Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Научное обоснование гигиенических принципов и критериев безопасного использования осадков сточных вод

На правах рукописи

□03488860

УШАКОВ Дмитрий Игоревич

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ И КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

14.00.07 - Гигиена

1 О ДЕК 2009

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва - 2009

м

003488860

Работа выполнена в лаборатории гигиены почвы и лаборатории физико-химических исследований Учреждения Российской академии медицинских наук НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН

Научные руководители:

кандидат медицинских наук Крятов Игорь Александрович

доктор биологических наук, профессор Малышева Алла Георгиевна

Официальные оппоненты: д.м.н., профессор Михайлова Руфина Иринарховна

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» (ГОУ ВПО РГМУ Росздрава)

Защита диссертации состоится «24» декабря 2009 г. в 11— часов на заседании диссертационного совета Д 001.009.01 в Учреждении Российской академии медицинских наук НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН по адресу: 119992, г. Москва, ул. Погодинская, д. 10/15, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии медицинских наук НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН Автореферат разослан «21» ноября 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совет?

НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина РАМН д.м.н., профессор Богданов Михаил Васильевич

ММА им. И.М.Сеченова

доктор биологических наук, профессор

Актуальность проблемы. С ростом численности населения, интенсификацией процессов урбанизации и индустриализации возрастают масштабы производственной деятельности, что обусловливает решение одной из актуальных проблем - оптимизации взаимодействия человека и природы, направленное не только на сохранение, но и на улучшение состояния окружающей среды, а также на обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия человека (Русаков Н.В., Крятов И.А., 2004).

На этом фоне повсеместное развитие и наращивание темпов производства вкупе с непременной, продиктованной совершенствованием науки и техники, сменой приоритетных моделей использования природных ресурсов влечёт за собой необходимость коррекции существующих подходов к оценке безопасного использования осадков сточных вод.

В развитых странах в среднем на одного жителя в год образуется порядка 20 кг сухого вещества осадка (или около 50 г на человека в сутки), а в расчёте на городского жителя эта цифра увеличивается до 25 кг сухого вещества (по данным ВОЗ, 2005). В связи с этим актуальность проблемы утилизации получаемого осадка различными методами и оценка его безопасности не может вызывать сомнений.

Следует отметить, что из основных приемлемых методов рационального применения осадка сточных вод термическая обработка (сжигание) выделяется крайне неблагоприятным влиянием не только на приземный слой атмосферы, но и на окружающую среду в целом, либо необходимостью привлечения значительных финансовых средств для организации комплекса мероприятий по очистке воздуха от продуктов сгорания (Мирный А.Н., 1998). Образующиеся золошлаковые отходы поступают в итоге в почву, тем самым образуя потенциально опасные источники негативного влияния на среду обитания и здоровье человека (Богатырёв С.М., Жукова Л.А., 1999).

Существует также и такой способ утилизации, как сбрасывание в моря и океаны, недостатками которого являются невозможность повсеместного

применения и неизбежная связь с решением ряда сложных эколого-гигиенических проблем (Ellen Z. Harrison, Summer Rayne Oakes, 2002).

В то же время почва является средой, наиболее пригодной для размещения осадков сточных вод, а их использование в качестве удобрений на сельскохозяйственных угодьях способно не только обеспечивать качественную утилизацию, но и попутно решать проблему снижения плодородия почв в связи с излишней минерализацией гумуса в условиях недостаточного внесения веществ органического ряда при интенсификации земледелия (Русаков Н.В., Крятов И.А., Тонкопий Н.И., 2004).

Компостирование бытового мусора и осадка сточных вод за рубежом рассматривается как важный элемент стратегии повторного использования отходов. Наиболее широко указанный способ переработки применяется в густонаселённых развитых странах, где остро стоят проблемы охраны окружающей среды и ощущается дефицит природных ресурсов - Нидерландах, Австрии, Бельгии, Франции, Японии, США и многих других (David L. Lewis, David К. Gattie, Marc E. Novak, Susan Sanchez, Charles Pumphrey, 2002) и в значительной степени стал использоваться последние 20 лет на территории РФ (Русаков Н.В., Крятов И.А., 2004).

В настоящее время условия применения и обращения с осадками сточных вод на территории Российской Федерации регламентируют два основных документа, позволяющие в определенной степени исключить отрицательное воздействие на среду обитания и здоровье человека - это ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Требования к составу и свойствам осадков сточных вод при их использовании в качестве удобрений», акцентирующий внимание, в основном, на агрохимических и агропочвенных вопросах, и СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения», определяющий требования к качеству сточных вод и их осадков, используемых для орошения и удобрения земель, выбору территории земледельческих полей орошения и осуществлению контроля за их эксплуатацией. При этом до сих пор остаются открытыми гигиенические вопросы безопасного обращения с

существенно индивидуальными по своему химическому составу осадками сточных вод, являющимися до настоящего времени новыми и пока малоизученными удобрениями.

До настоящего времени не существует комплексного подхода к санитарно-гигиенической оценке применения осадка сточных вод в качестве удобрения: с учётом степени загрязнения тяжёлыми металлами, основными видами паразитов, степени антропогенного влияния осадков сточных вод на микробный биоценоз агроландшафта, активно участвующий в биохимических процессах трансформации природных соединений, которые являются основным механизмом поддержания гомеостаза, с учётом фитотоксичности осадка, биотоксичности (влияния на простейшие организмы), а также не изучено токсическое действие осадка в условиях острого и подострого экспериментов на животных, раздражающее и сенсибилизирующее действие, суммарная мутагенная активность, радиологические характеристики.

В связи с этим целью работы являлось научное обоснование санитарно-гигиенических требований к безопасному обращению с осадками промышленно-бытовых сточных вод и возможности их использования в качестве удобрения на сельскохозяйственных угодьях.

Для решения поставленной цели были выполнены следующие задачи:

1. Провести комплексную эколого-гигиеническую оценку осадка сточных вод и установить класс опасности.

2. Дать оценку качества осадка сточных вод Курьяновской станции аэрации (в различные годы) и определить основные индикаторные показатели, определяющие степень опасности.

3. Научно обосновать гигиенические требования к осадкам сточных вод, исключающие негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека.

4. Установить степень эффективности и безопасности для окружающей среды и человека ряда технологий по улучшению качества осадка сточных вод.

Научная новизна

Получены новые санитарно-гигиенические, микробиологические, паразитологические, токсикологические, радиологические данные, позволяющие усовершенствовать гигиенические регламенты и требования безопасного применения осадка сточных вод.

- Впервые с гигиенической позиции обоснованы требования к технологии утилизации методом размещения в почве осадка сточных вод, прошедших современные методы очистки, включая обработку овоцидными препаратами, термофильное сбраживание и механическое обезвоживание илов.

- Научно обоснованы гигиенические принципы и критерии оценки степени опасности осадков сточных вод, учитывающие физико-химические, микробиологические, паразитологические, токсикологические параметры, а также влияние на тест-объекты, сенсибилизирующее действие, мутагенную активность, радиологические показатели.

- Разработан и научно обоснован алгоритм проведения экспериментальных исследований по обращению с осадками сточных вод, учитывающий необходимость (в зависимости от использовавшихся при очистке и обезвреживании методов и технологий) проведения исследований, направленных на выявление значимых контаминантов и предотвращение превышения безопасных уровней при размещении осадка в почве.

Практическая значимость

- Разработаны гигиенические принципы и рекомендации по безопасному применению осадка сточных вод и критерии его оценки, исключающие негативное влияние на среду обитания и здоровье человека.

- Проведена гигиеническая оценка эффективности и безопасности технологий, направленных на снижение опасности сточных вод для окружающей среды и здоровья человека.

- Материалы работы использованы в подготовке проекта пересмотра действующих санитарных правил (СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические

требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения»),

- Результаты, полученные при проведении экспериментов в рамках данной работы, применяются в работе филиала ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Московской области» в г. Домодедово, Ленинском районе (сведения о внедрении №1013а-1 от 15.10.2009 г) и Курьяновской станции аэрации.

Апробация материалов диссертации. Материалы диссертации доложены на: Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Окружающая среда и здоровье» (г. Рязань, 29-31 мая 2007 г.); IV Международной конференции по медицинским отходам «Современные технологии безопасного обращения с медицинскими отходами» (г. Москва, 2 октября 2007г.); Российской научно-практической конференции «Проблемы обращения с отходами лечебно-профилактических учреждений» (г. Москва, 14-16 марта 2009 г.); научно-практических семинарах «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления» и «Правила сбора, хранения, обезвреживания и удаления отходов лечебно-профилактических учреждений» (г. Москва, 2006-2009 гг.).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Эколого-гигиеническая оценка осадка промышленно-бытовых сточных вод и оценка эффективности и безопасности ряда современных технологий по улучшению качества осадка сточных вод.

2. Научное обоснование гигиенических принципов и критериев безопасности применения и использования осадков сточных вод.

3. Алгоритм постановки и проведения экспериментальных исследований по оценке степени опасности и обоснованию безопасного применения осадка сточных вод.

Личный вклад автора составил более 80%. Работа выполнена в лабораториях гигиены почвы и физико-химических исследований НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина РАМН. Ряд исследований проведен совместно с сотрудниками испытательного лабораторного центра филиала ФГУЗ «Центр гигиены и

эпидемиологии в Московской области» в г. Домодедово, Ленинском районе, а также лабораторий биохимии, цитогистологии, иммунологии, генетического мониторинга НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина РАМН, и Аналитическим сертификационным испытательным центром Всероссийского научно-исследовательского института минерального сырья имени Н.М. Федоровского (АСИЦ ВИМС), испытательным лабораторным центром «Биотест» Института медицинской паразитологии и тропической медицины имени Е.И. Марциновского ГОУ ВПО ММА имени И.М. Сеченова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в т.ч. 2 рекомендованы ВАК.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, 5 глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка литературы, приложений. Текст изложен на 148 страницах машинописи, содержит 4 рисунка, 18 таблиц, 11 приложений. Библиография включает 138 источников, в том числе 34 - иностранных авторов.

Объекты и методы исследований

Объектами исследования являлись: осадок сточных вод Курьяновской станции аэрации, гигиеническая эффективность и безопасность технологии повышения качества осадка сточных вод.

Определение показателей производилось в смешанных пробах (объединённых, накопительных) осадков сточных вод, отобранных в порядке, обеспечивающем их представительность для партий.

Количественная характеристика методов и объёма исследований представлена в таблице 1.

Химический анализ состава осадка сточных вод проведён методами: хромато-масс-спектрометрии, масс-спектральными, атомно-эммиссионными с индуктивно-связанной плазмой.

Таблица 1

Методы и объем исследований

№ Методы исследования Объём проведённых исследований

1 Санитарно-химические методы, в т.ч.: 5234 элементоопределения

1.1 - масс-спектральные с индуктивно-связанной плазмой 65 исследований

1.2 - атомно-эмиссонные с индуктивно-связанной плазмой 23 исследования

1.3 - хромато-масс-спектрометрические 378 определений

2 Санитарно-паразитологические исследования 540 исследований

3 Санитарно-бакгериологические исследования: 810 исследований

3.1 Определение численности и видового разнообразия микрофлоры 42 пробы

3.2 Определение влияния на почвенные микроорганизмы и процессы самоочищения почв 42 пробы

4 Биотестирование:

4.1 Исследования с использованием биосенсора «Эколюм» 42 пробы

4.2 Исследование хемотаксической и генеративной функций инфузорий 42 пробы

4.3 Тест на выживаемость дафний 42 пробы

4.4 Тест на выживаемость гуппи 42 пробы

5 Определение влияния на кратковременную суспензионную культуру клеток млекопитающих - сперму быка 42 пробы

6 Определение фитотоксичносги 42 пробы

7 Токсикологические исследования:

7.1 Определение острой токсичности 10 крыс

7.2 Определение подострой токсичности 40 крыс

8 Определение раздражающего и сенсибилизирующего действия на кожу и слизистые животных 30 морских свинок

9 Оценка суммарной мутагенной активности 2 показателя

10 Радиологические исследования 52 исследования

Экспериментальная оценка опасности осадка сточных вод проводилась согласно требованиям СП 2.1.7.1386-03 «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления».

Паразитологические исследования проведены в соответствии с МУК 4.2.796-99 «Методы санитарно-паразитологических исследований». Микробиологические исследования проведены в соответствии с «Методическими рекомендациями по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве», MP №ФЦ/4022 от 24.12.2004г «Методы микробиологического контроля почвы» и с учетом МУ 2.1.5.800-99 «Водоотведение населенных мест. Санитарная охрана водоемов. Организация Госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод».

Оценка биологической активности осадков сточных вод с помощью экотоксикологических методов выполнена на представителях естественной микрофлоры почвы (микроскопические грибы, Azotobacter chroococcum) и чистой культуре кишечной палочки, проростках семян овса в соответствии с «Методическими рекомендациями по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве», а также с использованием биосенсора «Эколюм», на гидробионтах различных трофических уровней: инфузориях Tetrahimena pyriformis, низших ракообразных Daphnia magna, рыбках гуппи Poecilia retikulata Peters в соответствии с РД 118-02-90 и согласно MP № ЦОС ПВ Р 005-95». Экспериментальные исследования по влиянию на культуру подвижных клеток -сперму быка проведены в соответствии с MP 2.1.7.2279-07.

Токсикологические эксперименты выполнены на 2-х видах лабораторных животных: белые нелинейные крысы, белые нелинейные мыши в соответствии с МУ 2.1.5.720-98 «Обоснование гигиенических нормативов химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». Изучены показатели, характеризующие морфологический состав крови (количество эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина, гематокрит), комплекс ферментов (катапазы, В-М-ацетилглюкозаминидазы, ацетил эстеразы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы) в сыворотке крови, гомогенатах печени, почек,

морфофункциональные показатели ткани печени (фиброзирование и склерозирование сосудов и балочная дискомплексация органа), почек (индекс альтерации почечных клубочков, число гипертрофированных клубочков, индекс альтерации эпителиоцитов почечных канальцев), сердца.

Исследование возможных аллергенных свойств проведено в соответствии с «Методическими указаниями по оценке аллергизирующих свойств фармакологических веществ» методом накожных аппликаций.

Оценка местного кожно-раздражаюшего действия выполнена согласно «Методическим указаниям к постановке исследований по изучению раздражающих свойств и обоснованию предельно допустимых концентраций избирательно действующих раздражающих веществ в воздухе рабочей зоны» на морских свинках.

Оценка мутагенного действия в тесте Эймса проведена в соответствии с «Методическими указаниями по изучению активности химических веществ при обосновании их ПДК в воде».

Удельные активности природных радионуклидов (40К, 232Th, 226Ra), 137Cs и эффективная удельная активность природных радионуклидов определены в соответствии с методикой измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного спектрометра с программным обеспечением «Прогресс».

Результаты, полученные в экспериментах, обработаны с помощью компьютерных программ «Statistica», «SPSS 11.0 for Windows».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Санитарно-химическая характеристика осадка сточных вод

Проведённый анализ химического состава термофильно сброженного и механически обезвоженного осадка сточных вод показал, что он представляет собой органоминеральную водонасыщенную субстанцию сложного химического состава. Сопоставление содержания химических веществ с имеющимися предельно-допустимыми концентрациями веществ в почвах, а также информация об их токсических свойствах, способности к биоаккумуляции и подвижности в почвенных условиях (Несвижская Н.И., Сает Ю.Е., 1955, Войнар А.О., 1960,

Кобозев В.А., 1980) позволили выделить из всего перечня химических веществ наиболее приоритетные с гигиенической точки зрения: марганец, никель, медь, цинк, мышьяк, стронций, барий, свинец, литий, кобальт, кадмий, ртуть, хром (табл.2).

Таблица 2

Содержание гигиенически значимых неорганических веществ в осадках

сточных вод в 1996-2009 гг

Элемент ПДК в почве (мг/кг) Содержание (мг/кг)

1996 2005 2006 2007 2008 2009

Марганец 140 210 72,5 56,7 42,1 31,6 26,2

Никель 4 7 2,86 2,13 1,84 0,83 0,27

Медь 3 6 1,98 1,64 0,97 0,83 0,64

Цинк 23 40 13,9 8,9 14 5,4 6,1

Мышьяк - 2 0,081 0,416 0,086 0,035 0,019

Стронций - 25 7,6 9,1 7,2 5,1 5,3

Барий - 45 11,4 12,5 8,3 3,8 3,7

Свинец 6 12 2,193 1,097 0,984 1,842 2,042

Литий - 15 5,9 4,8 3,6 3,8 4,1

Кобальт 5 10 1,5 2,1 1,8 1,4 1,2

Кадмий - 0,8 0,23 0,24 0,17 0,23 0,11

Ртуть - 0,2 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,06

Хром 6 12 2,5 2,8 2 0,8 0,9

За период с 1996 по 2005 года произошло заметное снижение концентраций неорганических химических веществ в осадках сточных вод (рис. 1), что связано, по-видимому, со сменой приоритетной модели использования природных ресурсов, переориентацией производства и экономики, совершенствованием технологий и техники.

Рисунок 1

мг/кг

Динамика содержания гигиенически значимых химических веществ в __осадках сточных вод в 1996-2009 гг_

100

0,1

10 ■-

1

— .—Кобальт —О— Кадмий

" Мышьяк -♦-Стронций

I Барий ——Свинец —Литий

-♦-Марганец

0,01

Хромато-масс-спектрометрическими методами было качественно и количественно определено содержание в осадке сточных вод широкого спектра (до 200 и более) органических веществ. Наибольший вклад в органическое загрязнение вносили различные углеводороды (более 99%), из которых около 90% были представлены насыщенными циклическими соединениями (нафтенами), 8% -насыщенными углеводородами, по 1% - ароматическими и ненасыщенными и менее 1% - полициклическими ароматическими углеводородами. Структура содержащихся в осадках сточных вод органических веществ представлена на рис. 2.

Следует отметить, что для большинства идентифицированных в осадках сточных вод химических веществ на сегодня нет гигиенических нормативов, в связи с чем объективная оценка негативного влияния данных соединений на окружающую среду представляется весьма сложной. Однако, среди нормированных алкилбензолов содержание толуола превышало ПДК химических веществ в почве в среднем до 10 раз, содержание диметилбензола колебалось в

пределах 0,5-1 ПДК. Из ненормированных соединений следует также отметить наличие в осадках сточных вод высокотоксичных алкилбензолов, полициклических ароматических углеводородов (нафталина, метилнафталинов, флуорена, фенантрена, антрацена, пирена, флуорантена) и циклоуглеводородов (циклогексана, циклогептана, циклооктана, циклодексана и их производных).

Рисунок 2

Структура содержания органических веществ в осадках сточных вод

■ углеводороды насыщенные (предельные)

■ углеводороды ненасыщенные (непредельные)

■ углеводороды ароматические

углеводороды насыщенные циклические (нафтены)

■ углеводороды полициклические ароматические

■ кислородсодержащие соединения

" другие

На протяжении всего периода наблюдений количественное содержание химических веществ варьировало в широких пределах, что связано, по-видимому, с непостоянством химического состава сточных вод, поступающих на Курьяновскую станцию аэрации, принимающую сточные воды, образующиеся в результате жизнедеятельности значительной части Московского мегаполиса, причём не только бытовые, но и около 1/3 от общего количества - промышленные.

Высокая вариабельность химического состава осадка сточных вод определяет особый подход и внимание при оценке потенциальной опасности осадка, определении класса его опасности.

Санитарно-эпидемиологическая характеристика осадка сточных вод

Проведённый анализ литературных данных (Романенко H.A., 2001) и результаты собственных исследований свидетельствуют о высокой эпидемической опасности осадков сточных вод, обусловленной содержанием в них яиц гельминтов и цист кишечных патогенных простейших.

Установлено, что в осадке сточных вод в основном содержались 10 видов паразитарных патогенов в пропагативных стадиях (яйца, цисты, ооцисты): 7 -гельминтной этиологии и 3 - протозойной.

Обнаруженные яйца гельминтов относились к 3 таксономическим группам: круглым гельминтам нематодам - Nematoda (аскариды - Ascaris sp. - до 111 экз/100 г, власоглавы - Trichocephalidae - до 34 экз/100 г, токсокары - Toxocara species - до 88 экз/100 г), ленточным глистам цестодам - Cestada (широкий лентец -Diphyllobothrilim latum - до 38 экз/100 г, тенииды - Taeniidae sp. - до 43 экз/100 г, цепень крысиный - Hymenolepis diminuta - до 37 экз/100 г) и плоским червям трематодам - Trematoda (описторхиды - Opistorchidae sp. - до 22 экз/100 г).

Протозойные патогены относились к 3 классам: жгутиковые - Flagellatta (лямблии - Giardia sp. - до 79 экз/100 г), инфузории - Infusoria (бапантидии -Balantidium - до 60 экз/100 г), споровики - Sporozoa (криптоспоридии -Cryptosporidium sp. - до 123 экз/100 г).

Среди яиц гельминтов зарегистрированы как представители геогельминтов (аскариды, власоглавы, токсокары), так и биогельминты (лентец широкий, тенииды, цепень крысиный, описторхиды).

За период с 2005 по 2009 года наблюдалась некоторая динамика уменьшения количества яиц гельминтов и цист патогенных простейших в осадках (рис. 3), чему, очевидно, способствовало более строгое соблюдение технологии сбраживания осадка на очистных сооружениях.

Рисунок 3

Динамика содержания яиц гельминтов и цист патогенных простейших в осадках сточных вод в 2005-2009 гг

г

Г)

—в— □ й п

в П

^ ^ ^

—Числообнаруженных гельминтов

-41—Число жизнеспособных гельминтов из числа обнаруженных

/ ^ ^

Однако, поскольку к настоящему времени достигнуть абсолютного нивелирования паразитарной составляющей эпидемической опасности осадка сточных вод существующая технология не позволяет, параллельно с основным экспериментом проведены исследования по оценке технологии дезинвазионной обработки при помощи препарата растительного происхождения овоцидного действия Пуролат-Бингсти. Препарат изготовлен из ростков картофеля и содержит флавоноиды, гликоалкалоиды (соланин и соласонин, демиссин), а также аминокислоты и полисахариды (по данным Пятигорской фармацевтической академии, 2004). Средство способно оказывать ингибирующее или стимулирующее действие на яйца гельминтов и цисты простейших, что подтвердилось данными проведённых исследований: обработанный препаратом Пуролат-Бингсти осадок содержал от 7 до 19 яиц гельминтов и цист простейших, из них жинеспособных - не было.

Известно, что значительную эпидемическую опасность осадок сточных вод представляет за счёт содержания в нём множества, в том числе и патогенных, микроорганизмов и микроскопических грибов. В результате исследования

субстрата были установлены небольшие - в десятки и сотни раз меньшие по сравнению с почвой - численность, а также видовое разнообразие патогенных микроорганизмов и микроскопических грибов осадка сточных вод (таблицы 3 и 4).

Таблица 3

Численность и таксономическая структура комплекса микроскопических грибов осадка сточных вод

Показатели Род Доля содержания (в % от общего количества)

Видовое разнообразие Acremonium 58

Paecilomyces 25

Scopulariopsis 8

Trichoderma 9

Численность (КОЕ/г осадка) 4,9 * 10J 100

Таблица 4

Численность и таксономическая структура бактериального комплекса осадка сточных вод

Показатели Род Доля содержания (в % от общего количества)

Aquaspirillum 32

Олиготрофные G-бактерии 21

Bacillus 18

Видовое разнообразие Myxobacterales 10

Коринеподобные бактерии 7

Cytophaga 5

Streptomyces 4

Micrococcus 3

Численность (КОЕ/г осадка) 5,7 * 10" 100

В составе бактериального комплекса доминируют грамотрицательные формы бактерий. Среди них преобладают типично водные формы бактерий - спириллы, представленные родом Aquaspirillum, и олиготрофные бактерии, образующие

розетки. Скользящие бактерии - цитофаги и миксобактерии - составляют не более 15% от общего числа бактерий. Среди грамположительных прокариот преобладают спорообразующие бактерии рода Bacillus, представленные пигментными (жёлтого цвета) колониями. Их относительное обилие составляет в среднем около 18%. Остальные группы грамположительных бактерий, относящиеся к актинобактериям, являются минорными компонентами. Патогенные бактерии в осадке не обнаруживались, однако, принимая во внимание происхождение объекта исследований и возможные последствия нерационального обращения, данный раздел требует особого внимания в комплексе исследований, позволяющих определить принципы и критерии гигиенически безопасной утилизации.

Для оценки безвредности осадка сточных вод для почвенной биоты, учитывая ранее полученные данные микробиологических исследований, была проведена оценка воздействия объекта исследования на микробную флору. Внесение исследуемого вещества в почву стимулировало развитие почвенных микромицетов, увеличение их численности составляло до 13% от численности в контроле. На протяжении всего эксперимента численность микроскопических грибов снижалась не более чем на 19% от численности микромицетов в контрольном образце (менее 50%), что не является достоверным. Присутствие в питательной среде осадка сточных вод в разведении 1:10 замедляло развитие тест-культуры Azotobacter chroococcum. Наличие водного экстракта осадка сточных вод в почве не способствовало развитию в ней кишечной палочки. На 7-е сутки во всех исследуемых вариантах, равно как и в контрольном, происходила полная гибель клеток этой бактерии.

В результате экспериментов вьивлено, что влияние водных экстрактов на биологическую активность почвы, выражающееся в угнетении численности азотобактера, нивелируется разведением 1 : 20 и выше, а влияние на остальной почвенный микробоценоз, почвенные грибы и самоочищающую способность почвы не оказывал даже исходный экстракт.

Оценка опасности осадка сточных вод экспресс-методами Слабый эффект выявлен у экстракта осадка в эксперименте с биосенсором «Эколюм», хотя разведение уже в 2 раза элиминирует негативное влияние.

Проведённые комплексные исследования с использованием гидробионтов выявили токсичность для всех трофических звеньев, кроме высшего - рыб, исходного экстракта и его разведения 1:2, причём разведение 1:10 нивелировало выявленные токсические эффекты.

Тестирование экстракта осадка сточных вод и его разведений на определение чувствительности культуры клеток быка (сперматозоидов) не выявило токсического действия.

Фитотестирование, проводимое с использованием в качестве тест-объектов семян растений и предполагающее выявление на начальных стадиях неблагоприятного влияния на растения различных токсикантов, занимает одно из основных мест среди биологических методов оценки опасности отходов, что обусловило выбор данных испытаний в настоящей работе. Значения параметров токсичности изученного осадка сточных вод, полученные при тестировании на проращивание семян, свидетельствовали об отсутствии негативного воздействия на развитие растений. Отсутствие статистически достоверного токсического воздействия указывало на нетоксичность изученного субстрата для растений, в т.ч. в исходных экстрактах.

Оценка опасности осадка сточных вод токсикологическими методами Учитывая невозможность даже приблизительного моделирования влияния биохимических реакций, протекающих в различных органах и системах при попадании составных контаминантов осадка сточных вод в организм человека, были проведены исследования по оценке токсичности осадка в эксперименте на теплокровных животных в условиях острого, подострого экспериментов. Результаты проведённых исследований свидетельствовали об отсутствии острой токсичности водного экстракта осадка сточных вод. Наибольшее действие осадка, отмечаемое при пероральном воздействии исходного экстракта и разведения 1:5, не вызвало статистически достоверных изменений в организме животных и может

рассматриваться как защитно-приспособительная реакция организма животных на воздействие ксенобиотика.

Экспериментальное изучение аллергенного и раздражающего действия нативного водного экстракта осадка сточных вод в модельных лабораторных исследованиях на морских свинках не выявило раздражающего действия и аллергоопасности.

Мутагенная активность водного экстракта осадка сточных вод по результатам исследования в тесте Эймса не выявлена.

В осадках сточных вод обнаружены природные радионуклиды: 40К, 232Th, 226Ra. Также в ряде проб обнаружен I37Cs с удельной активностью до 0,55 Бк/кг. Удельная активность природных радионуклидов (рассчитываемая по формуле: Аи + l,5*ATh, где Аи и Ац - удельные активности урана-238(радия 226) и тория-232, находящихся в радиоактивном равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, соответственно) не превышала 25 Бк/кг, что значительно ниже значений, установленных СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009» для минеральных удобрений и агрохимикатов: 1000 Бк/кг (рис. 4).

Рисунок 4

Удельная активность природных радионуклидов в осадках сточных вод в 2006-2009 гг

1000

£

эе

ш

IDO

10

1 KD 2 к» 3 KD 4 ко 1 ко 2 ко 3 «о 4kd 1 ко 2 ко 3 ко 4КО 1 ко 2006 200G 2006 2006 2007 2007 2007 2007 2008 2008 2008 2008 2009

ммвнормируемое аначение удельной активности для минеральных удобрений и атрохимикатов —• A(226Ra)+1.5*A|232Th)

21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые комплексные исследования позволили дать гигиеническую оценку осадку сточных вод и отнести его, учитывая все имеющиеся результаты, согласно СП 2.1.1386-03 «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления» к IV классу опасности (малоопасный).

Обобщение литературных данных и экспериментальных результатов собственных исследований позволило предложить следующий алгоритм постановки и проведения экспериментальных исследований по оценке степени опасности и обоснованию безопасного применения осадка сточных вод (рис. 5).

Рисунок 5

Алгоритм постановки и проведения экспериментальных исследований по оценке степени опасности и обоснованию безопасного применения осадка сточных вод

22

ВЫВОДЫ

1. Установлена специфичность химического состава каждой партии осадков сточных вод. Гигиенически значимыми металлами, учитывая класс опасности и количественное содержание, следует считать: марганец, никель, медь, цинк, мышьяк, стронций, барий, свинец, литий, кобальт, кадмий, ртуть, хром. Концентрации нормируемых неорганических компонентов в исследованных осадках сточных вод не превышали ПДК.

2. Установлено присутствие в осадках сточных вод более 200 загрязняющих органических веществ антропогенного характера, относящихся к различным группам химических соединений: предельным, непредельным, ароматическим циклическим углеводородам, полициклическим ароматическим углеводородам, кислородсодержащим соединениям. Среди них 1,16% по массе принадлежали к токсичным ароматическим углеводородам, из них толуол обнаружен в концентрациях, в среднем до 10 раз превышающих ПДК для почвы. Также обнаружены нафталин, метилнафталины, флуорен, фенантрен, антрацен, пирен и флуорантен, относящиеся к высокотоксичной группе полициклических ароматических углеводородов.

3. Осадок сточных вод обладает биологической активностью в отношении большинства гидробионтов и некоторых составляющих биоты почвы и в то же время был нейтрален в отношении семян растений и культуры клеток быка. Установлено, что разведение водных экстрактов осадков сточных вод (1:10) нивелирует выявленные эффекты, что позволяет отнести осадок сточных вод к IV классу опасности.

4. Выявлена высокая эпидемическая опасность осадков сточных вод, обусловленная содержанием в них яиц гельминтов (аскариды, власоглавовы, токсокары, широкий лентец, цепень крысиный, описторхиды) и цист кишечных патогенных простейших (лямблии, балантидии и криптоспоридии) в количествах до 561 экземпляра на 100 г осадка, причём в среднем 27% всех паразитарных патогенов являются жизнеспособными.

5. Осадок сточных вод не проявляет острой и подострой токсичности и не обладает аллергенным и раздражающим действием, а также мутагенной активностью.

6. Препарат Пуролат-Бингсти является гигиенически эффективным средством дезинвазионной обработки осадка сточных вод: количество паразитарных патогенов в обработанном осадке снижалось до единичных экземпляров (по сравнению с необработанным - в 20-28 раз), не обнаруживших признаков жизнеспособности.

7. В осадках сточных вод обнаружены природные радионуклиды: 40К, 232Th, 226Ra, а также 137Cs с удельной активностью до 0,55 Бк/кг. Удельная активность природных радионуклидов не превышала 25 Бк/кг, что значительно ниже нормативных значений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Крятов И.А., Ушаков Д.И. Гигиенические аспекты влияния осадков сточных вод на окружающую среду. // Сборник докладов по материалам конференции молодых ученых «Окружающая среда и здоровье», Рязань, 29-31 мая

2007.-С.95

2. Крятов И.А., Ушаков Д.И. Научное обоснование гигиенических регламентов безопасного влияния осадков сточных вод на окружающую среду. // Сборник материалов IV международной конференции по медицинским отходам, М., 2007.- С.86

3. Крятов И.А., Тонкопий Н.И., Пиртахия Н.В., Донерьян Л.Г., Ушаков Д.И., Ушакова О.В., Каюмов Р.И. Сравнительная оценка информативности показателей биомониторинга нефтезагрязненных почв. //Токсикологический вестник, М., 2008, №7.- С.23

4. Ушаков Д.И. Санитарно-гигиенические аспекты утилизации осадков сточных вод. // Вестник Российской военно-медицинской академии, СПб.,

2008,- 3(23) Приложение 2,- Часть 2,- С. 43

5. Ушаков Д.И. Гигиенические принципы безопасного использования осадков сточных вод. // Журнал «Регион-Надзор», М., 2008, № 9.- С. 16-19

6. Ушаков Д.И. Гигиенические аспекты обращения с осадками сточных вод. // Сборник V Международной конференции по медицинским отходам, М., 2009,- С. 67-69

7. Малышева А.Г., Лебедев А.Т., Ушаков Д.И.. Козлова Н.Ю. Химико-аналитические аспекты гигиенической оценки безопасности осадка сточных вод. // Материалы пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ - Москва, 16-17 декабря 2009.

Отпечатано в ЗАО "ПП" Вымпел" 142703, МО, Ленинский район, г. Видное, ул. Донбасская, дом 1а. Тел.: 8(925)510-74-23, 8(963)753-89-41, 8(925)896-15-95 Тел./факс (495)620-47-32 E-mail: vimpel777@yandex.ru

Тираж 70 экз. Дата выпуска: 18.11.2009 г.