Введение к работе
Актуальность исследований. В условиях повышенного антропогенного воздействия. на водные объекты, санитарная надежность водоисточников не может рассматриваться без учета возможных изменений гидрологических режимов, в частности на участках с обратными и переменнымл течениями рек Большой Северной Двины и Шексны - основных источников водопользования крупных городов Череповец, Архангельск и Сокол.
В литературе практически отсутствуют сведения по
характеристике условий водопользования и оценке
здоровья населения в связи с водными фактором в
аналогичных гидрологических режимах поверхностных
водоемов. Исследования велись лишь на локальных
участках зарегулированных водоемов, на которых обратные
течения в большинстве случаев были обусловлены
режимами работы гидроэлектростанций и ветровыми воздействиями (Драчев СМ., 1961; Кибальчич И.А.,1965; Бойченко В.К., 1978). При этом показано, что такие течения на водных объектах являются факторами могущими ухудшить качество воды и санитарную ситуацию. Согласно данным Национального Доклада "О санитарно-эпидемиологической обстановке Российской Федерации" только за последние годы до 21% заболеваний по острым кишечным инфекциям было зарегистрировано в северозападных регионах страны, кула входят территории бассейнов рек Северной Двины и Шексны.
Остаются не рассмотренными вопросы организации
водопользования населения и в санитарном
законодательстве нашей страны, когда водоисточниками являются водотоки с обратными и переменными течениями большой протяженности.
Отсутствуют научные исследования по обоснованию
подходов к охране водоемов в том числе целесообразности
применения принципа соблюдения ПДК веществ в воде
водоемов посредством установления предельно допустимых
сбросов для водных объектов с периодическими
изменениями течений на реках Шексны и Северной
Двины, где в водные объекты сбрасываются сточные воды
предприятий черной металлургии, химической и
целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП), а также
положений установления зон санитарной охраны
водоисточников; не изучены закономерности
формирования химического и бактериального состава названных водоисточников; не определена барьерная роль водопроводных очистных сооружений в районах с измененными гидрологическими режимами, а также роль водного фактора в формировании заболеваний населения но острым кишечным инфекциям и заболеваний неинфекционной патологии.
Ключевым является обоснование концепции по оптимизации водопользования и охраны здоровья населения на территориях рек Северной Двины и Шексны в связи с антропогенным загрязнением водоисточников с измененными гидрологическими режимами.
Необычные условия водопользования населения в связи с резкими изменениями в показателях качества воды
0ОДОИСТОЧНИКОБ, происходящие за короткие периоды (от 1 суток до I месяца и более), обусловленные обратными и переменными течениями рек, определили цели и задачи исследований.
Работа выполнялась в рамках Государственной програАШЫ "Комплексное использование и охрана вод бассейна р.Сесеряой Двины" и "Охрана- окружающей среды г.Череповца до 2005 года".
Диш_р_аохы - разработка гигиенической концепции оптимизации водопользования и охраны здоровья населения на территориях бассейна Северной Двины и реки Шекскы в связи с антропогенным загрязнением водоисточников с измененными гидрологическими режимами.
Задаял_иссл едод аннй:
1. Разработать методические подходы по изучению
условий распространения загрязнений сточных вод и
формирования качества воды водных объектов с обратными
и переменными течениями и влияния водного фактора на
здоровье населения при водопользовании из источников с
измененными гидрологическими режимами в бассейне
Северной Двины и р.Шексны.
2. Определить эффективность водоохранных
мероприятий, применяемых для защиты от загрязнения
водоемов Северной Двины и р.Шексны, и установить
особенности формирования качества воды водоисточников
на участках с обратными и переменными течениями.
3. Выявить характер действия биологически
очищенных сточных вод на организм подопытных
животных для определения разведения сточных вод в
5 р.Шексне, обеспечивающего безвредное водопользование населения.
4. Обосновать приоритетные показатели загрязнения
воды водоемов Северной Двины для предприятий ЦБП и
водоемов р.Шексны для предприятий черной металлургии и
химической промышленности, разработать математическую
модель для расчета количественных значений 'загрязнений в
воде водоемов Северной Двины.
5. Изучить барьерную роль традиционной схемы
водоподготовки в отношении химического и
бактериального загрязнения, когда источниками
водоснабжения являются водотоки с обратными и
переменными течениями, и обосновать математическую
модель прогностических расчетов количественных значений
химических загрязнений и отдельных показателей в
питьевой воде,
6. Выявить роль водного фактора в формировании
инфекционной и неинфекционной заболеваемости в
районах влияния обратных и переменных течений с учетом
характера химического и бактериального изменения и
природных особенностей состава воды водоисточников.
Науниая. ноаизна-.и-^еоретическая,-Зліачііміасті^рабісазд. Предложена концепция безопасного водопользования и охраны здоровья населения на территориях водотоков с обратными и переменными течениями, основанная на обеспечении охраны водоисточников путем достижения содержания вредных веществ, входящих в состав сточных вод, на уровне и ниже ПДК перед их выпуском в открытый водоем; применении на водопроводах технологий глубокой очистки воды и осуществлении санитарного контроля на
6 основе приоритетных показателей и методов прогностических расчетов.
Выявлено отсутствие эффективности применения принципа защиты водоемов от загрязнения посредством установления предельно допустимого сброса сточных вод для водоемов с обратными и переменными течениями и надежности гигиенических требований к зонам санитарной охраны водоисточников.
Разработаны методические подходы изучения условий
распространения загрязнений сточных вод и формирования
качества воды водных объектов с обратными и
переменными течениями и влияния водного фактора на
здоровье населения.
Доказана малоэффективность биологического способа очистки сточных вод, принятого в качестве основной меры зашиты водоемов от загрязнений предприятиями ЦБП на территориях бассейна Северной Двины и предприятиями черной металлургии и химической промышленности на реке Шексне, что является одной из причин повышения антропогенной нагрузки на водные объекты.
На основе натурных наблюдений и экспериментальных исследований обоснованы приоритетные показатели загрязнений воды рек Северной Двины и водоемов р.Шексны, обеспечивающие надежность санитарного контроля и охрану здоровья населения в связи с водным фактором; предложена математическая модель для расчета количественных значений загрязнений сточных вод предприятий ЦБП на основе уравнения регрессии.
Доказано общетоксическое действие приоритетных загрязнений биологически очищенных сточных вод
7 предприятий черной металлургии и химической промышленности Череповецкого промузла и их разведений 1:30, соответствующее фактической водности р.Шексны, что не гарантирует безопасное водопользование населения.
Впервые показано, что в формировании
эпидемиологического и токсикологического
неблагополучия на территориях бассейна Северной Двины в связи с , водным фактором наибольший вклад принадлежит: органическим соединениям сточных вод ЦБП, которые стимулируют развитие патогенной и условно патогенной микрофлоры и трансформируются в хлорорганические соединения в процессе отбелки целлюлозы хлором, хлорировании сточных вод перед их выпуском в водоем и питьевой воды на водопроводных очистных сооружениях; повышенным концентрациям алюминия, образуемые в процессе водоподготовки, а также пониженному уровню солей жесткости, способствующие усилению токсичности алюминия, дефициту в составе воды і водоисточников концентраций фтора, кальция и магния, обусловленные природными особенностями.
Установлена низкая барьерная роль водопроводных
очистных сооружений с традиционной схемой
водоподготовки, что является одной из причин санитарно-
эпидемиологического неблагополучия на территориях
водных объектов с измененными гидрологическими
режимами. Обоснована математическая модель
прогностических расчетов количественных значений химических загрязнений и отдельных показателей в питьевой воде.
8 Выявлены взаимосвязи между уровнем загрязнения воды водоемов, питьевой воды по бактериологическим показателям и уровнем заболеваемости по острым кишечным инфекциям; между уровнем содержания органических веществ в питьевой воде и уровнями болезней эндокринной системы,, нервной системы и органов чувств, органов пищеварения, мочеполовых органов, кожи и подкожной клетчатки.
Пракхннигкая. ^цалилшсл^лі_^всдр^шис_результато0 пселсдошший. Материалы диссертационной работы были реализованы в следующих методических и нормативных документах:
Руководство по прогнозированию медйко-
Эйологических последствий гидротехнического
строительства, М.1990 г., 172 с;
Временные методические указания к изучению санитарных условий водопользования и жизни населения при территориальном перераспределении речного стока, МЗ СССР, N 2685-83;
Методические рекомендации "Санитарная охрана водоемов от загрязнения сточными водами предприятий химической промышленности" (МЗ РСФСР, от 23.04.90 г.);
- СанПиН "Планировка и застройка населенных мест
Европейского Севера (проект), переданы в ГК. СЭН РФ,
1993 г.;
- Федеральный СанПиН "Планировка и застройка
населенных мест" (проект), переданы в ГК СЭН РФ, 1994г.;
Методика составления прогноза санитарно-
гигиенических, эпидемиологических и медико-
экологических последствий в районах затоплении" (проект), переданы в Министерство охраны окружающей среды я природных ресурсов, 1994 г.;
"Схема комплексного использования и охраны вод бассейна р.Северной Двины" (Ленгипроводхоз, акт внедрения N 150-11/4050 от 18.06.86);
"Комплексная схема окружающей среды г.Череповца до 2005 года", (ЛенНИИградостроительства, акт внедрения N 30-1002 от 12.03.86).
Материалы исследований использованы
Государственным Комитетом по науке и технике для
принятия проектных решений рационального
использования и охраны природных ресурсов северозападного региона страны (справка N 44-3/25 от 6.09.85); Вологодской обл. СЭС в процессе текущего и предупредительного санитарного надзора (справка N 2-3/482 от 28.04.83); СЭС городов Сокол и Череповец (справки N 667 от 28.06.85, N 1781 от 27.11.85), а также институтами: "Союзгипроводхоз" и "Гидропроект" ( справки N 07/45 от 27.07.82; N 933-54-13/6306 от 27.12.85 и др.).
Результаты работы доложены и обсуждены: на
Всесоюзной научной конфереции по охране окружающей среды (Пермь, 1977); VI Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам самоочищения и регулирования качества воды (Таллинн, 1979); Межотраслевой конференции "Продовольственная база Сибири и Дальнего Востока, рационализация питания и обеспечение населения питьевой водой" (Новосибирск, 1978); Республиканской Конференции "Охрана окружающей среды и здоровья населения в условиях современного города" (Уфа, 1980); VI
Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей (Москва, 1985); Всесоюзного научно-технического совещания "Пути решения экологических проблем на предприятиях черной металлургии" (Москва, 1990); заседании Бюро отделения гигиены и эпидемиологии Академии медицинских наук (1984 и 1985 гг); заседании Проблемной Комиссии Союзного значения "Научные основы гигиены окружающей среды" (1985).
Апробашш диссертации проведена на
межотдельческой конференции Московского ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института гигиены им.Ф.Ф.Эрисмана (20.09.95 г.).
Публика ціпі. По изучаемой проблеме опубликовано 31 работ, из них I монография (с соавт.).
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной обоснованию направлений и этапов работы и выбору методов исследований, шести глав собственных *исследований, обсуждения результатов, выводов, списка
литературы и приложений. Текст изложен на страницах
машинописи, иллюстрирован 45 таблицами, 6 рисунками, указатель литературы содержит 392 источника, из них 319 отечественных и 77 иностранных авторов, имеет 45 приложений.
Осліовш>іе^додо^киі^ш»^ьяіосіші4еліа^аштхгу:
1. Гигиеническая концепция безопасного
водопользования и охраны здоровья населения на территориях водотоков с обратными и переменными течениями, основанная на обеспечении охраны водоисточников путем достижения содержания вредных
11 веществ, входящих в состав сточных вод на уровне и ниже ПДК перед их выпуском в открытый водоем; применении на водопроводах технологий глубокой очисткии воды и осуществлении санитарного контроля на основе приоритетных показателей и методов прогностических расчетов.
2. Методические подходы, основанные на изучении
условий формирования качества воды водоисточников на
водотоках с обратными и переменными течениями и
влияния водного фактора на уровень заболеваемости
населения при использовании воды водоисточников с
измененными гидрологическими режимами.
3. Обратные и переменные течения - фактор
формирующий санитарно-эпидемиологическое
неблагополучие в связи со значительным ухудшением
качества воды водоисточников и воды водопроводов
вследствие распространения и накопления загрязнений
сточных вод, образования зон интенсивного загрязнения,
снижения барьерной роли традиционной схемы
водоподготовки на очистных сооружениях.
4. Доказательство связи заболеваемости населения по
острым кишечным инфекциям с уровнем загрязнения воды
по бактериологическим показателями и неинфекционной
патологии с изменениями химического состава питьевой
воды.
Особенность условий водопользования, связанная с
резковь-раженными изменениями в качестве воды за
короткие периоды времени на водотоках с обратными и
переменными течениями, и многофакторная
обусловленность здоровья населения определила необходимость комплексного подхода проведения гигиенических исследований.
Были определены 4 главные направления исследований, нацеленные на обоснование концепции безопасного водопользования и охраны здоровья населения о связи с водным фактором (таблица 1).
Исследования выполнялись на территориях водных
объектов, на которых происходят обратные и переменные
течения: река Шексна в районе г.Череповца, река Сухона в
районе г.Сокол и устье реки Большой Северной Двины в
районе г.Архангельска, а также на участках рек Сухоны,
Малой Северной Двины и Вычегды в пределах городов
Великий Устюг, Красавино, Котлас и Сольвычегодск,
находящихся в зонах влияния загрязнений сточных вод
ЦБП. В качестве основных объектов исследований
использованы производственные и хозяйственно-бытовые
сточные воды, вода поверхностных водоемов и вода
водопроводов, информационный материал о
гидролопіческігх режимах водоемов, материал
статистической отчетности о состоянии здоровья населения. Объем основных исследований приведен в таблице 2.
Учитывая многообразие взаимосвязанных систем в условиях измененных пшрологнческих режимов, изучались
природные, гидрохимические, гидрологические и
антропогенные условия формирования качества воды.
Для гигиенического анализа были использованы фондовые
и информационные материалы о составе сточных вод,
качестве воды водных объектов и гидрологических условиях
рек Шексны, Сухоны, Вычегды, Малой и Большой
Северной Двины по многолетнему ряду, разрабатываемых
производственными лабораториями и учреждениями
территориальных санитарно-эпидемиологических и
гидрометеорологических служб, проектными
организациями (текущая и отчетная документация,
проектные материалы, технологические регламенты). На
металлургическом, азотнотуковом и химическом заводах
г.Череповца, предприятиях целлюлозно-бумажной
промышленности городов Сокол, Котлас и Архангельск изучен состав сточных вод до и после их очистки, дана оценка эффективности локальных и внеплощадочных очистных сооружений, где в качестве основной меры защиты водоемов используются биологические методы очистки. Проанализированы данные исследований сточных вод в динамике за 5 лет (10 тыс. анализов).
Характер и степень опасности многокомпонентного состава сточных вод предприятий г.Череповца оценивались по данным исследований в эксперименте на лабораторных животных (острый и подострый опыты), их влияние на микрофлору в модельных водоемах (5 серий ). Процесс самоочищения водоемов от загрязнений сточных вод предприятий ЦБП изучался в натурных условиях и в эксперименте на модельных водоемах (6 серий).
Таблица 1
Программа и этапы исследований
1.
3.
-На инфекционную заболеваемость -На ненифеклнонную заболеваемость
4.
гигиенические аспекты оптимизации
ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ и
-Обоснование концепции безопасного водопользования к охрани здоровья населения;
-Обоснование приоритетных показателей контроля качества воды;
-Разработка математических моделей оценки качества воды водоемов и прогнозных расчетов качества питьевой воды
Таблица 2 Объем выполненных исследований
'6
Проведено изучение воды водных объектов по санитарно-химнческим и санитарно-бактериологическим показателям п дітамике от 5 до 10 лет (30 створов, 50 тыс. определений по 25 показателям).
Исследования по гигиенической оценке хозяйственно-питьевого водоснабжения и выявления барьерной роли водопроводных очистных сооружений выполнены в городах, где источниками водоснабжения являются водные объекты с измененными пшрологическими режігмами и находящиеся в зоне влияния сточных вод предприятий ЦБП. Изучены условия водо под готовки, эффективность очистки и обеззараживания воды. Проанализированы данные лабораторных исследований воды до и после водопроводных сооружений.
При оценке роли водного фактора в формировании здоровья населения изучены данные заболеваемости населения по острым кишечным инфекциям (брюшной тиф, дизентерия, сумма острых кишечных заболеваний, в'ирусный гепатит) и заболеваемости по неинфекционной патологии в опытных и контрольных районах отличающиеся контрастными условиями водопользования.
Концепция безопасного водопользования и охрана
здоровья населения основана на результатах исследований
первых трех направлений исследований. Теоретические
обоснования проводились с учетом данных,
характеризующих причинно-следственные связи по условиям формирования качества воды водоемов на участках с обратными и переменными течениями. Обоснованы системы реализации положений концепции путем применения новых технологических и санитарно-
17 технических решений водоохраны, усовершенствования методических подходов оценки и санитарного контроля.
В работе использован комплекс современных
саннтарно- . химических, бактериологических,
биохимических, токсикологических, эпидемиологических,
статистических, математических методой исследований.
При изучении сточных иод предприятий черной
металлургии, химической и ЦБП исследовались показатели
и компоненты в их составе, оказывающие влияние на
органолептические свойства воды и санитарный режим
водоемов, обладающие санитарно-токсикологпческнм
действием и изменяющие уровни бактериального
загрязнения. Поверхностные и подземные воды изучались
по показателям соответствующим природным
особенностям воды водоемов региона и компоненты
сточных вод, поступаемых в водоемы. Для оценки
интенсивности процессов самоочищения водоемов
использованы соотношения следующих показателей: БПК5/БПК20; БПК20/ХПК; БПК5/ПО; ПО/ХПК и ЛКП/ФКП.
Санитарно-токсикологич>:>;кие исследования
выполнены на теплокровных жлвотных в остром и подостром опыте, на которых испытывалось действие натуральных и биологически очищенных сточных вод и их разведения для выявления уровня разведений, обеспечивающих безопасное водопользование населения.
С учетом характера общего и специфического действия отдельных загрязнений сточных вод, в эксперименте были использованы методы оценки общего состояния организма
жиізотііьгх, изменения фуіпшин печени и ферментной системы.
Ранжирование водных объектов по степени загрязнения проведено на основе расчета комплексных показателей.
При оценке роли водного фактора в распространении
заболеваемости по острым кзгшечным инфекциям (ОКИ)
был использован комплексный подход изучения
эпидемиологического процесса: - оценка
эпидемиологической ситуации в ретроспективе с учетом
особеностей условий водопользования; - оценка
активности водного фактора передачи возбудителей кишечных инфекций при использовании открытых водоемов для купания и шгтьевой водопроводной воды с учетом уровней микробного загрязнения и измененных гидрологических режимов.
Изучены уровни структуры заболеваемости по неинфекцнонной патологии детского и подросткового населення. Учитывая многофакторность окружающей среды обоснована оценочная шкала, базирующаяся . на количественных характеристиках учитываемых факторов. Суммарная нагрузка окружающей среды (атмосферный воздух, вода питьевая, вода культурно-бытового назначения, уровень шума, жилищно-бытовые условия, благоустройство населенных мест, природно-климатические условия) высчитывалась на основе бальной оценки в рамках 5 градаций (1 балл рассматривался как допустимый уровень загрязнения и допустимые условия проживания; 5 баллов - наихудшие условия).Долустимые уровни основаны на величинах соответствующим гигиеническим нормативам
19 и меньше каждого учитываемого показателя фактора. Для оценки доля фактора высчитывался процент в суммарной нагрузке.
Математические модели разработаны для
прогностических расчетов количественных значений загрязняющих веществ в воде водоисточников и водопроводной воде.
Для установления достоверности данных
количественных изменений сточных вод, качества воды водных объектов, питі евой воды, уровней заболеваемости проведена математическая обработка с использованием методов статистики; выполнен корреляционный и регрессионный анализ данных исследований. В качестве технических средств использовались ЭВМ LPM PC с автоматизированной программой ARM, а также МК Casio -702.
Материалы, приведенные в диссертации по санитарно-химимическим и микробиологическим исследованиям выполнен с участием специаистов лаборатории санитарной охраны водоемов и лаборатории микобиологии института: д.м.н. Г.М. Трухиной, к.м.и. Л.Г. Царевой, к.бм. Н.Б. Комзоловой, к.м.н. Л.А. Виноградовой, научным сотрудником Л.Ф. Балабановой.