrost.ru/stati/sostav-hoz-bytovyh-stochnyh-vod-i-metody-ih-ochistki/ (дата обращения: 02.11.2025).
  38. Мембранные методы // Bio-X. URL: http://www.bio-x.ru/membrannyie-metodyi/ (дата обращения: 02.11.2025).
  39. Экстракция // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/6166403/page:27/ (дата обращения: 02.11.2025).
  40. Методы концентрирования и разделения используемые при анализе сточных вод производства биологически активных веществ // Studgen. URL: https://studgen.ru/kursach/metody-kontsentrirovaniya-i-razdeleniya-ispolzuemye-pri-analize-stochnyh-vod-proizvodstva-biologicheski-aktivnyh-veshchestv/ (дата обращения: 02.11.2025).
  41. Мембранные технологии, их использование в биотехнологии // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/7008107/page:2/ (дата обращения: 02.11.2025).
  42. Мембраны в биотехнологии: современное состояние и перспективы // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/membrany-v-biotehnologii-sovremennoe-sostoyanie-i-perspektivy (дата обращения: 02.11.2025).
  43. Микрофильтрация, ультрафильтрация и нанофильтрация // Condorchem Enviro Solutions. URL: https://condorchem.com/ru/mikrofiltratsiya-ultrafiltratsiya-i-nanofiltratsiya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  44. Обратный осмос. Теория, практика, рекомендации // Журнал СОК. 2005. URL: https://www.c-o-k.ru/articles/obratnyy-osmos-teoriya-praktika-rekomendacii (дата обращения: 02.11.2025).
  45. Жидкостная экстракция для очистки производственных сточных вод // chem-astu.ru. URL: https://www.chem-astu.ru/lectures/water/glava14-5.html (дата обращения: 02.11.2025).
  46. Установки жидкостной экстракции // Портал магистров ДонНТУ. URL: http://masters.donntu.org/2006/fem/kolbasova/library/library14.htm (дата обращения: 02.11.2025).
  47. Нанофильтрация, ультрафильтрация, микрофильтрация // Водоподготовка и очистка воды, промышленное оборудование. URL: https://water.com.ru/articles/membrany/nanofiltraciya-ultrafiltraciya-mikrofiltraciya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  48. Очистка сточных вод методом жидкостной экстракции // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/5770420/page:37/ (дата обращения: 02.11.2025).
  49. Экстракция // Промышленная водоподготовка и очистка сточных вод. URL: https://www.promvodoochistka.ru/ekstrakciya (дата обращения: 02.11.2025).
  50. Мембранные технологии и их применение // Студенческий научный форум. 2017. URL: https://scienceforum.ru/2017/article/2017036618 (дата обращения: 02.11.2025).
  51. Твердофазная экстракция // Portlab.ru — Портлаб. URL: https://portlab.ru/info/tverdofaznaya-ekstrakciya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  52. Твердофазная экстракция // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%B4%D0%BE%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BA%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F (дата обращения: 02.11.2025).
  53. Сорбционная очистка сточных вод // Мембранные технологии. URL: https://www.promvodoochistka.ru/sorbcionnaya-ochistka-stochnyh-vod (дата обращения: 02.11.2025).
  54. Твердофазная экстракция (ТФЭ) // Аквилон. URL: https://akvilon-a.ru/info/obzory/tverdofaznaya-ekstraktsiya-tfe/ (дата обращения: 02.11.2025).
  55. Обратный осмос // ГИДРОТЕХ. URL: https://hydrotech.ru/obratnyj-osmos/ (дата обращения: 02.11.2025).
  56. Активные угли // Сорбент. URL: https://www.sorbent.ru/produktsiya/aktivnye-ugli/ (дата обращения: 02.11.2025).
  57. Ультрафильтрация и нанофильтрация — технологии на сайте ГК // Экволс. URL: https://ecvols.ru/ultrananofiltraciya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  58. Активированный уголь БАУ-А: инновации для чистоты и экологии // Chemical Marketplaces. URL: https://chemm.ru/blog/aktivirovannyj-ugol-bau-a-innovacii-dlya-chistoty-i-ekologii (дата обращения: 02.11.2025).
  59. Очистка воды методом экстракции // АкваБур. URL: https://aquabur.su/articles/ochistka-vody-metodom-ekstrakcii/ (дата обращения: 02.11.2025).
  60. Метод ионного обмена при очистке сточных вод // НПП Электрохимия. URL: https://electrochem.ru/articles/metod-ionnogo-obmena-pri-ochistke-stochnykh-vod/ (дата обращения: 02.11.2025).
  61. Биохимические методы очистки сточных вод // НПЦ «ПромВодОчистка». URL: https://promvodoochistka.ru/promyshlennye-metody-ochistki-stochnykh-vod/bioximicheskie-metody-ochistki-vody/ (дата обращения: 02.11.2025).
  62. Отличия мембранных методов очистки. Микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос // Системы водоподготовки купить от производителя Гидрос. URL: https://gidros.ru/articles/otlichiya-membrannykh-metodov-ochistki-mikrofiltratsiya-ultrafiltratsiya-nanofiltratsiya-i-obratnyy-osmos/ (дата обращения: 02.11.2025).
  63. Классификация мембран для очистки воды Микрофильтрация Ультрафильтрация Нанофильтрация Обратный осмос // Водный сервис. URL: https://www.waterservice.ru/articles/klassifikatsiya_membran_dlya_ochistki_vody_mikrofiltratsiya_ultrafiltratsiya_nanofiltratsiya_obratnyy_osmos/ (дата обращения: 02.11.2025).
  64. Методы сорбционной очистки // Агростройсервис. URL: https://agro-stroy-service.ru/articles/metody-sorbcionnoy-ochistki/ (дата обращения: 02.11.2025).
  65. Адсорбционные свойства активированных активных углей и их достижение при производстве // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/9986348/ (дата обращения: 02.11.2025).
  66. Обратный осмос // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81 (дата обращения: 02.11.2025).
  67. Адсорбция активированным углем // БЛМ Синержи. URL: https://blm-synergy.ru/adsorbtsiya-aktivirovannym-uglem/ (дата обращения: 02.11.2025).
  68. Что такое твердофазная экстракция? // Лабораторные и весовые системы. URL: https://lsis.ru/informatsiya/stati/chto-takoe-tverdofaznaya-ekstraktsiya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  69. Твердофазная экстракция // YouTube. URL: https://www.youtube.com/watch?v=F3z3d0kYj0Q (дата обращения: 02.11.2025).
  70. Сорбция ионов меди активированным углём марки БАУ-А // Voronezh State University Scientific Journals. URL: https://journals.vsu.ru/vvsu/article/download/436/426 (дата обращения: 02.11.2025).
  71. Экстракция. Экстракционный метод очистки сточных вод. URL: https://present5.com/presentation/3/178233481_166989415/image-3.jpg (дата обращения: 02.11.2025).
  72. Основные методы очистки сточных вод // Новое место. URL: https://new-place.ru/articles/osnovnye-metody-ochistki-stochnyh-vod/ (дата обращения: 02.11.2025).
  73. Как работает процесс ионного обмена при очистке воды? // Molewater. URL: https://ru.molewater.com/news/how-does-the-ion-exchange-process-work-in-water-purification/ (дата обращения: 02.11.2025).
  74. Обратный осмос. Промышленное применение // aquaecology.group. URL: https://aquaecology.group/obratnyy-osmos-promyshlennoe-primenenie/ (дата обращения: 02.11.2025).
  75. Способы очистки биологически активных веществ (БАВ) растительного, животного происхождения, полученных на основе биосинтеза // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/5770420/page:40/ (дата обращения: 02.11.2025).
  76. Применение мембранного биореактора (МБР) // Экопровод. URL: https://ecoprovod.ru/primenenie-membrannogo-bioreaktora-mbr/ (дата обращения: 02.11.2025).
  77. Методы очистки сточных вод, отстаивание, описание технологии // Агростройсервис. URL: https://agro-stroy-service.ru/articles/metody-ochistki-stochnyh-vod-otstaivanie-opisanie-tehnologii/ (дата обращения: 02.11.2025).
  78. Обратный осмос — что это и в чём отличие от ультрафильтрации? // VATTEN. URL: https://vatten.ru/blog/chto-takoe-obratnyy-osmos-i-v-chem-otlichie-ot-ultafiltatsii/ (дата обращения: 02.11.2025).
  79. Умягчение воды методом ионного обмена // Томский политехнический университет. URL: https://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/30558/1/Method_IX_2016.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  80. Биологическая очистка сточных вод // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/7996515/page:4/ (дата обращения: 02.11.2025).
  81. Селективность // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/6166403/page:14/ (дата обращения: 02.11.2025).
  82. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) // Мед прибор. URL: https://medpribor.ru/about/articles/vysokoeffektivnaya-zhidkostnaya-khromatografiya-vezhkh/ (дата обращения: 02.11.2025).
  83. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Теоретические основы. Практическое применение метода // Тверской государственный университет. 2008. URL: https://elib.tversu.ru/biblioteka/view.php?sec=006&f=2008_136.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  84. Лекция БАВ ВЭЖХ // Farabi University. URL: https://www.kaznu.kz/content/files/pages/45946/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%20%D0%91%D0%90%D0%92%20%D0%92%D0%AD%D0%96%D0%A5.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  85. Высокоэффективная жидкостная хроматография // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%8B%D1%81%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B6%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F (дата обращения: 02.11.2025).
  86. Газовая хромато-масс-спектрометрия // Лаборатория Ин Консалтинг. URL: https://inconsult.ru/services/mass-spectrometric/hromato-mass-spektrometriya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  87. Высокоэффективная жидкостная хроматография: // Shimadzu. URL: https://www.shimadzu.ru/sites/shimadzu.ru/files/docs/HPLC_objects.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  88. Капиллярный электрофорез и метод капиллярного электрофореза // Люмэкс. URL: https://lumex.ru/upload/iblock/d76/kapillyarny-elektroforez.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  89. Газовая хромато-масс-спектрометрия: // Shimadzu. URL: https://www.shimadzu.ru/sites/shimadzu.ru/files/docs/GCMS_objects.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  90. Факторы, влияющие на заряд. Электрофорез белков // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/5770420/page:47/ (дата обращения: 02.11.2025).
  91. Хроматографические методы очистки белков // ПРОПИОНИКС. URL: https://propionix.ru/articles/khromatograficheskie-metody-ochistki-belkov/ (дата обращения: 02.11.2025).
  92. Методы выделения и количественного определения основных БАВ лекарственного сырья // ppt Online. URL: https://ppt-online.org/388277 (дата обращения: 02.11.2025).
  93. Лекция 5 Хроматографические методы.pdf // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/2653246/ (дата обращения: 02.11.2025).
  94. Пругло Г.Ф., Федорова О.В., Смит Р.А. Хроматографические методы анализа: учебное пособие. СПб: ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. URL: https://www.sutd.ru/upload/medialibrary/d33/Pruglo_G.F._Fedorova_O.V._Smit_R.A._KHromatograficheskie_metody_analiza_uchebnoe_posobie_2017.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  95. Хроматография (от греч. Хробна цвет) метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физик // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/5770420/page:48/ (дата обращения: 02.11.2025).
  96. Хроматографические методы анализа // Оренбургский государственный университет. URL: https://edu.osu.ru/pluginfile.php/127167/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%B8%D0%BA%20%D0%BF%D0%BE%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B5%20%D0%A5%D0%9C%D0%90/content/2%D0%A5%D0%9C%D0%90_%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%202.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  97. Биологическая очистка сточных вод // Агростройсервис. URL: https://agro-stroy-service.ru/articles/biologicheskaya-ochistka-stochnyh-vod/ (дата обращения: 02.11.2025).
  98. Биологические методы очистки сточных вод промышленных предприятий // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/9986348/page:34/ (дата обращения: 02.11.2025).
  99. Очистка сточных вод от ПАВ/СПАВ // ГК «Аргель». URL: https://argel.ru/ochistka-stochnykh-vod-ot-pav-spav (дата обращения: 02.11.2025).
  100. Капиллярный электрофорез // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/6166403/page:46/ (дата обращения: 02.11.2025).
  101. Основы метода капиллярного электрофореза. аппаратурное оформление и области применения // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osnovy-metoda-kapillyarnogo-elektroforeza-apparaturnoe-oformlenie-i-oblasti-primeneniya (дата обращения: 02.11.2025).
  102. Кристаллизаторы для очистки сточных вод и ЗЛД // Condorchem Enviro Solutions. URL: https://condorchem.com/ru/kristallizatory-dlya-ochistki-stochnykh-vod-i-zld/ (дата обращения: 02.11.2025).
  103. Выделение и очистка целевых продуктов в процессе культивирования // ПРОПИОНИКС. URL: https://propionix.ru/articles/vydelenie-i-ochistka-tselevykh-produktov-v-protsesse-kultivirovaniya/ (дата обращения: 02.11.2025).
  104. Методическое руководство по контролю процесса биологической очистки городских сточных вод // Электронная библиотека БГТУ. 2009. URL: https://www.bstu.by/static_files/2013/elib/markevich-2009-metod-rukov/markevich-2009-metod-rukov.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  105. Методы выделения и очистки ДНК из лизатов клеток (обзор) // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-vydeleniya-i-ochistki-dnk-iz-lizatov-kletok-obzor (дата обращения: 02.11.2025).
  106. ПНД Ф 12.15.1-08. Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200063683 (дата обращения: 02.11.2025).
  107. Современные проблемы аналитической химии сточных вод // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-problemy-analiticheskoy-himii-stochnyh-vod (дата обращения: 02.11.2025).
  108. Набор реагентов для консервации проб воды // Лабораторное оборудование. URL: https://labo.ru/catalog/nabory-reagentov-dlya-konservatsii-prob-vody/nabory-reagentov-dlya-konservatsii-prob-vody/ (дата обращения: 02.11.2025).
  109. Методы разделения и концентрирования // Аналитическая Химия. URL: https://booksite.ru/fulltext/1/001/008/786/html/analitic/uchebnic_analitik_him/uchebnic_analitik_him_0039.htm (дата обращения: 02.11.2025).
  110. ГОСТ Р 8.613-2005. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Методики количественного химического анализа проб вод. Общие требования к разработке. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200040715 (дата обращения: 02.11.2025).
  111. Капиллярный электрофорез // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/6166403/page:41/ (дата обращения: 02.11.2025).
  112. Капиллярный электрофорез // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/6166403/page:40/ (дата обращения: 02.11.2025).
  113. ГОСТ Р 59024-2020. Качество воды. Перечень маркерных веществ и технологических показателей. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200196859 (дата обращения: 02.11.2025).
  114. Методы разделения и концентрирования // Оренбургский государственный университет. URL: https://edu.osu.ru/pluginfile.php/127167/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%B8%D0%BA%20%D0%BF%D0%BE%20%D0%B4%D0%B8%D1%81%D1%86%D0%B8%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B5%20%D0%A5%D0%9C%D0%90/content/3%D0%A5%D0%9C%D0%90_%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%203.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  115. Анализ сточных вод: исследование проб, направление, результаты проведения, стоимость в Москве // ООО «НПО «Групповые Технологии». URL: https://gt-group.ru/articles/analiz-stochnykh-vod/ (дата обращения: 02.11.2025).
  116. Перспективы изучения химического состава и микробиологического пейзажа сточных вод предприятий // Современные инновации, системы и технологии. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-izucheniya-himicheskogo-sostava-i-mikrobiologicheskogo-peyzazha-stochnyh-vod-predpriyatiy (дата обращения: 02.11.2025).
  117. 10 инновационных технологий в сфере сбора и обработки сточных вод в 2025 году и примеры стартапов // Новости мира инноваций. 2024. 26 сентября. URL: https://innovation.news/2024/09/26/10-innovatsionnyh-tekhnologij-v-sfere-sbora-i-obrabotki-stochnykh-vod-v-2025-godu-i-primery-startapov/ (дата обращения: 02.11.2025).
  118. Инновационные технологии очистки и повторного использования сточных вод в промышленности // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/innovatsionnye-tehnologii-ochistki-i-povtornogo-ispolzovaniya-stochnyh-vod-v-promyshlennosti (дата обращения: 02.11.2025).
  119. Состояние и пути решения проблемы биологической очистки сточных вод // Studfiles. URL: https://studfile.net/preview/5770420/page:49/ (дата обращения: 02.11.2025).
  120. Инновационные технологии в очистке городских и промышленных сточных вод // Ветеринария и кормление. URL: https://vetandfeed.ru/zhurnal/innovatsionnye-tekhnologii-v-ochistke-gorodskikh-i-promyshlennykh-stochnykh-vod/ (дата обращения: 02.11.2025).
  121. Инновационные технологии очистки сточных вод для ресурсосберегающей деятельности комбикормовых предприятий // CABI Digital Library. URL: https://www.cabidigitallibrary.org/doi/10.1079/PA20230232 (дата обращения: 02.11.2025).
  122. Область аккредитации // Приволжское межрегиональное территориальное управление Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии. URL: https://www.gost.ru/documentManager/rest/file/download/635532 (дата обращения: 02.11.2025).
  123. Новости за 3 июля 2025 // Новости Mail. 2025. 3 июля. URL: https://news.mail.ru/amp/society/63143496/ (дата обращения: 02.11.2025).
  124. Использование технологии биоаугментации для улучшения качества очистки сточных вод // Мосводоканал. URL: https://www.mosvodokanal.ru/upload/ib/e8a/e8a641198f3957242bb95f322316e6f9.pdf (дата о��ращения: 02.11.2025).
  125. Перспективная технология очистки коммунальных сточных вод гранулированными илами // Мосводоканал. URL: https://www.mosvodokanal.ru/upload/ib/49f/49fe920c82243d63b2767c293674602f.pdf (дата обращения: 02.11.2025).
  126. Методы анализа сточных вод // НКФ ВОЛГА. URL: https://volgaltd.ru/metody-analiza-stochnyh-vod/ (дата обращения: 02.11.2025).
  127. Высокоэффективная жидкостная хроматография фенольных компонентов сточных вод ЦБП // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vysokoeffektivnaya-zhidkostnaya-hromatografiya-fenolnyh-komponentov-stochnyh-vod-tsbp (дата обращения: 02.11.2025).
  128. Основные характеристики (показатели качества) сточных вод // Теоретические основы охраны окружающей среды. Ozlib.com. URL: https://ozlib.com/837025/ekologiya/osnovnye_harakteristiki_pokazateli_kachestva_stochnyh_vod (дата обращения: 02.11.2025).

Похожие записи