CC BY
6
Гигиена воды, санитарная охрана водоемов и почвы
© Г. Н. КРЛСОВСКИЙ, Н. А. ЕГОРОВА, 1996 УДК 614.777.092.9-074
Г. Н. Красовский, Я. А. Егорова ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ВЫБОРА ПРИОРИТЕТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ВОДЫ
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
В настоящее время все большее внимание уделяется выбору приоритетных показателей загрязнения воды сточными водами [5]. При полной инвентаризации состава сточных вод проблема сводится к анализу имеющихся данных в соответствии с комплексом критериев приоритетности водных загрязнений [2]. Однако вполне реальна ситуация, когда выбор приоритетных показателей загрязнения должен быть сделан на основании весьма ограниченной информации о сточных водах. В этом случае целесообразно проводить гигиеническую оценку опасности сточных вод в эксперименте, что значительно облегчает задачу оптимизации мониторинга качества воды. Экспериментальный метод выбора приоритетных показателей обладает следующими преимуществами:
1. Универсален, не лимитируется отсутствием информации о составе и свойствах сточных вод и может использоваться любыми контролирующими организациями, имеющими в своем составе токсикологические лаборатории.
2. Ориентирован на реальную ситуацию, когда инвентаризация сточных вод ведется по ограниченному числу показателей и даже наиболее полная форма статистического отчета о веществах, сбрасываемых в составе сточных вод, 2-тп (водхоз), включает лишь немногим более 40 показателей, в то время как со сточными водами различных производств в водные объекты России поступает свыше 1500 химических соединений, а в США — около 2100 [3].
3. Дает возможность ограничиться для ряда сточных вод экспресс-экспериментальной оценкой токсичности на тест-объектах (дафниях). В частности, такие кратковременные и легко выполнимые эксперименты можно считать достаточными для токсикологической оценки сточных вод предприятий тех отраслей промышленности, где в силу особенностей технологических процессов исключается поступление в сточные воды высокоопасных веществ, не совпадающих по степени токсичности для гидробио-нтов и человека.
4. Представляет единственно возможный путь выявления высокотоксичных веществ, не идентифицированных химическими методами, не фиксируемых контролирующими службами, проектными организациями и в силу этого бесконтрольно сбрасываемых в водные объекты, как, например, полихлорбифенилы, диоксины, таллий, бериллий, тетраэтилсвинец и т. д.
5. Позволяет интегрально оценить токсичность и другие свойства всех компонентов сточных вод.
Методической основой предлагаемого нами нового приема обоснования приоритетных показателей является сопоставление экспериментально установленных и рассчитанных по известным характеристикам химического состава величин разбавлений, при которых сброс сточных вод в водные объекты становится безопасным.
Суммарная оценка влияния комплекса веществ в составе сточных вод на органолептиче-ские свойства воды и санитарный режим водоемов легко выполнима обычными для этих видов исследований методами, а ее результаты достаточны для вывода о значимости органолептиче-ского и общесанитарного признаков вредности при выборе приоритетных показателей загрязнения воды изучаемыми сточными водами. Причем для сточных вод производств, где не применяются высокотоксичные вещества, в частности, парфюмерной и пищевой промышленности, или для стоков, загрязненных преимущественно нефтепродуктами, формирование перечней приоритетных показателей может быть завершено уже на этом этапе без последующих экспериментов на животных.
Особое значение метод экспериментальной оценки приобретает при определении условий сброса сточных вод сложного многокомпонентного состава, содержащих несколько (до 10—20 и более) веществ 1-го и 2-го классов опасности. В основу характеристики любых выбросов и сбросов — в атмосферный воздух, рабочую зону промышленных предприятий, воду водоемов — заложен принцип суммации действия загрязняющих окружающую среду веществ. Однако рекомендации к его практическому применению носят весьма общий характер, в лучшем случае указывается, что принцип суммации должен распространяться на вещества с однонаправленным действием, но ни в одном перечне гигиенических нормативов нет сведений о том, какие вещества имеют однонаправленное действие. Требование учета эффекта суммации распространяется и на вещества, содержащиеся в воде на уровне ПДК и даже ниже ПДК. Такой подход оказывается оправданным в отношении очень ограниченных групп веществ — изомеров дибен-зодиоксина, дибензофуранов, отдельных фосфо-органических соединений. Для абсолютного же большинства веществ вопрос о существовании эффекта суммации остается неясным, так как невозможно оценить характер комбинированно-
го действия всех без исключения теоретически вероятных сочетаний химических соединений. Отсюда неопределенность при практическом применении приведенных в нормативных документах формул, учитывающих эффект суммации. Единственным реальным путем преодоления сложности при решении этого вопроса является изучение влияния сточных вод на организм животных или гидробионтов в эксперименте, когда суммарная токсичность фиксирует итог взаимодействия всех возможных сочетаний разных видов комбинированного эффекта компонентов химического состава стока — потенцирования, антагонизма, полной или частичной суммации, независимого действия. Однако использование биотестирования на гидробионтах (люминесцентных микроорганизмах и дафниях) для общей оценки опасности сточных вод отдельных отраслей промышленности, содержащих в основном неорганические соединения, в том числе ионы тяжелых металлов, из-за недостаточной чувствительности этих тест-объектов может привести к ошибочному отнесению сточных вод к классу неопасных. Более надежной является характеристика опасности сточных вод по приоритетным показателям химического состава [6] с проведением экспериментов на лабораторных животных.
Расчет разбавлений сточных вод для изучения в экспериментальных условиях проводится исходя из гипотез о независимости действия или суммации эффектов компонентов химического состава. На основе сопоставления расчетных и экспериментально установленных пороговых разбавлений сточных вод сразу решается несколько вопросов:
1) устанавливается, какой из видов комбинированного действия свойствен сточным водам данного химического состава;
2) определяется один или несколько приоритетных показателей загрязнения, с действием которых связан уровень" токсичности сточных вод;
3) если токсический эффект сточных вод оказывается в 5—10 раз выше теоретически ожидаемого даже с учетом вероятности суммации и потенцирования, то, очевидно, в составе стока присутствует неидентифицированное высокотоксичное соединение (или несколько соединений).
Надежность методической схемы экспериментального выбора приоритетных показателей загрязнения в значительной мере зависит от того, насколько правильно будут отобраны пробы сточных вод для оценки в эксперименте. Поэтому до проведения эксперимента должны быть тщательно изучены особенности технологического процесса и условий формирования сточных вод с учетом периодичности во времени, в том числе из-за наличия операций промывки реакторов или готовой продукции, опорожнения гальванических ванн и т. д., интенсивности производства (полная или частичная мощность). Схема более оправданна для сточных вод, состав которых остается относительно постоянным в течение нескольких лет. При изменении технологического процесса, состава сырья, после реконструкции предприятия необходима повторная оценка опасности сточных вод с ориентацией на наихудшие условия их образо-
вания. Для повышения надежности выводов об опасности сточных вод возможно проведение повторных исследований в разные сезоны года в течение нескольких лет.
Экспериментальная оценка сточных вод имеет ряд особенностей.
1. Для оценки опасности сточных вод в эксперименте используются интегральные показатели 3 критериев вредности веществ, загрязняющих воду: органолептического — запах, окраска, пенообразование, общесанитарного — биохимическое потребление кислорода за 5 и 20 сут (БПК5, БПК2о), химическое потребление кислорода (ХПК) и токсикологического — суммарная токсичность для животных и гидробионтов, а соответствующие пороговые концентрации выражаются не в миллиграммах на 1 л, а в единицах разбавления сточных вод.
2. При изучении влияния сточных вод на ор-ганолептические свойства воды определение привкуса не проводится, за исключением случаев присутствия в воде веществ, имеющих очень низкие пороговые концентрации по этому показателю (например, хинин, сахарин). При необходимости определить привкус сточные воды должны быть предварительно обеззаражены (в частности, путем автоклавирования). Разбавление сточной жидкости для определения запаха производится в геометрической прогрессии (1:2; 1:4; 1:8 и т. д.), а для определения окраски — в арифметической прогрессии (1:2; 1:3; 1:4 и т. д.). Для изучения пенообразования возможно использование обеих шкал.
3. При определении влияния сточных вод на санитарный режим водоемов следует учитывать, что наиболее неблагоприятным является торможение процессов БПК. Ценным показателем служит ХПК, так как часто входит в число приоритетных как интегрально характеризующее присутствие в сточных водах трудноокисляемых органических соединений.
4. Токсикологическая оценка сточных вод должна начинаться с дафниевого теста и дополняться 30-дневными опытами на животных.
5. Выбор концентраций для проведения подо-строго эксперимента проводится:
— исходя из содержания отдельных веществ в сточных водах, если они известны, и степени превышения для них ПДК;
— исходя из известного для многих сточных вод факта возможного проявления токсичности на пороговом уровне при разведениях 1:10, 1:100 и даже 1:1000.
Соответствующие растворы сточных вод животные получают через поилки, а если это невозможно из-за запаха и привкуса, то вводятся внутрижелудочно с помощью зонда.
6. Выбор тестов в подострый эксперимент осуществляется с учетом сведений о компонентах сточных вод и характере их биологического действия. Целесообразно использование интегральных тестов — состояния периферической крови, СПП, двигательной активности животных, витального окрашивания тканей — и методов выявления специфических эффектов веществ — суммарной мутагенной активности в
ю
тесте Эймса, эмбрио- и гонадотоксического действия.
Последовательность и взаимосвязь действий при экспериментальном обосновании ведущих показателей загрязнения могут быть представлены в виде алгоритма (см. схему).
После анализа всей доступной информации о компонентах сточных вод проводится расчетное прогнозирование токсичности содержащихся в стоках веществ для гидробионтов — дафний. Прогнозирование проводится по СЬ50 тех веществ, для которых эти величины уже установлены. Концентрации всех известных загрязняющих стоки веществ выражаются в единицах СЬ50. Затем выбирается то из веществ, для которого концентрация в единицах СЬзо максимальная; сточные воды разбавляются так, чтобы содержание в них этого вещества было на уровне СЬзо, и тестируются на гидробионтах по общепринятой методике [4]. Совпадение результатов расчетного и экспериментального определения СЬ50 сточных вод в дафниевом тесте указывает на правильность выбора лимитирующего токсичность для гидробионтов показателя и целесообразность его включения в приоритетный перечень.
В ряде случаев этап биотестирования достаточен для выделения показателя токсичности сточных вод. Однако для некоторых веществ имеет место несопоставимость уровней токсичности для дафний и лабораторных животных [1]. Поэтому для сточных вод, содержащих такие вещества, следующим этапом является оценка токсичности в 30-дневном подостром опыте на животных. Расчетное прогнозирование пороговых разбавлений для испытания в подостром эксперименте также проводится исходя из концентраций в сточных водах лимитирующих загрязнений, т. е. веществ (или одного вещества), содержание которых в единицах максимальной недействующей концентрации (МНК) по токсикологическому признаку вредности оказывается максимальным. Для расчетов пороговых разбавлений сточных вод используются данные ранее установленных пороговых доз подострых экспериментов, приведенные в банках данных, справочных изданиях или других литературных источниках. Совпадение результатов расчетного и экспериментального определения порогового по токсикологическому признаку вредности разбавления сточных вод подтверждает правильность выбора лимитирующих показателей токсического действия и целесообразность их включения в приоритетный перечень.
Несовпадение результатов расчетов и эксперимента, а именно установление более низкого разбавления сточных вод, необходимого для нейтрализации их токсического действия в экспериментальных условиях, свидетельствует о недостаточности сведений о химическом составе сточных вод и невозможности на их основании выбора надежных показателей токсического действия для включения в приоритетный перечень. В этом случае необходимо более детальное изучение химического состава сточных вод и выявление веществ, обусловливающих интенсивность токсического эффекта.
Алгоритм экспериментального обоснования приоритетных показателей загрязнения воды сточными водами
Органолеп-тические свойства воды
Химический состав сточных вод
Санитарный режим водоема
ПДК
превышены
Нет
Да
Токсичность для животных и гидробионтов
Расчетное прогнозирование Экспериментальное определение
1
Безопасные уровни
Совпадают Экспериментальные ниже расчетных
Показатели приоритетные
Показатели неприоритстные
Необходим углубленный анализ химического состава стока
В качестве примера можно привести последовательность выбора приоритетных показателей загрязнения для сточных вод гальванического цеха одного из московских заводов. В изученной пробе сточных вод обнаружены ионы 6 металлов, для двух из них — кадмия и никеля — концентрации были на уровне 20 и 1 ПДК1. В наших исследованиях пороговые разведения сточных вод, при которых не наблюдалось их влияния на органолептические свойства воды (мутность и запах), составляли 1:3 и 1:4. БПК20 определено на уровне 3,38 мг/л, ХПК — 50 мг/л. Ни показатели органолептических свойств, ни общесанитарные показатели данного гальваностока не могут быть отнесены к числу приоритетных для контроля из-за-небольшого превышения для них гигиенических нормативов. Предполагаемый ведущий показатель — содержание в сточных водах кадмия. При биотестировании гальваносток оказался нетоксичным для дафний, поэтому дафниевый тест не может быть рекомендован для контроля сброса сточных вод в водоемы. Расчетная величина МНК для белых крыс соответствовала разведению сточных вод 1:20 (по кадмию в качестве лимитирующего загрязнения). Действительно, у животных, получавших сточные воды в разведении 1:20, не было выявлено никаких изменений функциональных показателей состояния организма, на-тивный сток вызывал сдвиги большинства изученных показателей, кроме того, оказывал иммунотоксическое и аллергенное действие. Полное совпадение величины безопасного разбавления сточных вод, прогнозируемого с помощью расчетов и установленного в эксперименте, указывает на правильность выбора кадмия в
'Исследования проводились в лаборатории методов контроля качества среды НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН под руководством А. Г. Малышевой.
качестве приоритетного показателя загрязнения воды изученными сточными водами гальванического производства.
В заключение необходимо отметить, что оценка и регламентация сброса отдельных компонентов сточных вод проводятся на основе расчетных величин предельно допустимого сброса (ПДС) и фактического разбавления стоков в водоеме с использованием известной формулы
С] Сп
пдк, + пдк, + - + пдк„ * 1
на основе гипотезы о возможной суммации действия даже при условии содержания каждого из веществ в воде ниже, на уровне или с небольшим превышением ПДК. Рекомендуемый экспериментальный метод позволяет надежно установить, правомерно ли использование формулы суммации, не занижены ли величины ПДС, в сущности аналогичные расчетным безопасным разбавлениям сточных вод, или же как редкий вариант имеет место потенцирование действия и ПДС нуждается в коррекции в сторону ужесточения. Вопрос должен решаться в каждом случае индивидуально с использованием изложенной выше методики.
Выводы. 1. Использование экспериментального метода может рассматриваться как про-
стой и относительно доступный способ обоснования приоритетных показателей загрязнения воды сточными водами.
2. Экспериментальный метод позволяет оценить правомерность установления расчетных ПДС на основе формулы суммации и при необходимости внести соответствующие коррективы.
Литература
1. Красовский Г. Н., Алексеева Т. В.. Егорова П. А., Жолдако-ва 3. И. // Гиг. и сан. - 1991. — № 9. - С. 13-16.
2. Красовский Г. Н., Егорова Н. А. // Там же. — 1994. — № 2. - С. 16-19.
3. Красовский Г. Н., Егорова Н. А. // Международный конгресс "Вода: экология и технология": Материалы. — М., 1994. - Т. 4. - С. 1041-1042.
4. Методическое руководство по биотестированию воды. РД-118-02—90. - М., 1991.
5. Jackson J., Peterson P. J. Evaluation of Selection Schemes for Identifying Priority Aquatic Pollutants. Final Report. — London. 1989.
6. Ortiz M. I., Ibanez R . Andrés A., irabien A. // Fresenius environ. Bull. - 1995. - Vol. 4, N 3. - P. 189-194.
Поступила 12.07.95
S u m in a ry . The potentialities of an experimental method for elaborating the priority indices of sewage-induced water pollution are considered. The experimental method allows one to overcome difficulties in evaluating the cumulative cffccts of sewage pollutants. The specific features, algorithm, and an example of practical use of the experimental method for choosing the indices of water quality monitoring are given.
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1956 УДК 614.771:665.66)-074
Р. А. Сулейманов, С. М. Сафонникова, М. Р. Яхина, С. А. Магжанова ВЛИЯНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ НА САНИТАРНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА
I IИ И медицины труда и экологии человека ГКСЭН РФ, Уфа
Предприятия нефтехимии и нефтепереработки общепризнанно считаются массивными источниками загрязнения почвенного покрова. При этом основными путями поступления вредных соединений в почву являются адсорбция атмосферных выбросов, использование сточных вод для орошения сельскохозяйственных полей, а также складирование и захоронение промышленных отходов. В отдельных научных работах указывается на загрязнение почвы в районах размещения нефтехимических производств ароматическими углеводородами [4, 7], сульфатами |2], металлами [1], бензапиреном [12]. Между тем в настоящее время отсугствует общая характеристика санитарного состояния почвенного покрова и сельскохозяйственных культур на территориях, прилегающих к предприятиям нефтехимии и нефтепереработки, интенсивности загрязнения почвы и дальности распространения загрязняющих агентов.
Целью наших исследований являлись гигиеническая оценка состояния почвы и обоснование уровня и радиуса загрязнения почвенного покрова основными компонентами выбросов нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий.
Натурные гигиенические наблюдения проводили в районах размещения крупных нефтехи-
мических производств на протяжении 15 лет. Отбор проб осуществляли по 4 румбам на расстоянии до 20 км от заводов. Объектами исследований являлись почвенный покров и сельскохозяйственные культуры, широко использующиеся в пищевом рационе людей, — редис, лук, картофель, свекла, морковь, огурцы, томаты, капуста, яблоки. Почвенный покров и сельскохозяйственные культуры анализировали общепринятыми методами на содержание бензола, толуола, стирола, ксилола, а-метилстирола, изо-пропилбензола, бензина, этилбензола, металлов [3, 8—10], тяжелых нефтепродуктов [13], бенза-пирена [6], сульфатов [11].
Состояние почвенного покрова оценивали по определенным периодам наблюдения с обобщением и усреднением фактического загрязнения на территориях, удаленных на разные расстояния от нефтехимических производств Уфы, Стерлитамака, Атырау, Ишимбая, Салавата.
Как показали результаты наблюдений, почвенный покров в период 1978—1981 гг. характеризовался значительным загрязнением выбросами нефтехимических предприятий. Наиболее интенсивное загрязнение регистрировалось в пунктах наблюдения, отдаленных от нефтезаводов на 2,5 км.
