Наукове обґрунтування еколого-гігієнічних заходів щодо попередження впливу токсичних промислових відходів на довкілля та здоров’я населення

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНА УСТАНОВА «ІНСТИТУТ ГІГІЄНИ ТА МЕДИЧНОЇ ЕКОЛОГІЇ ім. О.М. МАРЗЄЄВА» АМН УКРАЇНИ

03.00.16 - Екологія (медичні науки)

УДК 613.6:504:628.5

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора медичних наук

НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ЕКОЛОГО-ГІГІЄНІЧНИХ ЗАХОДІВ ЩОДО ПОПЕРЕДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТОКСИЧНИХ ПРОМИСЛОВИХ ВІДХОДІВ НА ДОВКІЛЛЯ ТА ЗДОРОВ'Я НАСЕЛЕННЯ

ШЕВЧЕНКО ОЛЕКСАНДР

АНАТОЛІЙОВИЧ

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Дніпропетровській державній медичній академії міністерства охорони здоров'я України

Науковий консультант:

доктор медичних наук, професор Деркачов Едуард Анатолійович, Дніпропетровська державна медична академія, професор кафедри гігієни та екології

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук Станкевич Валерій Васильович, ДУ „Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва АМН України”, завідувач лабораторією гігієни ґрунту;

доктор медичних наук, професор Єрмаченко Олександр Борисович, Донецький національний медичний університет ім. М. Горького, завідувач кафедрою гігієни ФІПО;

доктор медичних наук, професор Манєнко Алєк Костянтинович, Львівський національний медичний університет ім. Данила Галицького, професор кафедри гігієни та профілактичної токсикології.

Захист відбудеться 25.12.2009 року о_10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.604.01 ДУ «Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва» АМН України за адресою: 02660, м. Київ, вул. Попудренка, 50.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДУ «Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва» АМН України за адресою: 02660, м. Київ, вул. Попудренка, 50.

Автореферат розісланий 22.11.2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор біологічних наук О.М. Литвиченко Перелік Умовних Позачень ГІС - геоінформаційна система ІЗГ УААН - Інститут зернового господарства Української аграрної академії наук

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Аналіз матеріальних потоків в Україні свідчить, що частка відходів в їх загальній масі складає 97 %. Такий високий показник “відходності” функціонування може вважатись головною причиною екологічних негараздів суспільства, а відходи, в широкому розумінні цього терміну, його характерною ознакою (И.М. Трахтенберг, 1998; А.М. Сердюк, 2009). На теперішній час в Україні накопичено близько 33,0 млрд. т різних промислових відходів, у тому числі: відходів добування та збагачення корисних копалин - 28 млрд. т, металургійних шлаків - більше 3 млрд. тон, золи та шлаків спалювання вугілля - 0,5 млрд. тон, відходів будівельних матеріалів - 0,2 млрд. т, інших - близько 0,3 млрд. тон. Щорічно додатково утворюється близько 1,6 млрд. метричних тон твердих промислових відходів і більше 2 млн. т мінеральних відходів, що видаляються в повітря та поверхневі водойми. Близько 90 % цієї кількості припадає на чотири області - Дніпропетровську, Донецьку, Луганську та Запорізьку (European Environment Agency, 2001; Г.П. Виговська, В.С. Міщенко, В.І. Шусть, 2004; Н.М. Дук, І.М. Суматохіна, 2007). За різними даними у складі наведених відходів щорічно утворюється від 100 до 350 млн. тон відходів І-ІІІ класів токсичності (В.С. Міщенко, 2004; О.А., М.П. Вашкулат, В.В. Станкевич, 2007). Загальна маса утворених відходів на душу населення на кінець минулого століття складала в Україні близько 30 тон, що було більше, ніж у США - в 7 разів, Великій Британії - в 11 разів, Фінляндії - в 47 разів.

Накопичення промислових відходів (ПВ) в навколишньому середовищі, що триває надалі, призводить до різного ступеню забруднення контактуючих з ними природних об'єктів, погіршення санітарних умов проживання населення, може негативно впливати на показники громадського здоров'я (ВООЗ, 1995; J. Sluijs van der, J. Eijndhoven van, S. Shackeley, 1998; В.С. Жуpков, Н. В. Pусаков, Н. И. Тонкопій та ін., 1998; Е. В. Печенникова, В. В. Вашкова, Е. А. Можаев, 1998; К.С. Лаpионова, 2000; M. Vrijheid, H. Dolk, B. Armstrong, Z.Т. Abramsky, 2002; S.E. Morris, A.O. Thomson, L. Jarup, 2003; Н. В. Русаков, Ю. А. Рахманин, 2008).

Особливого значення набуває наукове обґрунтування заходів по відновленню безпеки та подальшому раціональному використанню територій при ліквідації наслідків їх забруднення промисловими відходами, або їх окремими компонентами в межах міських, рекреаційних та сільськогосподарських зон (В.Я. Ладных, Л.И. Мошник, 1999; С.А. Балюк, В.Я. Ладних, А.І. Фатєєв та ін., 2000; О. Б. Хохлова, Л.В. Кирейчева, Ю.А. Можайский, 2005; В.В. Станкевич, М.П. Вашкулат, Н.М. Коваль, 2008). Враховуючи провідну роль екологічних чинників у формуванні здоров'я населення в індустріальних центрах України (А.М. Сердюк, І.С. Кірєєва, І.О. Черніченко, 2006), актуальною залишається вивчення та попередження таких впливів, в тому числі і від об'єктів поводження з промисловими відходами. Отже, наукове опрацювання гігієнічно обґрунтованої системи поводження з відходами має бути спрямовано на покращення головного показника якості життя у сучасному суспільстві - здоров'я його громадян (Ю.А. Рахманін, Г.Г. Онищенко, 2004). Однак, дотепер в Україні не були узагальнені численні гігієнічні дослідження в цій галузі.

Наведене вище дозволяє вважати наукове обґрунтування еколого-гігієнічних заходів для попередження негативного впливу токсичних ПВ на об'єкти довкілля та здоров'я населення важливою медико-соціальною проблемою, доводить актуальність такого дослідження та визначає його мету та завдання.

Зв'язок роботи з науковим програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота є продовженням наукового напрямку кафедри гігієни та екології Дніпропетровської державної медичної академії з проблеми санітарної охорони ґрунту та впливу чинників навколишнього середовища на здоров'я населення з метою первинної профілактики екозалежних захворювань. Робота виконана з урахуванням засад та науково-технічних напрямків, викладених у Законі України “Про відходи” (Постанова Верховної Ради України від 05.03.1998. №187/98-ВР); Постанові Верховної Ради України від 6 жовтня 2005 р. N 2967-ІV „Про стан виконання законодавства у сфері поводження з відходами в Україні та шляхи його вдосконалення”; Постанові Кабінету Міністрів України від 30.03.1998 р. № 391 “Положення про державну систему моніторингу довкілля “; Постанові Кабінету Міністрів України від 05.03.1998 № 188-98-ВР „Про основні напрями державної політики України у галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки“. В дисертації використані фрагменти науково-дослідних робіт: 1) «Наукове обґрунтування еколого-гігієнічних заходів щодо попередження негативного впливу техногенних факторів на довкілля та стан здоров'я населення», № держреєстрації 0108U011276; 2) «Оцінка екологічної небезпеки об'єктів зберігання промислових відходів - як джерел забруднення навколишнього природного середовища території Лівобережного промислового вузла (Індустріальний та прилегла частина Самарського районів) м. Дніпропетровська», № держреєстрації 0105U001768; 3) „Вивчення та гігієнічна оцінка стану здоров'я населення м. Дніпродзержинська в зв'язку із впливом факторів навколишнього середовища та розробка оздоровчих заходів» № держреєстрації 0194U012328; 4) НДР «Проведення науково-дослідних робіт з обґрунтуванням можливості використання осадів стічних вод ЗАТ «Надія» для відновлення екологічно порушених земель» № держреєстрації 0946U001876 Автор висловлює глибоку вдячність колегам з Інституту проблем природокористування та екології НАН України: члену-кореспонденту НАН України, професору А.Г. Шапарю, к.т.н. М.А Ємцу., к.т.н. Я.Я. Сердюку, к.г-м.н. Н.В. Кушинову, к.г-м.н. О.К. Тяпкіну, к.б.н. Скрипнику О.О. за консультативну та практичну допомогу у виконанні окремих фрагментів роботи. ; 4) „НДР з проведенням санітарно-хімічних та токсиколого-гігієнічних досліджень промислових відходів підприємств Дніпропетровської області” № держреєстрації 0105U001698 та ін.

Пошукач приймав особисту участь у виконанні окремих фрагментів вищеназваних науково-дослідних робіт.

Мета роботи: розробити наукові основи системи еколого-гігієнічних заходів при поводженні з токсичними промисловими відходами у техногенно навантажених регіонах для профілактики їх негативного впливу на елементи природного середовища та здоров'я населення.

Для досягнення мети дослідження необхідно було розв'язати наступні завдання:

1. Вивчити та систематизувати основні потоки промислових відходів (ППВ) в межах окремої індустріально навантаженої області, картографувати отриманий матеріал із застосуванням електронної ГІС, розробити методичні підходи до еколого-гігієнічної оцінки місць довгострокового зберігання промислових відходів.

2. Дослідити особливості реалізації негативного впливу відходів виробництва на об'єкти навколишнього середовища (атмосферне повітря, ґрунт, водойми) в межах населених місць з найбільш відхідними галузями промисловості - гірничодобувною та металургійною.

3. Вивчити показники суспільного здоров'я населення, яке мешкає на території міст із різними питомими показниками навантаження промисловими відходами, встановити найбільш чутливі критерії оцінки та відносні медичні ризики від дії ПВ.

4. Розробити методику, вивчити ефективність у натурному експерименті та гігієнічно обґрунтувати застосування хімічних речовин - сорбентів для зниження небезпеки чорноземних ґрунтів при їх забрудненні токсичними компонентами промислових відходів.

5. Науково обґрунтувати еколого-гігієнічні засади використання промислових відходів гірничорудних підприємств та комунальних господарств для відновлення техногенних ландшафтів у місцях видобутку та переробки корисних копалин.

6. Розробити вдосконалену математичну модель розрахунку ступеню небезпеки та класу токсичності відходів із урахуванням їх фізико-хімічних та токсикологічних характеристик.

7. З урахуванням встановлених даних розробити наукові засади комплексної системи профілактичних заходів для попередження негативного впливу відходів на об'єкти довкілля для збереження здоров'я населення.

Об'єкт дослідження: система поводження з промисловими відходами в межах індустріально-навантажених територій, формування ризиків для здоров'я людини, що пов'язані з негативним впливом ПВ, вплив ПВ на об'єкти природного середовища, процеси детоксикації шкідливих речовин у ґрунті, вторинне використання відходів у природному середовищі, методи прискореної оцінки небезпеки ПВ.

Предмет дослідження: якісно-кількісні характеристики ППВ в межах Дніпропетровської області; об'єкти довкілля - ґрунт, поверхневі і підземні водойми, рослини, атмосферне повітря в місцях довгострокового зберігання відходів; здоров'я населення; штучно відновлені техногенні ландшафти; засоби детоксикації техногенно забруднених ґрунтів; промислові відходи та відходи (осади) комунальних підприємств; математичний апарат для визначення ступеню небезпеки відходів.

Методи дослідження: у роботі були використані методи санітарного обстеження та гігієнічного картографування - для оцінки показників системи поводження з промисловими відходами; фізико-хімічні (атомно-абсорбційної спектрофотометрії, газорідинної хроматографії, інверсійної вольтамперметрії, спектрофотометрії) - для ідентифікації хімічних речовин - складових промислових відходів у об'єктах довкілля, вивчення санітарних показників ґрунту, якісного складу тест-рослин; мікробіологічні і паразитологічні - для дослідження ґрунту та комунальних відходів; медико-статистичні, математичного моделювання, епідеміологічні - для аналізу захворюваності населення, її зв'язку з питомим навантаженням територій промисловими відходами та розрахунку показників ризику; метод натурного та лабораторного гігієнічного експерименту - для вивчення протекторної дії сорбентів при впливі токсичних промислових відходів на ґрунт та сільськогосподарські тест-рослини.

Отримані при виконанні окремих досліджень кількісні показники були математично оброблені за допомогою методів варіаційної статистики, дисперсійного, кореляційного та регресивного аналізів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в науковому обґрунтуванні та подальшому розвитку сучасних теоретичних, методичних та практичних аспектів проблеми попередження негативних наслідків впливу промислових відходів на показники громадського здоров'я та екологічні системи в межах урбо-техногенних та сільськогосподарських ландшафтів.

Вперше науково обґрунтовано методичні підходи до гігієнічної оцінки потоків промислових відходів техногенно навантажених адміністративних територій України. Розроблено оригінальну ієрархічну класифікацію ППВ за ознакою їх просторових переміщень. Доведено пріоритетне значення у системі поводження з відходами та вперше розроблено методичні підходи до еколого-гігієнічної оцінки об'єктів довготривалого зберігання промислових відходів.

В ході опрацювання даних санітарно-гігієнічного моніторингу за станом об'єктів довкілля вперше проведено диференційну оцінку змін їх якісних та кількісних характеристик в залежності від характеру накопичених на території населених місць відходів металургійної та гірничодобувної промисловості.

На підставі кореляційно-регресійного аналізу, ранжирування та комплексного оцінювання вперше визначено гігієнічну значимість окремих показників здоров'я населення при оцінці негативної дії промислових відходів на мешканців індустріальних міст. Показано, що найбільш чутливими серед них є рівень захворюваності новонароджених, природжені вади розвитку, поширеність ендокринних хвороб, хвороб органів дихання та травлення серед дитячого населення. Побудовано математичну модель «навантаження території промисловими відходами - здоров'я населення». Вперше встановлено показники відносного ризику виникнення порушень здоров'я людей, що мешкають на територіях інтенсивного техногенного навантаження твердими промисловими відходами.

Науково обґрунтовано та експериментально підтверджено ефективність використання хімічних сорбентів на основі неорганічних сполук калію у ґрунтах, забруднених рухомими формами важких металів - небезпечних компонентів ПВ та показано можливість отримання рослинної продукції, що відповідає санітарно-гігієнічним нормам.

З санітарно-епідеміологічних, екологічних та токсикологічних позицій вперше науково обґрунтовано принципи застосування відходів комунальних підприємств - осадів міських стічних вод для прискореного відновлення екологічних систем у природних ландшафтах, що деградували в результаті гірничодобувної діяльності.

На підставі довгострокових лабораторних санітарно-хімічних та токсикологічних досліджень промислових відходів підприємств різних галузей промисловості вдосконалено методику розрахункового обґрунтування класу їх небезпеки.

Практичне значення отриманих результатів. Спираючись на результати роботи запропоновано комплекс заходів гігієнічного та екологічного спрямування для прийняття адекватних управлінських рішень при практичному вирішенні проблем поводження з промисловими відходами в індустріально навантажених регіонах України.

Проведено об'єктивне ранжирування окремих адміністративних одиниць за рівнем безпеки існуючої системи поводження з промисловими відходами. Створено картографічну модель «Безпека поводження з промисловими відходами», що надає змогу наочно представляти та оперативно відображати динаміку цього процесу диференційовано для окремих адміністративних угруповань в межах різних промислово-територіальних комплексів.

Удосконалено методику діагностики «екологозалежних» захворювань, пов'язаних з дією промислових відходів, шляхом розробки поліномних моделей та розрахунку відносних ризиків для дитячого та дорослого населення в містах з розвиненою промисловістю.

Запропоновано та випробувано спосіб детоксикації ґрунтів, забруднених небезпечними компонентами промислових відходів - важкими металами, застосування якого сприятиме покращенню їх санітарного стану, збільшенню безпеки на територіях сільськогосподарського користування та отриманню сільськогосподарської продукції, безпечної для здоров'я людини.

Розроблено та апробовано методику використання відходів комунальних підприємств для відновлення техногенно порушених територій та відродження абіотичних «місячних» ландшафтів в місцях видобутку та переробки корисних копалин. Запропоновано принципи безпечної утилізації осадів міських стічних вод.

Вдосконалено розрахунковий метод визначення класу небезпеки промислових відходів, застосування якого дозволить поліпшити ефективність та об'єктизувати відповідні заходи при проведенні попереджувального та поточного санітарного нагляду, підвищити надійність та безпеку системи поводження з відходами окремих підприємств.

Результати, отримані автором використані у наступних документах: 1) Екологічній мапі м. Дніпропетровська ( 2002 р.), 2) Реєстрі місць видалення відходів Дніпропетровської області, 3) Державних санітарних правилах та нормах СанПіН 2.2.7.-99 «Гігієнічні вимоги до поводження з промисловими відходами та визначення їх класу небезпеки для здоров'я населення», 4) Методичних рекомендаціях МОЗ України МР 2.2.12.068-2000 «Донозологічна діагностика стану здоров'я населення в зв'язку з впливом факторів навколишнього середовища», 5) Інформаційних листах: «Методика вивчення впливу техногенного навантаження територій промисловими відходами на стан здоров'я населення» № 134-2009 та 6) «Прогнозування впливу техногенного навантаження територій промисловими відходами на стан здоров'я населення» № 133-2009, 7) «Науково-методичних рекомендаціях щодо поліпшення екологічного складу земель, порушених гірничими роботами (створення техногенних ландшафтних заказників, екологічних коридорів, відновлення екосистем) (2008 р.), 8) патенті України на винахід «Спосіб зниження вмісту рухомих форм важких металів в техногенно забрудненому ґрунті» № 77871 від 15.01.2007 р.

Матеріали дисертації отримали впровадження у діяльності санітарно-епідеміологічної служби Дніпропетровської, Донецької, Запорізької, Одеської, Тернопільської областей, використані у навчальному процесі на профільних кафедрах Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця, Львівського національного медичного університету ім. Данила Галицького, Донецького національного медичного університету ім. М. Горького, Харківського національного медичного університету, Запорізького медичного університету, Дніпропетровської державної медичної академії, Дніпропетровського національного університету, застосовуються у роботі Інституту проблем природокористування та екології НАН України (м. Дніпропетровськ), ДП «НДІ безпеки праці та екології в гірничорудній і металургійній промисловості» та Українського НДІ промислової медицини (м. Кривий Ріг).

Особистий внесок здобувача. Автором особисто визначені мета та завдання дослідження, здійснено аналітичний огляд вітчизняної та світової літератури, розроблено план, організовано та проведено окремі дослідження якості об'єктів довкілля населених місць (Дніпродзержинська, Дніпропетровська, Кривого Рогу, Павлограду) в зонах впливу об'єктів поводження з промисловими відходами. Автором власноруч виконано атомно-абсорбційні та вольт-амперметричні дослідження вмісту важких металів у відходах та оточуючому середовищі. Зібрано, проаналізовано та статистично оброблено звітну інформацію щодо системи поводження з промисловими відходами з 2000 по 2007 роки у Дніпропетровській області та щодо показників здоров'я населення за цей же період.

Кореляційно-регресійний аналіз питомого навантаження територій промисловими відходами та показників здоров'я населення, побудова поліномних моделей, розрахунок відносних ризиків від дії промислових відходів проведено разом з к.м.н. Огір Л.Б. Картографічне опрацювання матеріалу відносно потоків промислових відходів, побудова картографічних моделей у ГІС-системі МАР-Info та ранжирування території за ознакою рівня поводження з відходами виконано у співпраці з канд. географ. наук Дук Н.М., та канд. географ. наук Суматохіною І.М. (Дніпропетровський національний університет). Польові досліди при вивченні ефективності хімічних сорбентів для детоксикації ґрунтів, визначення агроекологічних параметрів ділянок, показників врожайності, фітотоксичних характеристик рослин, вмісту в них окремих поживних речовин, особливостей міграції важких металів за ґрунтовим профілем було проведено за участю доктора сільськогосподарських наук Крамарьова С.М. (Ерастівська дослідна станція Інституту зернового господарства Української академії аграрних наук).

Організація наукових досліджень за оцінкою умов та ефективності використання осадів стічних вод на територіях техногенних ландшафтів Кривбасу, аналіз та узагальнення інформації щодо екологічних наслідків порушення земель гірничими роботами проведено у співпраці з фахівцями Інституту проблем природокористування і екології НАН України. Удосконалення розрахункового методу для оцінки небезпеки промислових відходів проведено у співпраці з д. біол. наук, професором Антамоновим М.Ю. (ДУ «Інститут гігієни та медичної екології ім. О.О. Марзєєва») Автор висловлює щиру подяку згаданим колегам та іншим співробітникам названих закладів за надану консультативну та практичну допомогу при виконанні окремих фрагментів роботи. .

Автором самостійно підготовлено та опубліковано 6 робіт у періодичних фахових виданнях, перелік яких затверджено ВАК України. В інших 16 статтях автору належить організація дослідницьких робот на об'єктах спостереження та проведення лабораторних дослідів, натурних спостережень, статистична обробка даних, розробка таблиць, аналіз та узагальнення результатів, формулювання висновків, оформлення матеріалу.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації були оприлюднені на міжнародному, державному та регіональному рівнях зокрема:

- міжнародному: IX международной конференции и дискуссионном научном клубе «Новые информационные технологии в медицине и экологии» (Украина, Ялта-Гурзуф, 2001), міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів» (Дніпропетровськ, 2001, 2003), міжнародній науково-практичній конференції «От переходной экономики к устойчивому развитию» (Дніпропетровськ, 2001), міжнародній науково-практичній конференції «Екологія кризових регіонів України» (Дніпропетровськ, 2001), міжнародному симпозіумі „Безопасность жизнедеятельности в ХХІ веке» (Дніпропетровськ, 2001), II Congress of the Physicians of the Preventive Medicine Public Health in 21 Centur., (Ohrid), October 2-5, 2002), 2-ой международной геоэкологической конференции „Геоэкологические проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами” (Тула, 2004), міжнародній науково-практичній конференції „Поводження з відходами виробництва і споживання, медико-екологічні і економічні аспекти” ( Свалявський р-он, с. Поляна, 2005), 2-ой международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов» (Харьков, 2005, 2007, 2008), міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми збору, переробки та утилізації відходів» (Одеса, 2002, 2004, 2007, 2008), міжнародній конференції «Проблеми лісової рекультивації порушених земель України» (Дніпропетровськ, 2006) та ін.;

- державному та регіональному: науково-практичній конференції „Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України” (Київ, 2003, 2005, 2006, 2007), науково-практичній конференції „Актуальні токсикологічні та санітарно-епідеміологічні аспекти поводження з відходами” (Київ, 2003), XIV з'їзді гігієністів України (Дніпропетровськ, 2004), VI научно-практической конференции «Стратегия выживания. Адаптация и реабилитация населения Украины в условиях техногенных нагрузок» (Дніпропетровськ, 2005), конференции «Экология промышленных предприятий. Утилизация отходов. Очистка сточных вод. Защита воздушной среды» ( АР Крим, 2005), всеукраїнській науково-практичній конференції «Екологія міст та рекреаційних зон» (Одеса, 2008), науково-практичній конференції «Планування та забудова населених місць: актуальні санітарно-гігієнічні та екологічні проблеми і шляхи їх вирішення» (Київ, 2007), всеукраїнській науково-практичній конференції «Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України» (Запоріжжя, 2008), науково-практичній конференції «Екологічні проблеми гірничо-металургійного комплексу України за умов формування принципів збалансованого розвитку» (Дніпропетровськ, 2008), міжнародній науково-практичної конференції, присвяченій 10-річчю кафедри екології .

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 69 друкованих праць, з яких 22 - у наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, в тому числі 6 самостійних. Матеріали дисертації відображені у Державних санітарних правилах і нормах, 2 методичних вказівках МОЗ України, 2 інформаційних листах про нововведення в медицині, патенті України, екологічній мапі м. Дніпропетровська.

Структура та обсяг дисертації. Робота викладена на 316 сторінках основного тексту, ілюстрована 88 таблицями та 19 рисунками. Дисертація складається з вступу, 8 розділів, які включають аналітичний огляд літератури, опис обсягу та методів досліджень, результати власних досліджень, висновки, список використаних джерел та 12 додатків. Загальний обсяг дисертації 366 сторінок. Бібліографічний покажчик нараховує 523 літературних та електронних джерела, з них 75 - іноземних.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Програма, матеріали та методи досліджень. Програма дисертаційних досліджень формувалась за принципом послідовного виконання окремих завдань для досягнення загальної мети роботи і передбачала виконання комплексу епідеміологічних, експериментальних та натурних досліджень (табл. 1). Для просторового аналізу поводження з промисловими відходами Дніпропетровської області за наявними статистичними даними була створена серія аналітичних, синтетичних та комплексних карт. Побудовані в експериментальній ГІС карти, містили набір тематичних шарів, що відображали окремі показники поводження з промисловими відходами.

Таблиця 1 Узагальнені дані про зміст та обсяг досліджень

Примітка.1 - статистичні матеріали офіційних установ; 2 - власні дослідження; 3 - звітні форми, протоколи лабораторій територіальних СЕС; 4 - екологічні паспорти на об'єкти.

На об'єктовому рівні було проаналізовано розташування місць видалення відходів (МВВ) відносно населених пунктів, транспортних шляхів та водних об'єктів з метою виявлення можливих негативних впливів МВВ на компоненти природного середовища та населення. Для цього на базі електронної карти Дніпропетровської області (масштаб 1: 200 000), було створено ряд додаткових тематичних шарів з характеристиками МВВ. Для ранжирування території області за ознакою питомих показників поводження з відходами було застосовано математичну модель для оціночних класифікацій за різнорідними показниками. Нормування показників здійснювалося за формулою:

; i=1,2,3,…, n; j=1,2,3,…, m,

де n - кількість територіальних одиниць; m - кількість врахованих показників (xij); x0 - найкращі (або найгірші) для кожного з показників значення; xmax/min - екстремальні значення показників, що найбільш відрізняються від x0. Усі показники приводились до вигляду коефіцієнта, що мав значення від 0 до 1. Розподіл загального ряду оціночних значень на таксони доповнювали привласненням їм якісних характеристик рівнів: високий, вище середнього, середній, нижче середнього, низький.

Картографування показників, що характеризують поводження з промисловими відходами на субрегіональному рівні, здійснювалось на основі шарів карти Дніпропетровської області масштабу 1:200 000 „Межі адміністративних районів“ та „Населені пункти“. При цьому засобами SQL-запиту з усієї сукупності населених пунктів було відібрано міста обласного підпорядкування в окрему таблицю (карту). Прив'язка атрибутивних даних про поводження з промисловими відходами за адміністративними одиницями здійснювалось до картографічних шарів „Міста обласного підпорядкування“ та „Межі адміністративних районів“.

Комплексну еколого-гігієнічну оцінку якості обєктів навколишнього середовища - атмосферного повітря, природних поверхневих та підземних вод, ґрунту в місцях впливу відходів металургійної та гірничодобувної промисловості проведено за даними лабораторних досліджень об'єктів навколишнього середовища територіальних СЕС та власних досліджень.

Оцінку рівня та ступеню небезпеки забруднення атмосферного повітря проведено згідно з загальноприйнятою методикою за допомогою розрахунку коефіцієнту забруднення.

Аналіз та оцінку якості води водоймищ в зонах впливу промислових відходів проведено за показниками, що передбачені СанПіН 4630 - органолептичними, санітарними, мікробіологічними та за специфічними забруднювачами (нафтопродукти, феноли, мідь, свинець, цинк, хром, фосфати, СПАР) - у цілому 26 показників.

Забруднення ґрунту вивчали за даними лабораторних досліджень проб, відібраних на різних відстанях від об'єктів зберігання промислових відходів, в т.ч. Дніпродзержинського металургійного комбінату, Дніпродзержинського ВАТ «ДніпроАзот», Павлоградського накопичувача промислових та побутових відходів та ін. специфічними забруднювачами - сполуками кобальту, свинцю, міді, нікелю, хрому, кадмію, цинку методом полум'яної атомно-абсорбційної спектрофотометрії. Вивчено також санітарний стан ґрунту і його епідемічна безпека за групою показників, визначених у ГОСТ 17.4.2.01.

Для оцінки впливу забруднення територій промисловими відходами на стан здоров'я населення були виділені території міських агломерацій Придніпров'я з різним рівнем техногенного навантаження. Враховувались питомі показники утворення небезпечних відходів І-ІІІ класів небезпеки у кг на 1 квадратний кілометр території міст та утворення небезпечних відходів І-ІІІ класів небезпеки у містах області у кг на 1особу. Проведено аналіз загальноприйнятих показників за даними офіційних статистичних звітів про стан здоров'я населення, що мешкає на території міст Дніпропетровської області (12 поселень). Оцінка рівня популяційного здоров'я проведена за групами медико-демографічних показників (народжуваність, смертність, природний приріст населення), показників поширеності захворювань дитячого населення (по 15 класам за МКХ-Х), поширеності захворювань серед дорослого населення (по 15 класам за МКХ-Х), показників порушень перебігу вагітності та пологів у жінок та показників порушень здоров'я новонароджених дітей (загальна кількість результативних ознак - 49) за період 2002-2007 роки. З метою виявлення донозологічних змін стану здоровя дитячого населення було проведено анкетування та поглиблені профілактичні огляди 6-7 річних дітей організованих колективів, що мешкають у районах міста з різними рівнями забруднення середовища, та сформовано ідентичні копі-пари по 30-35осіб здорових та практично здорових дітей у кожній зоні дослідження. За МР 2.2.12.068 для виявлення ранніх порушень стану здоровя дітей досліджено показники неспецифічного імунітету організму: концентрація та дебіт лізоциму слини, мікробний пейзаж шкіри (на виявлення гемолітичних форм мікроорганізмів) та слизових оболонок зіву та носу (на носійство патогенного стафілококу та кишкової палички). Проведено вивчення накопичення важких металів у біосередовищах (волоссі) обстежених груп дітей на вміст свинцю, заліза, марганцю, цинку, кадмію, міді, нікелю та хрому у біосубстраті (волоссі) методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії на приладі AAS-1N у пропан-бутан-повітряній суміші.

З урахуванням кореляційного зв'язку між питомими показниками техногенного навантаження територій міст твердими промисловими відходами (у кг/км2 та кг/особу) та показниками здоров'я різних контингентів населення (вагітних, породілля, новонароджених, дітей та дорослого населення) побудовані рівняння лінійної регресії різних типів. Показники відносного ризику порушень здоров'я населення (relative risk) розраховані з використанням міжнародних методик (A. Ahlbom, S. Norell, 1990).

Дослідження ефективності застосування хімічних сорбентів для детоксикації техногенно забруднених ґрунтів проводилися в мікропольових дослідах на Ерастівській дослідній станції ІЗГ УААН. Агрохімічний аналіз ґрунтових зразків, їх реєстрацію, етикетування, сушіння та зберігання, підготовку до аналізів при вивченні проводили згідно загальноприйнятих агрохімічних методик. В зразках ґрунту визначали: рНводн. - потенціометрично; загальний гумус - за І.В. Тюріним; загальний азот - за К'єльдалем; загальний фосфор - колориметрично; валовий калій - на полуменевому фотометрі „Flafo-4”; вміст нітратів в ґрунті - спектрофотометрично; нітрифікаційну здатність ґрунту - за С.П. Кравковим в модифікації ІЗГ УААН; рухомі сполуки фосфору і калію - за Ф.В. Чириковим; ступінь рухомості фосфатів - методом Карпінського-Зам'ятиної.

Відбір рослинних проб і визначення вмісту в них сухої речовини проводили на різних фазах розвитку рослин. У пробах визначали: загальний азот - фотометрично за К'єльдалем; фосфору - фотометрично в кислому середовищі фосфорно-молібденової гетерополікислоти; калію - за допомогою полум'яного фотометра „Flafo-4”. Вміст ВМ в зерні та валових і рухомих форм ВМ в ґрунті (мг/кг) визначали атомно-абсорбційним методом на приладах АSS-1 N та С-115М. Атомізацію аналітичних розчинів проводили в повітряно-ацетиленовому полум'ї. Рухомі форми ВМ з ґрунту вилучали амонійно-ацетатним буфером з рН = 4,8.

Показники біологічної активності ґрунту вивчали за загальноприйнятими агрохімічними методиками (Г.Г. Русін, 1990).

Аналіз екологічно та гігієнічно значущих характеристик техногенних елементів ландшафтів в місцях видобутку залізних руд м. Кривого Рогу проводили за даними екологічних паспортів на об'єкти. Всього проаналізовано та використано у роботі дані 38 об'єктів - відвалів гірничої породи, кар'єрів, шламонакопичувачів, що межують з територіями рекреаційного, сільськогосподарського, або сельбищного призначення.

Санітарно-хімічні, мікробіологічні та паразитологічні дослідження осадів стічних вод міських станцій аерації м. Кривого Рогу проводили за загальноприйнятими методиками в обсязі показників, передбачених КНД 33.-3.3-02.

Статистична обробка та аналіз результатів проведена на персональному комп'ютері з використанням стандартних статистичних пакетів STATISTICA 5.0, SPSS 10.0 та BIOSTAT, 2007. Для первинної підготовки таблиць та проміжних розрахунків використовували пакет Excel.

Характеристика потоків промислових відходів індустріальних територій (на прикладі Дніпропетровської області). При санітарно-гігієнічному аналізі потоків промислових відходів з'ясовано, що найпотужніші з них починають своє існування на гірничодобувних, збагачувальних та металургійних підприємствах міст Кривого Рогу, Дніпродзержинська, Орджонікідзе, Марганцю, Дніпропетровська. У Кривому Розі на 1 м2 площі міста припадає 16,4 т промислових відходів, у Орджонікідзе - 5,8 т / м2, у Марганці - 2,7 т / м2, Першотравенську - 1,5 т / м2. У центрах гірничодобувної промисловості на кожного мешканця накопичено гігантські маси промислових відходів: у Кривому Розі - 334949,23 т, Орджонікідзе - 2315,76 т. В обласному центрі цей показник становить 30,83 т.

Для систематизації потоків відходів встановлено найбільш значущі характеристики та створено їх класифікацію, що включає чотири типи та три підтипи ППВ (табл. 2): сублокальні, локальні, транслокальні та транскордонні (міжрайонні, міжобласні, міжнародні). Встановлено, що на території області переважаюча більшість потоків належить до локального типу. Як наслідок, в окремих містах території, зайняті під розміщення промислових відходів, є порівняними із загальною площею цих міст. Найбільшу площу зайнято під відходи в центрах гірничодобувної промисловості: Кривому Розі (32 % території міста), Орджонікідзе (62 % території міста), Марганцю (23 % території міста), а також металургійному центрі - Дніпродзержинську (7,6 % території міста).

Для всіх ієрархічних рівнів ППВ найбільш вагомими ознаками є термін зберігання відходів та спосіб кінцевого етапу поводження з ними. При реалізації транскордонних міжнародних ППВ на перше місце виходять фактори відстані, часу, терміну зберігання, способу транспортування та правового забезпечення процедури.

Для оцінки системи поводження з найбільш небезпечними відходами І-ІІІ класів небезпеки запропоновано розрахунковий метод ранжирування адміністративних територій з обчисленням сумарного коефіцієнту (Ксум..). Встановлено, що найгірше становище серед міст області за сумарним коефіцієнтом безпеки поводження з промисловими відходами характерно для Кривого Рогу (Ксум. = 1,6). На основі отриманих даних створено картографічну модель поводження з промисловими відходами області, де відображено ранжирування територій і показники кожної оцінюваної адміністративної одиниці за 10 найбільш інформативними ознаками (рис. 1). При гігієнічній оцінці ППВ встановлено, що їх найнебезпечнішою ланкою є місця накопичення та довгострокового зберігання відходів, або критичні точки поводження з промисловими відходами (КТПВ). На основі розроблених нами методичних підходів до поетапної еколого-гігієнічної оцінки КТПВ було створено їх класифікацію, в основу якої покладено ступінь ризику для екологічних систем, санітарних умов проживання та здоров'я населення.

Таблиця 2 Питома вага ієрархічних рівнів ППВ основних галузей промисловості Дніпропетровської області (2008 р.)

Примітка. * - обсяги відходів, що мають вторинне використання в основній технології своїх підприємств.

Вплив промислових відходів на стан здоров'я населення. Просторова реалізація потоків ПВ може стати причиною забруднення основних об'єктів довкілля, тобто виступати суттєвим фактором ризику для здоров'я населення, яке мешкає на прилеглих територіях (Environmental Protection Agency, USA, 2005). З метою отримання відповідної інформації нами було проведено вивчення стану здоров'я населення Дніпропетровської області та здійснено пошуки взаємозалежності між його окремими показниками та найбільш гігієнічно значущими характеристиками системи поводження з промисловими відходами на окремих адміністративних територіях. відхід навколишній токсичність забруднюючий

Аналіз кореляційних матриць дозволив виявити середній та сильний зв'язок з вірогідними рівнями коефіцієнтів кореляції між питомими показниками техногенного навантаження території міст промисловими відходами та показниками здоров'я вагітних жінок, породілля, новонароджених, а також поширеністю окремих захворювань серед дитячого та дорослого населення. Найбільш уразливою до забруднення довкілля твердими промисловими відходами групою населення виявилися вагітні жінки та новонароджені діти. Встановлено сильну статистично вірогідну кореляційну залежність між навантаженням територій ПВ та питомою вагою народжених з малою масою тіла (rxy = 0,72; р<0,05) а також питомою вагою народжених недоношеними (rxy = 0,85; р<0,05). Крім того, виявлено сильну кореляційну залежність з високим ступенем вірогідності отриманих результатів між питомими показниками навантаження території міст ПВ та показниками захворюваності новонароджених (rxy = 0,79; р<0,01). Аналіз кореляційних матриць, які включали в себе показники захворюваності серед дитячого та дорослого населення за усіма класами хвороб, свідчить про вірогідну наявність впливу ПВ на показники поширеності хвороб нервової системи та органів травлення серед дитячого населення ( rxy = 0,61; р < 0,05 та rxy = 0,76; р<0,05 відповідно). Наочно ці залежності простежуються при побудові кривих ліній тренда (рис. 2, 3). На підставі отриманих результатів нами розраховано поліномні (другого порядку) моделі для прогнозування впливу навантаження території твердими промисловими відходами (у кг/км2) на показники здоров'я населення.

Загальноприйнятим підходом до вивчення впливу факторів довкілля на стан здоров'я населення є епідеміологічні методи. Серед показників ризику найбільш адекватним для мети нашого дослідження виявився розрахунок відносного ризику (relative risk - RR), який свідчить, у скільки разів захворюваність (або її наслідки) тих, хто підпав під вплив фактору ризику, вища, ніж у осіб без нього. При цьому, найбільш несприятливою територією була обрана територія з найвищими рівнями питомого навантаження ПВ та показниками порушень здоров'я - м. Дніпродзержинськ, а територією відносного контролю за тими ж критеріями - м. Новомосковськ.

Отримані дані з коефіцієнтами відносного ризику (RR) більше 1,0 дають підставу твердити про підвищений ризик виникнення порушень здоров'я у експонованого населення. Вірогідність таких порушень, зокрема передчасних пологів, народження недоношених, захворюваності новонароджених, природжених вад розвитку і т.п. підтверджена також показниками довірчого інтервалу (ДІ) зі ступенем вірогідності 95 % та значеннями критерію ????????? суттєвим доповненням до попередніх даних кореляційно-регресійного аналізу (табл. 3).

Таблиця 3 Показники відносного ризику порушень здоров'я породілля, новонароджених та дитячого населення на територіях інтенсивного впливу ПВ

Особливості впливу промислових відходів на об'єкти довкілля в межах населених місць. Враховуючи те, що сучасні індустріальні урбоекотопи мають штучну і доволі хитку систему взаємовідносин природних та урботехногенних елементів довкілля, негативний вплив промислових відходів на них посилюється та має свої специфічні особливості. При вивченні стану об'єктів довкілля в містах зберігання значних обсягів відходів гірничодобувної та металургійної промисловості встановлено, що за ступенем уразливості вони утворюють ряд: ґрунтові води ? ґрунт > атмосферне повітря > поверхневі водойми. Забруднення найбільш уразливих об'єктів - підземних вод та ґрунту, відбувається внаслідок розповсюдження водорозчинних та дрібнодисперсних фізичних часток розкривних порід, порід після збагачення та металургійних шлаків і шламів з атмосферними опадами (горизонтальне та вертикальне) та через атмосферне повітря - розсіюванням. Найбільш інтенсивне, прогресуюче забруднення ґрунтових вод відбувається у перші роки заповнення КТПВ і стабілізується після вимивання основної частини розчинних сполук з маси відходів. Але навіть після 30-річного періоду експлуатації під тілом таких об'єктів на глибині до 10 м і більше від їх підошви концентрації забруднювачів у підземних водах перевищують ГДК. Зокрема, при аналізі якості підземних вод під накопичувачем твердих відходів у м. Павлограді, 75 % з яких представлені відвальними породами вугледобування, будівельним сміттям та металобрухтом, встановлені наступні концентрації речовин: залізо загальне - 12,7 ГДК; жорсткість загальна - 7,7 ГДК; натрій - 9,8 ГДК; хлориди - 9,4 ГДК; окислюваність - 35,9 ГДК; сухий залишок - 5,5 ГДК; фосфор загальний - 50,0 ГДК; нікель та цинк - 1,5 ГДК; марганець - 63,0 ГДК. У пробах ґрунту, відібраних по периферії накопичувача на відстані до 150-300 м від нього зафіксовані аномально високі концентрації важких металів: кобальту - 2-4 ГДК; хрому - до 2,0 ГДК; свинцю - 1,1-2,5 ГДК; нікелю - до 1,5 ГДК; цинку - 2-8 ГДК; міді - 1-2 ГДК. Основна маса важких металів осідає разом з пилом, атмосферними опадами і адсорбується із повітря на невеликій відстані від КТПВ в межах 1,5-3 км (рис. 4).

Рис. 4. Забруднення ґрунту специфічними компонентами відвалів металургійного виробництва (кратність перевищення ГДК).

Стан ґрунту прилеглих територій за токсикологічним, сумарним показником забруднення (Zсум.) на відстані до 1,5 кілометрів від місць зберігання відходів металургійного виробництва та видобування залізної руди (м. Дніпродзержинськ, Кривий Ріг) свідчить про його стійке «помірно небезпечне» забруднення.

Відновлення небезпеки ґрунтів техногенно забруднених територій з використанням хімічних сорбентів. При довгостроковому зберіганні ПВ ґрунт перебуває у центрі системи «відходи - навколишнє середовище». Через техногенне хімічне забруднення великі площі приміських територій втрачають своє сільськогосподарське, рекреаційне, або інше традиційне значення. В цьому сенсі відновлення небезпеки забруднених ґрунтів є важливою народногосподарською задачею (І.В. Мудрий, 2003).

Для зниження небезпеки ґрунтів, забруднених найбільш розповсюдженими складовими ПВ - важкими металами, дієвим є ефект їх хімічного осадження при внесенні у ґрунт деяких хімічних речовин - сорбентів. За результатами виконаних досліджень нами було запатентовано спосіб хімічного зв'язування рухомих форм ВМ у нерозчинні сполуки за допомогою карбонату та сульфіду калію. Досліди проводились у польових умовах на штучно забруднених мікроділянках, куди вносились різні концентрації розчинних сполук токсичних ВМ - цинку, свинцю та кадмію.

При вивченні впливу сорбентів на буферну здатність ґрунту встановлено, що їх внесення сприяє відновленню балансу нітратного та амонійного азоту, зі зменшенням останнього на 3,71±0,4 %, на 5,5±1,1 % збільшує буферні резерви обмінного калію, відновлює нейтральну реакцію (рН) ґрунтових розчинів (7,5±0,9 %).

Внесення ВМ призводить до звуження видової різноманітності асоціацій ґрунтових мікроорганізмів і особливо грибів та до розвитку видів, толерантних до їх токсичної дії. Поряд із цим чисельність бактерій, які засвоюють азот органічних сполук, як і обростання грудочок ґрунту бактеріями роду Azotobacter, збільшується. Внесення сорбентів сприяє збільшенню чисельності усіх груп ґрунтових мікроорганізмів, за винятком бактерій, які трансформують азот органічних сполук, що при одночасному зростанні азот-фіксуючих мікроорганізмів, збільшує коефіцієнт мінералізації та стимулює самоочищення забрудненого ґрунту (табл. 4). Встановлено, що дія ВМ на ґрунтові ферменти проявляється у пригніченні їх активності. Визначено, що чутливість окремих ферментів до забруднення ґрунту ВМ має такий вигляд: дегідрогеназа < уреаза ? інвертаза < фосфатаза = каталаза. Односпрямована реакція активності ґрунтових ферментів при внесенні у забруднений ґрунт розчинів K2CO3 і K2S не виявлена.

При вивченні дії сорбентів на тест-культури (просо сорту Миронівське-51 та ярий ячмінь), встановлено їх виражену фітопротекторну дію. Комплексне застосування ОМД та розчинів K2CO3, K2S призводило до збільшення підгону і підсіду рослин проса в 3,5-4 рази, зростання майже вдвічі товщини стеблини. Найбільша кількість листків у рослин проса (5,73-6,47 од./рослину) спостерігалась також на варіантах з внесенням ОМД та сорбентів. Найзначніше збільшення кількості листків при максимально