CC BY
0
УДК 614.777:628.191:628.39
Г. И. Сидоренко, К■ Р. Амрин, В. А. Шурин
САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА В ОХРАНЕ ВОДОЕМОВ ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина, Москва; Алма-Атинский институт усовершенствования врачей Министерства здравоохранения СССР
В иерархической структуре большой системы управления качеством окружающей среды по интегральному признаку важное практическое значение придается дифференцированным системам по различным объектам и факторам среды, в которых одним из важных моментов является изучение гигиенических вопросов в системе промышленность — водоисточник — человек. Функционирование системы связано с разветвленной структурой значительного числа вертикальных и горизонтальных взаимосвязей между подсистемами и их относительными элементами, а также с другими факторами экологического взаимодействия человека и природы, носящими как детерминированный, так и стохастический характер.
Среди этого многообразия связей и опоерэдова-ний при изучении общих закономерностей нас прэжце всего интересовали те стороны функционирования системы, которыми определяется течение процессов управления, т. е. сбор и обобщение информации, использование ее для прогнозирования санитарного состояния водоемов Казахстана и гигиенических корректировок к перспективным водоохранным мероприятиям в части регламентации сброса с промышленными сточными водами вредных веществ до уровней, не превышающих ПДК- Другими словами, в данном случае мы рассматриваем систему с позиции использования тех связей, которые вырабатываются внутри нее для экстремального регулирования с целью установления и поддержания режима работы, обеспечивающего максимально возможное значение заданного параметра этой системы, условно принимаемую нами «замкнутой».
Для характеристики структуры и динамики движения 'подсистем и их элементов, параметров к фиксированным моментам времени (например, к 1990, 2000 гг.), кроме общепринятых способов словесного, табличного, графического описания, применялись математические выражения методами корреляции, регрессии, экстраполяции и другие уравнения. При этом алгоритмизация процессов в системе включала анализ собственных и литературных данных по всем аспектам и составление концепциальной модели системы промышленность — водоисточник — человек с расчленением его на 4 основные блок-схемы (см. схему), которые могут быть и далее детализированы, структурное описание процессов с анализом связей между его параметрами, моделирование процессов и проверку адекватности его математического описания
реальному процессу с использованием контрольных задач. Последнее осуществлялось с применением наиболее характерных данных (ведущих компонентов), что допускается положениями кибернетики.
Как видно из схемы, санитарное описание алгоритма структуры данной прогнозной системы мы проводим, начиная с условий формирования сточных вод. Относительные элементы (различные органические и неорганические вещества) в подсистеме промышленность — сточные воды сложны, разнообразны и зависят от специфики технологических процессов, характера использования в этих процессах воды и других факторов и в отношении многих элементов степени детерминирования установлены еще не полностью, что выдвигает задачу продолжения исследований состава и свойств промышленных стоков. Поэтому при системном анализе для практических целей прогнозирования целесообразно учитывать наиболее существенные с санитарно-гигиенических позиций связи, определяющие основное поведение относительных элементов подсистемы (объем стоков, концентрации ведущих токсичных веществ). В данной подсистеме создание оптимальных прогнозных условий управления, исключающих запаздывание процессов внесения санитарных корректировок по улучшению состава сточных вод, связано с применением методов сравнения. Оно заключается в использовании накопленного в стране и за рубежом богатого опыт« по количественной и качественной характеристике стоков, эффективности технологических, вспомогательных, санитарно-техниче-ских водоохранных мероприятий применительно к конкретным местным условиям. Внесением указанных материалов в формулу, описывающую отношение суммы произведений количества и концентрации загрязнений в отдельных стоках (0^!+ +Са<724- ... С„<7„) к сумме расходов всех водостоков (<71+<72+ ... +7„), получали прогнозную характеристику стоков перед сбросом в водоемы. При сравнении результатов прогнозирования с данными, полученными по истечении срока прогноза (с 1966 к 1970 и 1975 гг.) установлена определенная достоверность прогнозных показателей.
Так, применение данной модели при совместном отведении в водоемы разнохарактерных сточных вод цехов, производств, предприятий и хозяйственно-бытовых вод позволило установить поэтапное изменение их состава при заданной эффективности водоохранных мероприятий к 1980, 1990 гг.
Схема управления санитарными корректировками к водоохранным мероприятиям на перспективу
и далее и определить для всех трех этапов концентрации металлов и стиролов (0,018—1,2 мг/л), нефтепродуктов (0,36—1,7 мг/л), фенолов (0,03—0,1 мг/л), а также многих других специфических веществ и общесанитарные показатели (биохимическое потребление кислорода, окисляемость, количество аммиака, нитритов и др.).
Результаты поэтапного прогнозирования при создании в бассейнах водоемов различных предприятий цветной металлургии свидетельствуют о том, что при существующей и ожидаемой эффективности водоохранных мероприятий со сточными водами в водоемы будут сбрасываться медь (до 4,49 мг/л), свинец (до 0,14 мг/л), алюминий (до 4,49 мг/л), железо (до 5,05 мг/л) и другие металлы. При наличии в бассейнах водоемов предприятий угольной промышленности ожидается присутствие в стоках повышенных концентраций мелкодисперсной (40—60 мк) взвеси и компонентов солевого состава воды. Кроме того, эти сточные воды будут иметь неудовлетворительные интегральные показатели качества.
В подсистеме сточные воды — водоем структура процессов также может характеризоваться как однозначной функциональной связью между векторами входных (X) и выходных (Y) величин (т. е. X может определять У), так и более сложной. В последнем случае имеются 2 ступени функциональных связей: одна описывает внутреннее состояние подсистемы (Z) под действием вектора входных величин, другая — зависимость вектора выходных величин от множества внутренних параметров и вектора входных величин. В связи с этим при исследовании данной подсистемы в общем виде могут быть использованы как простая зависимость между входом в блок и выходом из него Ут =f [Хт ], так и более сложная VT=:f I(XT), (Zr) ].
Так, результаты наших исследований показали, что структурная связь между концентрациями химических веществ в сточной воде и воде водоемов у пункта водоиспользования в большинстве случаев (особенно в условиях малых рек) может быть вы-
ражена простой формулой прямой регрессии У= =а+ЬХ. При этом количественные выражения экстраполяции тенденций характеризуются различными коэффициентами корреляции. Влияние сточных вод на содержание разных органических и неорганических веществ в изученных водных объектах Казахстана носило в основном прямолинейный характер. Достоверность подтверждающей это компромиссной линии, характеризующей всю совокупность проведенных анализов состава стоков и воды водоемов у первого пункта водопользования, находящихся на незначительном расстоянии от места сброса сточных вод, для многих веществ очевидна, так как коэффициенты корреляции в большинстве случаев находились на уровне 0,7— 0,9 (см. таблицу). Для ряда веществ и некоторых интегральных показателей они указывали на среднюю тесноту связи (до 0,62) и лишь для сопутствующих веществ, содержащихся в сточных водах в малых концентрациях, и, следовательно, слабо влияющих на качество воды водоема, этот коэффициент был ниже (0,4 и менее).
При этом с изменением коэффициентов корреляции угол наклона линий регрессий также меняется. Данное обстоятельство свидетельствует о возможности ориентировочного определения коэффициентов корреляции влияния стоков на качество воды водоемов по углу наклона указанной компромиссной линии, получаемой по всей совокупности анализов, проведенных в динамике, что может упростить прогнозные расчеты. Однако это и применение в трактовке структуры подсистемы промышленные стоки—водоисточник функций, выражаемых в пространстве гиперболой, параболой и др., требуют дальнейшего изучения и уточнения. Некоторые из прогнозных данных о водоемах Центрального Казахстана, полученных методом экстраполяции, приведены в таблице.
Ожидаемое действие сточных вод на процессы в блоке «водоем» и выходные параметры из него нами осуществлялось также математическим моделированием.
Прогнозные и статистические данные по водоемам изучаемого региона, полученные методом экстраполяции
Показатель Вид водоема Прогнозные концентрации веществ в водоемах Статистический показатель
Му Г а Ь
Стяролы Река 0.049 —0,1 0,266 0, 149 0,91 0,45 0.2 0,413 0.405
Фенолы » 0.05! —0.096 0,22 0.057 0,7 0,087 0,81 0.05 0.016
Альдегиды э 1 .36—9,08 35,89 79.0 0,74 16,82 17.85 0,88 0.76
ВПК, » 7,82 —11.8 26. 15 25.67 0.9 19,8 18,65 0,31 0.97
Медь ъ 0.01 —2,66 0.38-0.86 0.08-0.7146 0 07 — 0.99 0,051 — 1,249 0,44 — 0,85 0,01—0,0176 0.2 — 0,487
Ртуть » 0,017 — 0.02 0.08Г 0,0168 0.9 — — 0.0121 0.055
Свинец » 0. 001 —0,008 0.124-0,315 0.116 — 0,316 0 98 — 0,99 0. 1446—0,265 0,1308 — 0 .4 0,0005 0.124
Железо э I .66 —2,44 0.68 —1 .2 0.64—0.688 0 91-0.98 0.717 — 0.276 0,676— 1 , 149 0,044 0,496
Никель » 0,045 — 0.058 0.0018-0.48 0.017 — 0.041 0 98 — 0,98 0. 017 —0.06 0,018 — 0,046 0.003 0,079
Общая минерали-
зация » 934 — 2500 1790 1766 0,98 465 500 18.0 108,7
Нефтеп родукты 1 ,52 0.04 9,1 0.8 0,34 0,08
водохранилища » 4.59 14,76
Фенола » 0,025 0.18 0,044 0.89 0,152 0,032 0,008 0,2
Окисляемость > 6. 17 35,02 7.3 0,78 31,39 3.0 4 ,85 0,07
Сухой остаток » 983.0 865.1 746, 1 0,98 389.6 341 .9 612,4 0,155
Взвешенные ве-
щества » 29,4 64.9! 29,5 0.7 51.9 14,2 29.49 0,003
Следует отметить, что получить полную характеристику структуры в блоке «водоем» чрезвычайно сложно, что вынуждало нас проводить прогнозирование внутренних процессов в водоемах по наиболее характерным веществам и показателям. Реальным в подобных случаях считается применение метода «черного ящика» с привлечением корреляционного, регрессионного и факторного анализа.
Для описания структуры в блоке «водоем» мы применяли методы парного и многофакторного корреляционного анализа, которые дали возможность определить тесноту прямых и опосредованных связей при различных физических, химических и биологических характеристиках элементов блока. Парные корреляции между загрязняющими веществами в процессах самоочищения отдельных водоемов варьировали на разных уровнях (от —0,2 до +0,75). На основании парных корреляций мы вычислили коэффициенты многофакторных корреляций (/?), которые следует понимать как зависимость изменения вектора выходных величин (Ух, Vг, ... , Уп) от изменения входных параметров (Хь Х2, ... , Хп). При этом в большинстве случаев мы применяли системы линейных уравнений, что позволило установить суммирующее влияние различных комбинаций веществ на процессы самоочищения в отношении воздействия на общесанитарные показатели и вероятностные аспекты взаимодействия химических компонентов воды. Для изучения нелинейных связей между различными структурными элементами воды водоемов пользовались данными корреляционных отношений.
Результаты прогнозирования санитарного состояния ряда водоемов Казахстана свидетельствуют о том, что в ближайшем и более отдаленном периоде в водоисточниках ожидается присутствие крайне разнообразных химических веществ. Поэтому описание структуры в подсистеме вода водоисточника — человек связано с дальнейшим изучением комбинированного действия веществ на организм и качество воды. Данные наших исследований по установлению комбинированного действия ряда наиболее характерных для некоторых водоемов Казахстана металлов свидетельствовали о суммирующем эффекте свинца, никеля, ванадия и молибдена на организм, меди и железа на привкус воды, трехвалентного хрома и алюминия на мутность воды, шестивалентного хрома и марганца на цветность воды.
В ряде биогеохимических провинций республики для внесения гигиенических коррективов в водоохранные мероприятия на перспективу возникает практическая целесообразность дальнейших исследований влияния на организм и других ожидаемых сочетаний химических веществ. Недостаточно изучены закономерности (связи) влияния различных химических компонентов воды водоисточников республики на условия жизни и уровень заболеваемости населения. Установление количественных показателей заболеваемости яв-
ляется одним из актуальных вопросов разработки дифференцированного управления данной системой и определенным подспорьем при интегрировании влияния факторов окружающей среды на организм.
В связи с этим мы изучали связь уровня заболеваемости населения с качеством воды некоторых водоемов с последующей прогнозной и вероятностной оценкой.
Достоверное различие уровня заболеваемости населения (по изучаемым нозологическим формам), проживающего на чистых и загрязненных участках одного из водоемов, дало нам основание проводить расчеты с целью установления связи между содержанием веществ в воде водоисточника и динамикой уровня заболеваемости населения. Выяснение степени связи между этими входными и выходными параметрами в подсистеме водоисточник — человек мы проводили, в частности, путем установления коэффициентов рангов Спир-мена, парной корреляции, уравнений регрессии и др. Так, результаты исследования связи между содержанием веществ в воде у пункта водопользования из водоема и обращаемостью населения по поводу заболеваний нервной системы и органов чувств, органов пищеварения и мочеполовой системы показали, что коэффициенты парной корреляции составили 0,7—0,8, что свидетельствовало об определенной детерминированности сопоставляемых переменных. О том же говорили данные, полученные при использовании непараметрических методов. Это дало нам возможность определить коэффициенты регрессии и построить шкалу регрессии, отображающую зависимость уровня заболеваемости населения от степени загрязнения воды изучаемыми веществами, т. е. дать количественную прогнозную оценку и определить, насколько меняется У (уровень заболеваемости) пр* определенном изменении величины X (содержание химических веществ в воде водоисточников).
При структурной характеристике относитель ных элементов данного блока мы придавали также значение вероятностной оценке влияния химиче ских факторов загрязнения воды на состояние здо ровья населения, так как это дает возможность £ определенной степени дать обобщенную оценку здоровья населения на основании показателей больших контингентов.
Для вероятностной оценки можно использоват! статистическую таблицу смертности населения < условием сохранения альтернативности и неповто римости. Так, результаты расчетов по данныл наших исследований показали, что вероятность за болеть (<7Л) болезнями нервной системы и органо! чувств среди взрослого населения в исследуемо! и контрольной группах населения с возрастал увеличивается. На этом фоне показатель цх у на селения загрязненного участка водоема заметж выше, чем у лиц контрольной группы. Так, дан ный коэффициент для группы взрослых (25—34 лет составил 0,34, для лиц контрольной группы — 0,21. Соответственно этому в возрастных группа;
совокупность незаболевших (lx), средний период Жизни при отсутствии заболевания (1°х) и число прожитых гипотетическим поколением лет (Тх) со временем уменьшаются. Эти показатели у населения загрязненного участка водоема также 5олее выражены. Данный подход позволяет более конкретно подойти к оценке экономической эффективности ожидаемых водоохранных мероприятий, что отражает классический метод сопоставления затрат и получаемого эффекта. Разумеется, и в отношении этой подсистемы методы изучения структуры не ограничиваются приведенными аспектами.
В конечной стадии системного подхода обратные
Summary. In Kazakhstan, great importance is attached to management processes which involve the gathering and analysis of information and its use in forecasting the s ni-tary condition of waterbodies with a view to amending water management practices so as to ensure that the levels of harmful substances in industrial effluents do not exceed the
связи от основных блоков и элементов подсистемы дают возможность разрабатывать научно обоснованные гигиенические коррективы в отношении водоохранных мероприятий на ближайшую и более отдаленную перспективу к генеральной и локальным схемам комплексного использования и охраны водных ресурсов СССР.
В заключение следует отметить, что в проблеме изучения системы промышленность — водоисточник — человек имеется широкий круг санитарно-гигиенических вопросов, требующих решения. Исследования в данном направлении продолжаются.
Поступила 20/11 1980 г.
MAC levels. In the paper, a system is treated in terms of the use of those relationships which evolve within the system itself for the extremal regulation and maintenance of a working regimen that assures the maximum possible values of the specified parameters of the system.
УДК 616.9.07:612.833.81
Проф. Е. Н. Буркацкая, канд. мед. наук В. Ф. Вшпер
ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОФАКТОРНОГО КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТОКСИКОЛОГИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ЖИВОТНЫХ
Киевский НИИ гигиены труда и профзаболеваний
Широкое использование математических мето-юв анализа сложности поведения человека и жи-ютных дает возможность более глубоко и всесто-юнне вскрыть механизм регуляции физиологиче-;ких функций. В последнее время эти методы стали 1рименяться в токсиколого-гигиенических иссле-10ваниях для изучения взаимосвязи между стернью загрязнения окружающей среды и состоя-шем организма (Е. Г. Горнштейн), дифференциро-)анного подхода к оценке санитарно-гигиенических гсловий труда рабочих (А.П. Дориновская и со-1вт.; А. О. Навакатикян и соавт.), в профилак-ической токсикологии (Б.А. Курляндский и В. Завьялов; Веат и соавт.). Учитывая важ-юсть данных исследований, необходимо было раз-»аботать схему множественного корреляционного [нализа поведенческих реакций животных для ^пользования ее при гигиеническом нормировали новых химических веществ и регламентации »ежимов применения пестицидов в сельском хо-яйстве.
Показатели поведенческих реакций определяли
хронических экспериментах до начала воздей-твия и через определенные интервалы времени V1, 2, 3, 4 и 4х/2 мес). Для адекватного отражения причинно-следственных связей рассчиты-али следующие показатели корреляционного анаша: совокупный, парные и парциальные коэф-жциенты корреляции, их стандартные ошибки, ритерии достоверности, выводили уравнения ре-
грессии для моделирования зависимости между изучаемыми показателями в указанные периоды при разных режимах влияния пестицидов (на примере широко применяемого в сельском хозяйстве севина). Кроме того, определяли взаимосвязи между латентным периодом условнорефлекторнсн деятельности животных (УР)х, спонтанно-двига-тельной активностью (СДА) у и способностью ЦНС суммировать пороговые импульсы (СПП) г. Расчеты проведены на ЭВМ «Минск-32» по составленным нами алгоритмам для 28 трехфакторных корреляционных комплексов. Математический анализ осуществляли по отобранному комплексу формул, предлагаемому рядом авторов (Г. Ф. Лакии; Д. Се-петлиев; G. Cohen и Р. Cohen).
В опытах использовано 40 половозрелых беспородных крыс-самцов массой 160—180 г, у которых в модифицированной камере Л. И. Котлярев-ского (В. Г. Цапко и соавт.) определяли 5 параметров УР, в универсальном электронном лабиринте (А. Е. Губанов и соавт.) изучали СДА, с помощью импульсатора ИСЭ-01 (С. В. Сперанский) измеряли СПП. Ингаляционные затравки животных проводили капельно-жидким аэрозолем севина, получаемого из 85% смачивающегося порошка при 4-часовой экспозиции.
Эксперименты выполняли при постоянном (ежедневном без выходных дней) действии яда (I режим), а также при наиболее часто встречающихся в условиях сельского"хозяйства прерывистых ре-
- H -
