CC BY
5
охране водоемов, кондиционированию качества питьевой воды, укреплению состояния здоровья населения.
2. С учетом различных методических приемов (изучение суммарного поступления исследуемых химических веществ из всех сред, а не только с питьевой водой, комплексная оценка состояния здоровья с использованием не только традиционных показателей смертности, заболеваемости, но и показателей донозологической диагностики, различные методы статистического анализа), апробированные в натурных исследованиях 4 модели копия—пара, рекомендуется для выявления влияния на здоровье населения химического состава питьевой воды.
3. На основе представленной методической схемы эпидемиологических исследований институтом совместно с рядом гигиенических организаций и центров Госсанэпиднадзора разработаны "Методические указания по изучению влияния химического состава питьевой воды на состояние здоровья населения", включающие 20 табличных приложений.
4. С учетом низкого уровня интенсивности биологического воздействия водного фактора перспективны дальнейшая разработка и внедрение в практику современных методов донозологической диагностики состояния различных функциональных систем организма.
Литература
1. Сидоренко Г. И., Захарченко М. П., Маймулов В. Г., Кутепов Е. //. Проблемы гигиенической диагностики на современном этапе. — М., 1995.
2. Руководство по контролю качества питьевой воды. Рекомендации. Т. 1. 2-е изд. ВОЗ. — Женева, 1994.
3. Методические указания по санитарной охране водоемов при добыче и обогащении руд цветных металлов. — М., 1980.
4. Методические указания по предупредительному и текущему санитарному надзору за охраной водоемов от загрязнения производственными сточными водами химических и нефтехимических предприятий. — Киев, 1%6.
5. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами целлю-лозно-бумажной промышленности. — Л., 1979.
6. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами заводов черной металлургии. № 1429—76. — М., 1976.
7. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами заводов пластмасс и полимерных материалов. — Киев, 1970.
8. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения органическими соединениями (Утв. 30 декабря 1977 г., МЗ СССР). - М., 1978.
9. Методические указания по санитарной охране от загрязнения сточными водами предприятий угольной промышленности. № 1435—76. — М., 1976.
10. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения нефтью. — М., 1976.
11. Нормативы качества. Воды поверхностных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения (по материалам СанПиНа 4630-88, ГОСТ 2761-84, справочника по нормативному обеспечению контроля качества воды). Госстандарт России, ТК-343 "Качество воды". — М., 1996.
12. Вода. Нормы погрешности измерений показателей состава и свойств. ГОСТ 27384-87. - М., 1987.
13. Методические указания по гигиенической оценке малых рек и санитарному контролю за мероприятиями по их охране в местах водопользования. № 3180-84. - М., 1985.
14. Инструктивно-методические рекомендации по гигиенической оценке и прогнозу качества воды водозаборов из подземных источников. — Минск, 1988.
15. Санитарные правила и нормы "Охрана поверхностных вод от загрязнения". СанПиН 4630-88. — М., 1988.
16. Методические рекомендации по применению методов биотестирования для оценки качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. ТК-343 "Качество воды". МР № ЦОС ПВ Р 005-95. -М„ 1995.
17. Методические указания по экспериментальной оценке суммарной мутагенной активности загрязнений воздуха и воды. — М., 1990.
18. Малышева А. Г. Методические основы использования хромато-масс-спектрометрии для идентификации органических соединений и продуктов трансформации в гигиене окружающей среды: Дис.... д-ра биол. наук. — М., 1996.
19. Рахманин 10. А., Талаева ¡0. Г., Романенко Н. А., Ческис А. Б. // Международный конгресс "Вода: экология и технология": Материалы. — М., 1994. — С. 1238-1241.
20. Сидоренко Г. И., Кутепов Е. Н. // Гиг. и сан. — 1994. - № 8. - С. 7-8.
Поступила IS.04.9S
© Г. Н. КРАСОВСКИЙ, Л. В. ПОРОБЬНВЛ. 1998 УДК 614.777:6761-07
Г. Н. Красовский, Л. В. Воробьева
ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОДНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сыоина, РАМН, Москва; Санкт-Петербургская государственная медицинская академия им. И. И. Мечникова
Оптимальное планирование водоохранных мероприятий требует объективной оценки качества водных объектов на основе принципов комплексности и учета долевого вклада отдельных составляющих водную химическую нагрузку (ВХН). В связи с этим логика построения программы исследований была основана на патогенетическом
подходе к оценке санитарного состояния водоема и приоритетности выбора показателей, характеризующих качество воды в зонах водопользования и здоровье населения [4].
В качестве модели исследований выбрана акватория Ладожского озера в районе выпуска сточных вод крупного целлюлозно-бумажного комби-
ната (ЦБК). Неочищенные сточные воды комбината через систему естественных отстойников сбрасывались в озеро и распространялись преимущественно в северо-восточном и восточном направлениях в сторону питьевых водозаборов города, расположенных на расстоянии 7,5 и 10,5 км от выпуска.
Наблюдения проводились в 10 створах, расположенных на различном от источника загрязнения расстоянии (от 500 м до 10,5 км), с учетом гидрологических особенностей водоема (см. рисунок). Классификацию акватории озера и оценку степени санитарной опасности проводили по результатам 5-летних сезонных наблюдений по 33 показателям.
База данных включала как интегральные (запах, привкус, цветность, рН, биохимическое потребление кислорода за 5 сут — БПК5; химическое потребление кислорода — ХПК), так и специфические показатели загрязнения. Широкий спектр специфических показателей загрязнения, таких как фенолы, метанол, формальдегид, серосодержащие компоненты — метилмеркаптан (ММ), диметилсульфид (ДМС), лигнины, а также данные хромато-масс-спектрометрии, характеризующие содержание различных групп низкомолекулярных органических соединений — НМОС (в том числе бензола и его производных, низших алкилбензолов, хлорированных углеводородов, хлорфенолов) позволил не только проследить динамику распространения компонентов сточных вод в водоеме, но и оценить особенности их накопления и трансформации в донных отложениях.
Обработка полученного материала методом факторного (компонентного) анализа [3, 6] позволила выделить ведущие факторы, определяющие закономерность формирования зон загрязнения и помогла более объективно обосновать перечень приоритетных показателей, характеризующих водные объекты в районах размещения предприятий
Классификация акватории Ладожского озера по степени санитарной опасности.
Зоны загрязнения: я — чрезвычайно высокого, б — высокого, а — умеренного. Створы наблюдения (расстояние от выпуска сточных вод целлюлозного завода):
/ - 0,5 км, 2, 2' - 2-3 км, 3, 3'- 3-4 км, 4, 4'- 4-5 км, 5, 5'- 5-7,5 км, 6, 6' — 6—10,5 км, 7 — Прнозсрский целлюлозный завод, 8, 9 — водозаборы города, 10 — озеро Вуокса, // — река Тихая, 12 — остров Бурцев, 13 — остров Заячий, 14 — залив Щучий, 15 — озеро Дроздове, 16— запив Рыбный, 17— Приозерск.
ЦБП как источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Формирование зон загрязнения подчинялось определенным закономерностям. Установлен придонный характер загрязнений, определяющий дальность и длительность их распространения; "очаговость" в результате неравномерного образования донных отложений. На участках водоема с высоким и даже умеренным уровнем загрязнения регистрировались "пятна" с концентрацией загрязняющих компонентов на уровне чрезвычайных величин (см. рисунок).
Значимость отдельных процессов, формирующих ВХН, менялась с расстоянием от источника загрязнения (табл. 1). Зона чрезвычайной и высокой степени санитарной опасности захватывала значительную часть акватории Ладожского озера (до 3 км) в районе влияния сточных вод комбината и установлена с учетом 4 критериев вредности [4]. Это зона активного анаэробиоза, где водные массы насыщены специфическими компонентами сточных вод, отсутствует градиент загрязнений по вертикали. Уровень ВХН определяется преимущественно непосредственным влиянием выпуска и подчинен действию 3 факторов. Первый фактор (Ф[) определяет тесную взаимосвязь с 23 показателями, характеризующими качество воды, коэффициенты факторных вкладов которых более 0,5 (табл. 2). Ф| характеризует содержание органических веществ, при этом интегральные показатели (БПК5, ХПК, цветность, сумма НМОС) коррелируют со специфическими показателями загрязнения. Однако отсутствие корреляции всех показателей, входящих в Ф[, с глубиной подтверждает равномерное распределение загрязнения по всей водной массе. Процент Ф1 от суммарной общности факторов достигает 57,4.
Ф2 определяет физико-механические процессы самоочищения, в частности, процессы седиментации и отчасти десорбции загрязнений из донных отложений, объединяет 8 показателей, имеет определенную смысловую трактовку и составляет 17,4%. Процессы анаэробного распада органических веществ, в частности лигнинов, сопровождаются накоплением свободной углекислоты, изменением активной реакции воды в кислую сторону [2], что увеличивает десорбцию из донных отложений соединений железа и аммония [7]. Ионы аммония накапливаются также как продукт восстановления нитратов и нитритов, о чем свидетельствует отрицательная корреляция между этими показателями. Наличие значительного количества сульфидов в районах выпуска сточных вод ЦБП активизирует эти процессы.
Ф3 объединяет 5 показателей, характеризующих процессы восстановления сульфатов до сульфидов и мегилмеркаптана в зоне анаэробиоза, тесно коррелирует с температурой воды и достигает 15,5% от суммарной общности факторов (см. табл. 2). Накопленные суммы вкладов 3 факторов охватывают большую часть процессов, определяющих качество воды в зоне чрезвычайной санитарной опасности (90,3%).
Установлено, что долевой вклад донного фактора в ВХН вполне сопоставим с уровнем непосредственного загрязнения сточными водами и
Таблица I
Динамика вкладов отдельных составляющих ВХН в зависимости от расстояния
Факторные вклады составляющих ВХН. %
Зона загрязнения, расстояние от источника загрязнения первичная нагрузка по процессы восстановления донный фактор процессы самоочищения
специфическим загрязнениям азота серы специфическое загрязнение процессы транформацин солевой состав кислородный режим
Зона активного анаэробиоза (чрезвычайной санитарной опасности) 500—3000 м Зона устойчивого загрязнения (высокой санитарной опасности), 4000 м 57,4 12,0 17,4 0 15,5 0 0 54,0 Итого: 0 15,0 69% 0 5,0 0 4,0
Зона умеренного загрязнения с очагами чрезвычайного и высокого уровня, 10,5 км 9,0 0 0 46,0 Итого: 21,0 67% 9,0 5,0 Таблица 2
Факторные нагрузки показателей качества воды Ладожского озера в районе сброса сточных вод ЦБК
На расстоянии 0,5—3 км На расстоянии 4 км
показатель Ф, Ф2 Ф3 показатель Ф, Ф, показатель Ф3 Ф4 | фз
хпк 0,99 Глубина 0.75 Лигнины 0,52
ИМ ОС 0,92 Запах 0.76 хпк 0,78
Цветность 0,974 Цветность 0,96 Цветность 0,53
бпк5 0,97 Взвешенные вещества 0.59 НМОС 0.68
Лигнины 0,96 рН -0,53 Хлороформ 0,47
Метанол 0.96 бпк3 0,96 Хлорэтилены 0,51
Сухой остаток 0.94 хпк 0,98 БД ХМ 0.65
Сульфаты 0.94 Сухой остаток 0,82 бпк5 0.321
Три метилсул ьфид 0.94 Яс 0,90 Бензол 0,415
Фенолы 0.905 Хлориды 0,82 Толуол 0,40
Толуол 0,89 Сульфаты 0,68 Ксилол 0,38
Бензол 0,85 МН3 0,58 Сухой остаток 0.52
Формальдегид 0,83 Фенолы 0,72 Хлориды 0.48
Сульфиды 0,81 Лигнины 0,73 Сульфаты 0,43
к'н3 0,80 ММ 0,83 ЫН3 0,41
Ксилол 0.79 дмс 0,81 Ре Растворенный кисло- 0,38
БД ХМ 0,79 Формальдегид 0.78 род 0.778
Хлориды 0.71 Метанол 0,86 рН 0,484
Метилмеркаптан 0,67 Хлороформ 0.89 Температура 0,862
Взвешенные вещества 0,56 Толуол 0,71
рН 0,50 Ксилол 0.70
Хлороформ 0,51 Бензол 0,82
Глубина 0,92 Хпорэтилен 0.75
рН -0,64 НМОС 0,95
Взвешенные вещества 0,697 Сульфиды 0,65
>Ш3 0.513 Лигнины 0,84
Ре 0,536 Цветность 0,61
Сульфиды 0.79 хпк 0,87
Нитриты -0,54 Фенолы 0,52
Нитраты -0,52 Метанол 0,42
Температура 0,834 Формальдегид 0,41
Сульфиды 0,51 Сульфаггы 0,62
Метилмеркаптан 0,637 Сульфиды 0,65
Диметилсульфид 0,539 ММ 0,58
Сульфаты 0,727 дмс 0,50
Процент от суммарной Растворенные кисло-
общности 57.4 17,4 15,5 род рН бпк5 Глубина Процент от суммарной -0,78 -0,54 0,543 0,57
общности 54 15 12 5 4
Качество воды на этом участке определяется 5 факторами. Ф| объединяет 26 из 33 анализируемых показателей. В целом Ф( характеризует уровень загрязнения в придонной зоне водоема; все показатели в структуре Ф|, интегральные и специфические, тесно коррелируют с показателем "глубина", факторный вклад которого составляет 0,75.
Существенный вклад (от 15 до 21%) в ВХН вносят и процессы трансформации лигнинов, активно протекающие в донных отложениях. Это
достигает на отдельных участках водоема 67— 69% (см. табл. 1). Так, на расстоянии 3,5—5 км (зона устойчивого загрязнения — высокой санитарной опасности, см. рисунок: точки 3,3' и 4,4') условия образования зон загрязнения и характер распространения их существенно меняются.
Увеличивается роль донного фактора, процентный вклад которого в формирование устойчивых очагов загрязнения постепенно растет и на расстоянии 4 км от источника становится доминирующим.
подтверждает структура фактора Ф2, объединяющего такие показатели, как глубина (0,57). лигни-ны (0,64) и продукты их трансформации: фенолы (0,53), метанол (0,42), формальдегид (0,41), а также показатели, характеризующие анаэробные процессы: сульфаты (0,62),' ММ (0,58), ДМС (0,50), сульфиды (0,65). Вклад Ф2 составляет 15% (см. табл. 2).
Фз объединяет специфические компоненты загрязнения: хлорсодержащие вещества (хлороформ, хлорэтилены, бромдихлорэтан, хлорбензол, СС14), а также бензол, толуол, ксилол; вклад его составляет 12%.
На этом участке водоема в самостоятельные группы выделяются показатели, характеризующие качество воды по ее солевому составу (сухой остаток, хлориды, сульфаты, ионы аммония) и кислородный режим водного объекта (растворенный кислород, рН, температура воды). Эти группы показателей объединены факторами Ф4 и Ф5, доля которых в формировании качества воды пока еще невелика (5 и 4% соответственно). Однако по мере удаления от источника загрязнения значимость этих групп показателей увеличивается, что свидетельствует об интенсификации процессов самоочищения. Так, в зоне умеренного загрязнения, в районе питьевых водозаборов (7,5— 10,5 км; см. рисунок: точки 5, б и 6') факторные вклады показателей, характеризующих солевой состав и кислородный режим водоема, возрастают до 19 и 5% соответственно.
Однако факторами, определяющими качество воды в зоне питьевых водозаборов, по-прежнему остаются непосредственное влияние выпуска сточных вод (компоненты первичной нагрузки) и процессы, происходящие в донных отложениях (компоненты вторичной нагрузки) [1]. При этом непосредственное влияние выпуска сточных вод на расстоянии 10,5 км обусловлено преимущественно высокомолекулярными органическими соединениями (ВМОС), в частности лигнинами и их хлорпроизводными, устойчивыми к биодеградации веществами, способными распространяться па значительное расстояние [5].
Существенный вклад в формирование токсикологической опасности в зонах питьевых водозаборов вносят компоненты вторичной нагрузки, в частности продукты трансформации лигнинов — фенолы, метанол и формальдегид [4].
Насыщение водных масс ВМОС, НМОС и биогенными элементами приводит к эвтрофика-ции водоема, нарушению всех видов санитарного водопользования, потенцирует токсикологическую опасность, способствуя образованию хлорированных веществ при обеззараживании воды на водопроводных станциях.
Последующий корреляционный анализ позволил выделить внутри каждой группы факторов наиболее значимые показатели, характеризующие особенности влияния сточных вод на условия питьевого водопользования и опасность водного
фактора для здоровья населения. К ним относятся ХПК, БПКз, цветность, лигнины, фенолы, формальдегид, метанол, хлороформ, ДМС и ДМДС, сульфид-ион, взвешенные вещества и запах.
Однако факторный вклад всех санитарно-хи-мических показателей уменьшается по мере удаления от источника загрязнения. Особую гигиеническую значимость для водоисточников в районах размещения предприятий ЦБП имеют показатели ХПК, цветность и лигнины. Определяя нагрузку по трудноокисляемым органическим соединениям, эти показатели хорошо коррелируют с общим уровнем загрязнения как в зонах чрезвычайной, так и допустимой нагрузки, отражают токсикологическую опасность. Показатели БПК и растворенный кислород характеризуют преимущественно первичную нагрузку на водоем.
Уменьшение с расстоянием корреляции между специфическими и интегральными показателями, делает обязательной оценку качества воды с учетом специфики загрязнения. Это особенно актуально для северных регионов страны, где высокие природные цветность и ХПК поверхностных вод, обусловленные гуминовыми веществами, затрудняют оценку качества воды по интегральным показателям.
Таким образом, применение факторного анализа позволяло сгруппировать многочисленные показатели, характеризующие санитарное состояние водоемов в комплексы-факторы, которые объективно отражают механизмы формирования качества воды и с гигиенических позиций могут рассматриваться как обобщенные оценочные показатели для установления взаимосвязи водного фактора и здоровья населения.
Литература
1. Воробьева Л. В. // Гиг. и сан. - 1991. - № 6. -С. 22-24.
2. Гсшин Г. И., Каплин В. Ф. // Круговорот вещества и энергии в водоемах. — Иркутск, 1981. — Вып. 5. — С. 32-33.
3. Иберла К. Факторный анализ: Пер. с нем. — М., 1980.
4. Красовский Г. Н., Егорова Н. А. // Гиг. и сан. — 1987. - № 3. - С. 8-10.
5. Красовский Г. Н., Воробьева Л. В., Егорова Н. А., Се-люжицкий Г. В. // Бумажная пром.-сть. — 1990. — № 6. - С. 5-6.
6. Максимов Г. К., Синицын А. Н. Статистическое мо-делирование многомерных систем в медицине., — Л., 1983.
7. Мизандронцев И. Б. // Круговорот вещества и энергии в водоемах. — Иркутск, 1981. — Вып. 5. — С. 97-99.
Поступила 21.07.97
S u in in а г у. Regularities of the formation and spread of pollution of water objects in the area of sewage discharges of the celhilosc-paper works were revealed. The bottom nature of water pollution and their change in their contribution in relation to the distance were determined. The bottom pollution of water was comparable with that due to sewage and varied from 46 to 69%. The transformation of organic matter makes a significant contribution to the total water pollution.
