Оценка остаточного альгицидного эффекта после соноплазменной обработки водных сред
Аннотация
В работе проведена оценка остаточной токсичности водных сред, обработанных соноплазменным разрядом, в отношении зеленых микроводорослей Scenedesmus quadricauda и Ankistrodesmus arcuatus при отсроченной инокуляции через 0,24, 48 и 168 ч после обработки. Исследование направлено на оценку длительности сохранения альгицидного эффекта в обработанной среде, а также на определение ее потенциальной экологической безопасности после соноплазменной обработки (СПО) для обоснования возможности последующего сброса обработанной воды в природные водные объекты. Острую токсичность оценивали через 72 ч после инокуляции в соответствии с методикой OECD 201, дополнительно регистрировали динамику роста культур в течение 3–7 суток. Установлено, что остаточные альгицидные свойства обработанной среды определяются режимом и кратностью СПО, а также временем, прошедшим между обработкой среды и инокуляцией тест-культур. Показано, что альгицидный эффект обработанной среды не имеет прямой зависимости от концентрации H2O2 и определяется не только его содержанием. Увеличение кратности обработки усиливало выраженность и продолжительность ингибирующего воздействия. Для обеспечения более длительного альгицидного эффекта необходима либо двукратная обработка на минимальном режиме, продлевающая альгицидное воздействие не менее чем до 48 ч, либо обработка на максимальном режиме, требующем больших затрат энергии, но обеспечивающем выраженный альгицидный эффект не менее чем на 48 ч при однократной обработке, и не менее чем на 168 ч при двукратной. Анализ динамики роста микроводорослей позволил выявить как устойчивое ингибирование, так и восстановление культур после первоначального подавления, что указывает на необходимость учета не только стандартной 72-часовой точки, но и динамики развития тест-культур.
Литература
Fang, Y., Hariu, D., Yamamoto, T., & Komarov, S. (2019). Acoustic cavitation assisted plasma for wastewater treatment: Degradation of Rhodamine B in aqueous solution. Ultrason. Sonochem., 52, 318–325. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.12.003.
Rong, J., Zhu, K., & Chen, M. (2019). Study on purification technology of polyacrylamide wastewater by non-thermal plasma. Plasma Sci. Technol., 21(5), 054008. https://doi.org/10.1088/2058-6272/aafceb.
Foster, J., Sommers, B.S., Gucker, S.N., Blankson, I.M., & Adamovsky, G. (2012). Perspectives on the interaction of plasmas with liquid water for water purification. IEEE Trans. Plasma Sci., 40(5), 1311–1323. https://doi.org/10.1109/tps.2011.2180028.
Chen, C.W., Lee, H.M., Chen, S.H., Chen, H.L., & Chang, M.B. (2009). Ultrasound-assisted plasma: A novel technique for inactivation of aquatic microorganisms. Environ. Sci. Technol., 43(12), 4493–4497. https://doi.org/10.1021/es900345z.
Barjasteh, A., Dehghani, Z., Lamichhane, P., Kaushik, N., Choi, E.H., & Kaushik, N.K. (2021). Recent progress in applications of non-thermal plasma for water purification, bio-sterilization, and decontamination. Appl. Sci., 11(8), 3372. https://doi.org/10.3390/app11083372.
Mason, T.J., Joyce, E., Phull, S.S., & Lorimer, J.P. (2003). Potential uses of ultrasound in the biological decontamination of water. Ultrason. Sonochem., 10(6), 319–323. https://doi.org/10.1016/s1350-4177(03)00102-0.
Cui, Y., Cheng, J., Chen, Q., & Yin, Z. (2018). The types of plasma reactors in wastewater treatment. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci., 208(1), 012002. https://doi.org/10.1088/1755-1315/208/1/012002.
Abramov, V.O., Abramova, A.V., Cravotto, G., Nikonov, R.V., Fedulov, I.S., & Ivanov, V.K. (2021). Flow-mode water treatment under simultaneous hydrodynamic cavitation and plasma. Ultrason. Sonochem., 70, 105323. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105323.
Suresh, R., Rajoo, B., Chenniappan, M., & Palanichamy, M. (2021). Treatment possibilities of electrical discharge non-thermal plasma for industrial wastewater treatment-review. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 1055(1), 012018. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1055/1/012018.
Zeghioud, H., Nguyen-Tri, P., Khezami, L., Amrane, A., & Assadi, A.A. (2020). Review on discharge plasma for water treatment: mechanism, reactor geometries, active species and combined processes. Journal of Water Process Engineering, 38, 101664. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101664.
Foo, S.C., Chapman, I.J., Hartnell, D.M., Turner, A.D., & Franklin, D.J. (2020). Effects of H2O2 on growth, metabolic activity and membrane integrity in three strains of Microcystis aeruginosa. Environ. Sci. Pollut. Res., 27(31), 38916–38927. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09729-6.
Vermilyea, A.W., Dixon, T.C., & Voelker, B.M. (2010). Use of H218O2 to measure absolute rates of dark H2O2 production in freshwater systems. Environ. Sci. Technol., 44(8), 3066–3072. https://doi.org/10.1021/es100209h.
Dixon, T.C., Vermilyea, A.W., Scott, D.T., & Voelker, B.M. (2013). Hydrogen peroxide dynamics in an agricultural headwater stream: Evidence for significant nonphotochemical production. Limnol. Oceanogr., 58(6), 2133–2144. https://doi.org/10.4319/lo.2013.58.6.2133.
Marsico, R.M., Schneider, R.J., Voelker, B.M., Zhang, T., Diaz, J.M., Hansel, C.M.; & Ushijima, S. (2015). Spatial and temporal variability of widespread dark production and decay of hydrogen peroxide in freshwater. Aquat. Sci., 77(4), 523–533. https://doi.org/10.1007/s00027-015-0399-2.
Skurlatov Y.I., & Ernestova L.S. (1998). The impact of human activities on freshwater aquatic systems. Acta Hydrochim. Hydrobiol., 26(1), 5-12. https://doi.org/10.1002/(sici)1521-401x(199801)26:1<5::aid-aheh5>3.0.co;2-2.
Drábková, M., Admiraal, W., & Maršálek, B. (2006). Combined exposure to hydrogen peroxide and light-selective effects on cyanobacteria, green algae, and diatoms. Environ. Sci. Technol. 41(1), 309–314. https://doi.org/10.1021/es060746i.
Cooper, W.J., Shao, C., Lean, D.R.S., Gordon, A.S., & Scully, F.E.,Jr. (1994). Factors affecting the distribution of H2O2 in surface waters. In: Environmental chemistry of lakes and reservoir (Advances in Chemistry, 237). Wash.: American Chemical Society (pp. 391–422). https://doi.org/10.1021/ba-1994-0237.ch012.
Wang G.S., Hsieh S.T., & Hong C.S. (2000). Destruction of humic acid in water by UV light-catalyzed oxidation with hydrogen peroxide. Wat. Res., 34(15), 3882–3887. https://doi.org/10.1016/s0043-1354(00)00120-2.
Ip, P.-F., & Chen, F. (2005). Employment of reactive oxygen species to enhance astaxanthin formation in Chlorella zofingiensis in heterotrophic culture. Process Biochem., 40(11), 3491–3496. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2005.02.014.
Algal culturing techniques (2005). Andersen, R.A. (ed.). Elsevier Academic Press.
Mikhalev, E., Kamler, A., Bayazitov, V., Sozarukova, M., Nikonov, R., Fedulov, I., Mel’nik, E., Ildyakov, A., Smirnov, D., Volkov, M., Varvashenko, D., & Cravotto, G. (2024). Sonoplasma frequency tuning of electric pulses to modulate and maximise reactive oxygen species generation. Water, 16(19), 2753. https://doi.org/10.3390/w16192753.
Missen, R.W., & Smith, W.R. (1990). The permanganate-peroxide reaction: Illustration of a stoichiometric restriction. J. Chem. Educ., 67(10), 876. https://doi.org/10.1021/ed067p876.
Klassen, N.V., Marchington, D., & McGowan, H.C.E. (1994). H2O2 determination by the I3- method and by KMnO4 titration. Anal. Chem., 66(18), 2921–2925. https://doi.org/10.1021/ac00090a020
OECD (2011). Test No. 201: Freshwater alga and cyanobacteria, growth inhibition test, OECD guidelines for the testing of chemicals, Section 2. Paris: OECD Publishing. https://doi.org/10.1787/9789264069923-en
Chen, Z., Liu, D., Chen, C., Xu, D., Liu, Z., Xia, W., Rong, M., & Kong, M.G. (2018). Analysis of the production mechanism of H2O2 in water treated by helium DC plasma jets. J. Phys. D: Appl. Phys., 51(32), 325201. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aad0eb.
Cao, Y., Qu, G., Li, T., Jiang, N., & Wang, T. (2018). Review on reactive species in water treatment using electrical discharge plasma: Formation, measurement, mechanisms and mass transfer. Plasma Sci. Technol., 20(10), 103001. https://doi.org/10.1088/2058-6272/aacff4.
Vlad, I.-E.; & Anghel, S.D. (2017). Time stability of water activated by different on-liquid atmospheric pressure plasmas. J. Electrostat., 87, 284–292. https://doi.org/10.1016/j.elstat.2017.06.002.
Drábková, M.; Matthijs, H.C.P., Admiraal, W., & Maršálek, B. (2007). Selective effects of H2O2 on cyanobacterial photosynthesis. Photosynthetica, 45(3), 363–369. https://doi.org/10.1007/s11099-007-0062-9.
Randhawa, V., Thakkar, M., & Wei, L. (2012). Applicability of hydrogen peroxide in brown tide control – culture and microcosm studies. PLoS ONE, 7(10), e47844. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0047844.
Yu, X., Chen, L., & Zhang, W. (2015). Chemicals to enhance microalgal growth and accumulation of high-value bioproducts. Front. Microbiol., 6, 56. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00056.
Wang, B., Song, Q., Long, J., Song, G., Mi, W., & Bi, Y. (2019). Optimization method for Microcystis bloom mitigation by hydrogen peroxide and its stimulative effects on growth of chlorophytes. Chemosphere, 228, 503–512. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.04.138.
Ma, R. Y.-N., & Chen, F. (2001). Enhanced production of free trans-astaxanthin by oxidative stress in the cultures of the green microalga Chlorococcum sp. Process Biochem., 36(12), 1175–1179. https://doi.org/10.1016/s0032-9592(01)00157-1.
Ugya, A.Y., Imam, T.S.; Li, A., Ma, J., & Hua, X. (2019). Antioxidant response mechanism of freshwater microalgae species to reactive oxygen species production: A mini review. Chemistry and Ecology, 36(2), 174–193. https://doi.org/10.1080/02757540.2019.1688308.
Collén, J., & Pedersén, M. (1996). Production, scavenging and toxicity of hydrogen peroxide in the green seaweed Ulva rigida. Eur. J. Phycol., 31(3), 265–271. https://doi.org/10.1080/09670269600651471.
Mallick, N., & Mohn, F.H. (2000). Reactive oxygen species: Response of algal cells. J. Pl. Physiol., 157(2), 183–193. https://doi.org/10.1016/s0176-1617(00)80189-3.
Rezayian, M., Niknam, V., & Ebrahimzadeh, H. (2019). Oxidative damage and antioxidative system in algae. Toxicol. Rep., 6, 1309–1313. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2019.10.001.
Copyright (c) 2026 К. П. Хазанова, Д. В. Ростанец, А. В. Камлер, Р. В. Никонов, А. М. Лазарева
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
