Размещено на http://www.allbest.ru/

КОМПЛЕКСНАЯ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ОЦЕНКА РИСКА ЗДОРОВЬЮ НАСЕЛЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ г. ВОЛОГДЫ И г. ЧЕРЕПОВЦА)

14.02.01 - гигиена

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук

ОПАРИН Алексей Евгеньевич

Санкт-Петербург 2013

Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И. И. Мечникова» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Научный руководитель: Воробьева Лидия Васильевна, доктор медицинских наук, профессор

Официальные оппоненты: Карелин Александр Олегович, доктор медицинских наук, профессор, ГБОУ ВПО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России, заведующий кафедрой общей гигиены с экологией

Дударев Алексей Анатольевич, доктор медицинских наук, ФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья», руководитель отдела гигиены

Ведущее учреждение: Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова» Министерства обороны Российской Федерации.

Защита состоится «19» декабря 2013 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д.208.086.02 на базе государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (195067, Санкт-Петербург, Пискаревский пр., д. 47).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И. И. Мечникова» Минздрава России.

Автореферат разослан «___» ____________ 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор медицинских наук, доцент Мироненко Ольга Васильевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Недостаток питьевой воды, низкое ее качество резко снижают уровень комфортности проживания населения, повышают риск возникновения и распространения инфекционных и неинфекционных заболеваний (Онищенко Г.Г., 2010). Разработанная на период до 2020 года Водная стратегия Российской Федерации (2009) предусматривает развитие жилищно-коммунального комплекса, совершенствование нормативно-правовой базы, определяет последовательность решения задач в области питьевого водоснабжения (Онищенко Г.Г., 2012). К современным проблемам в этой сфере относится оценка обеспеченности населения водой питьевого качества и соответствия условий водопользования нормам санитарного законодательства (Потапов А.И., Тулакин А.В., Сайфутдинов М.М. и др., 2009; Онищенко Г.Г., 2010). Оптимальное решение этого вопроса требует знания особенностей формирования качества воды водоисточников, изменения его в процессе обработки и доставки воды потребителям; учета конкретных условий функционирования систем водоснабжения.

Эти проблемы остаются значимыми и для Вологодской области, где централизованное снабжение населения водой осуществляется преимущественно из поверхностных водоисточников, вопросы санитарной охраны которых остаются нерешенными. Качество поверхностных вод - результат сложного взаимодействия природных и антропотехногенных факторов (Новиков С.М., 2009; Рахманин Ю.А., Доронина О.Д., 2010). В связи с чем, современная методология санитарной охраны водных объектов требует комплексного подхода к оценке факторов, определяющих качество воды, прежде всего, в створах хозяйственно-питьевых водозаборов (Красовский Г.Н., Егорова Н.А., 1987).

Реки Вологда и Шексна относятся к Верхне-Волжскому водному бассейну, водохранилища которого подвержены активной эвтрофикации. Санитарно-гигиенические последствия этого процесса существенно ухудшают условия культурно-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования в районе гг. Вологды и Череповца, но до настоящего времени остаются недостаточно изученными. Не разработаны гигиенические критерии повышения биопродуктивности альгофлоры водоемов, отсутствуют приоритетные показатели, определяющие взаимосвязь между качеством вод и интенсивностью развития фитопланктона, не дана оценка последствий эвтрофикации водных систем с позиций риска здоровью населения. Отсутствие гигиенической классификации эвтрофированных вод затрудняет определение класса водоисточника по степени его санитарной опасности, принятие управленческих решений о его целевом назначении и определении объема мер профилактики.

Гидрохимические особенности поверхностных вод Северо-Запада России создают ряд трудно решаемых проблем при эксплуатации систем централизованного водоснабжения. Высокое содержание гуминовых веществ, продуктов отмирания альгофлоры в сочетании с повышенной цветностью воды, значительным содержанием соединений железа и марганца, интенсифицируют процессы эвтрофикации поверхностных вод (Кулиш Т.П., 1996; Шандала М.Г., Григорьева Л.В., 1985); снижают эффективность работы водопроводных станций; во многом определяют качество воды у потребителя. Гуминовые вещества и низкомолекулярные органические соединения, образующиеся в процессе эвтрофикации водоемов, способствуют образованию при обеззараживании воды хлорорганических соединений (ХОС), обладающих отдаленными биологическими эффектами (Красовский Г.Н., Михайловский Н.Я., 1987; Красовский Г.Н., Рахманин Ю.А., Егорова Н.А., 2002; Красовский Г.Н., Егорова Н.А., 2003). Усугубляет проблему несовершенство существующих технологий водоподготовки, в частности, использование первичного хлорирования вод повышенной цветности.

Одной из наиболее трудно решаемых проблем остается проблема транспорта питьевой воды. Санитарно-техническое состояние распределительных сетей, низкое качество и коррозионная неустойчивость труб, недостаточный санитарно-технический уровень строительных и ремонтных работ, нарушение режима подачи воды потребителям приводит к неоправданным потерям и ее вторичному загрязнению. В связи с чем, выявление факторов, определяющих степень потенциальной эпидемической и токсикологической опасности условий водоснабжения гг. Вологды и Череповца, является актуальным.

В современных условиях приоритетной в области питьевого водоснабжения остается и разработка регионального перечня токсикантов, определяющих уровень риска от водного фактора для здоровья населения, а также обоснование комплекса мероприятий по улучшению условий водоснабжения (Красовский Г.Н., Рахманин Ю.А. и др., 2010).

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время в гигиенической литературе недостаточно работ, оценивающих систему централизованного водоснабжения как единое целое, с учетом всего комплекса факторов, формирующих качество воды в створах питьевых водозаборов, в процессе водоподготовки и в распределительной сети. Имеющиеся в литературе данные носят разрозненный характер и не всегда учитывают гигиенические задачи. Выявить влияние водного фактора на здоровье человека, можно только учитывая одновременность поступления комплекса присутствующих в воде бактериальных, вирусных и химических компонентов, а также факторов, определяющих их уровень (Рахманин Ю.А., Новиков С.М., 2003; Новиков С.М., Шашина Т.А. и др., 2009; Рахманин Ю.А. и др., 2011; Мельцер А.В., Киселев А.В. и др., 2011).

Недостаточно изучены особенности вторичной нагрузки на водоем, в частности процессы эвтрофикации поверхностных вод и их санитарно-гигиенические последствия. Предложены критерии оценки эпидемиологической опасности эвтрофных водоемов, ряд интегральных показателей, характеризующих нарушение процессов их самоочищения (Шандала М.Г., Григорьева Л.В., 1985). С учетом биологического загрязнения водоемов разработан ряд классификаций водных объектов. Однако, значительная часть их носит общий, экологический характер, не отражает непосредственной связи с условиями водопользования и здоровьем населения (Жукинский В.Н. и др., 1981; Шандала М.Г., Григорьева Л.В., 1985).

Проблема хлорорганических соединений - одна из актуальных и труднорешаемых для Северо-Запада России и Вологодской области (Кузнецова И.А., Фигурина Т.И. и др., 2011). Изучен механизм токсического действия галогенсодержащих соединений (ГСС), в частности, хлороформа (ХЛФ) на организм теплокровных животных и человека, известны особенности его биотрансформации при различных путях поступления, распределения, выведения из организма (Тиунов Л.А., Кустов В.В., 1970; Голиков С.Н., Саноцкий И.В., Тиунов Л.А., 1986; Тиунов Л.А., 1987). Разработаны гигиенические нормативы ХЛФ для атмосферного воздуха, воздуха рабочей зоны и питьевой воды (Уланова И.П., Иванова Е.Н., 1984; Красовский Г.Н., Михайловский Н.Я., Марченко Ю.Г. и др., 1987; Филов В.А., 1990). Эта проблема широко освещена в отечественной (Скворцов А.Ф., Сергеев Е.П., Елаховская Н.П. и др., 1983; Новиков Ю.В., Кудрин Л.В., Ноаров Ю.А., 1987) и зарубежной литературе (Ames B.N., 1976; Iarc. Trichloroethylene, Lyons, 1979; Payne I.F., Rahimtula A., 1981; Decant W., Henschler D., 1982; Dehant W., Metzler M., Henschler D., 1984).

В то же время в литературе практически отсутствуют данные, подтверждающие в эксперименте на теплокровных животных риск от ГСС, поступающих с питьевой водой, с учетом их реального содержания и времени воздействия. В связи с чем, для уточнения региональных особенностей факторов экспозиции актуальной является оценка токсикантов питьевой воды с позиции «доза - время - эффект».

Изучены возможности рекультивации микроорганизмов в процессе транспортировки воды, предложены модели расчета микробного риска и оценка его уровней (Авчинников А.В., 2002; Артемова Т.З., Недачин А.Е. и др., 2010; Мысякин А.Е., Королик В.В., 2010; Рахманин Ю.А., 2011). Известны особенности трансформации химических веществ при обработке воды различными физико-химическими способами (Королев А.А., 1981; Жолдакова З.И., Харчевникова Н.В., 2000; Авчинников А.В., 2002), изменения ее состава и органолептических свойств в процессе доставки потребителю (Новиков Ю.В., Кудрин Л.В., Ноаров Ю.А., 1987; Красовский Г.Н., Егорова Н.А., 2003; Красовский Г.Н., Егорова Н.А., 2004; Секунда А.А., Игнатьева Л.П., 2006). В то же время работ, посвященных выявлению закономерностей и комплексной оценке факторов, формирующих токсикологическую и эпидемиологическую опасность питьевой воды для здоровья населения с использованием методологии оценки риска, недостаточно. Однако, именно методология оценки риска здоровью населения позволяет прогнозировать перспективу ситуации, предвидеть качество воды у потребителя и управлять им (Рахманин Ю.А., Новиков С.М., 2003; Рахманин Ю.А. и др., 2011; Мельцер А.В., Киселев А.В. и др., 2011).

Все вышеизложенное определило необходимость и актуальность проведения настоящих исследований.

Работа является фрагментом Федеральной программы «Научные основы гигиены окружающей среды» и выполнялась в рамках НИР СЗГМУ им. И.И. Мечникова «Современные проблемы обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, общественного здоровья и здравоохранения» (№ государственной регистрации 01201177312).

Цель и задачи исследования

Цель исследования: дать комплексную гигиеническую оценку факторов риска, обусловленных качеством питьевой воды для здоровья населения в условиях централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, обосновать комплекс мероприятий по их оптимизации.

Задачи исследования:

- дать гигиеническую оценку гидрохимических особенностей и уровня антропогенного загрязнения воды источников водоснабжения г. Вологды и г. Череповца; питьевая вода гигиенический здоровье

- изучить санитарно-гигиенические последствия эвтрофикации поверхностных вод; разработать гигиеническую классификацию эвтрофированных водоемов;

- с учетом риска здоровью населения дать сравнительную гигиеническую оценку технологии обработки питьевой воды в г. Вологде и г. Череповце;

- оценить санитарно-техническое состояние распределительной сети и степень потенциальной эпидемической опасности существующей системы хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Вологды и г. Череповца;

- с учетом данных санитарно-токсикологического эксперимента выявить опасность реальных концентраций хлороформа питьевой воды для здоровья населения; оценить риск канцерогенных и неканцерогенных эффектов здоровью населения от токсикантов питьевой воды г. Вологды и г. Череповца;

- обосновать перечень рекомендаций и комплекс мероприятий по оптимизации условий питьевого водоснабжения г. Вологды и г. Череповца.

Научная новизна исследования

С позиций риска здоровью населения дана эколого-гигиеническая характеристика поверхностных водоисточников как объектов централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения;

- систематизированы материалы по гидрохимическим региональным особенностям воды рек Вологды и Шексны и уровню их антропотехногенного загрязнения;

- выявлены региональные особенности факторов экспозиции, определяющие уровень органолептического (избыток железа, марганца, цветность); канцерогенного и неканцерогенного (мышьяк; токсичные металлы (ТМ) и галогенсодержащие соединения риска от качества питьевой воды;

- на основе принципов комплексности, сезонной динамики санитарно-гигиенических и альгологических показателей обоснованы критерии гигиенической оценки эвтрофированных вод (отношение N:P; видовой состав фитопланктона; цветность, мутность; ХПК; ОМЧ20^оС/ОМЧ37^оС). Разработана классификация эвтрофированных водоемов. Выделены 4 степени эвтрофикации поверхностных вод (слабая, умеренная, высокая и «цветение»), соответствующие 4 уровням санитарной опасности. Рассчитан риск здоровью населения от качества воды эвтрофных водоемов; с учетом целевого назначения водоемов даны рекомендации по их использованию;

- дана сравнительная гигиеническая оценка эффективности работы двух технологий очистки питьевой воды в г. Вологде и г. Череповце. Выявлены основные факторы, формирующие риск здоровью населения от качества питьевой воды, в процессе ее обработки и доставки потребителю;

- в эксперименте доказана токсикологическая опасность реальных концентраций содержания хлороформа в питьевой воде г. Вологды. Обоснован перечень приоритетных показателей качества питьевой воды для включения в систему социально-гигиенического мониторинга за условиями централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населения;

- установлены причины высокой степени потенциальной эпидемической опасности (СПЭО) санитарно-гигиенических условий централизованного водоснабжения в гг. Вологде и Череповце. Рассчитаны микробные риски от использования питьевой воды для здоровья населения г. Вологды и г. Череповца;

- научно обоснован комплекс мероприятий по оптимизации условий централизованного водоснабжения г. Вологды и г. Череповца.

Теоретическая значимость. Результаты по оценке санитарно-гигиенических последствий эвтрофикации поверхностных вод; выявленные основные факторы прямой и потенциальной опасности питьевой воды для здоровья населения в условиях централизованного водоснабжения расширяют представления о механизмах воздействия водного фактора на здоровье населения, вносят определенный вклад в развитие современной концепции санитарной охраны водоемов.

Практическая значимость и внедрение результатов работы. Практическая значимость работы состоит в том, что на основании проведенных исследований разработан комплекс мероприятий по оптимизации типовых систем централизованного водоснабжения (на примере гг. Вологды и Череповца), включающий предложения по охране водных объектов, совершенствованию технологий водоподготовки и распределения воды. Перечень разработанных приоритетных показателей может быть использован в системе социально-гигиенического мониторинга.

Предложенная на основе гигиенических критериев классификация эвтрофированных водоемов может быть использована для оценки класса водоисточника, выбора и обоснования технологии обработки питьевой воды на водопроводных станциях, возможности использования водоема в рекреационных целях.

1. Материалы исследования реализованы в методических рекомендациях «Методика оценки санитарно-гигиенических последствий эвтрофикации поверхностных вод с позиций риска здоровью населения» (утв. Зам. Руководителя Управления ФС Роспотребнадзора по Ивановской области 10.12.2012).

2. Внедрены в деятельность организаций:

- Верхне-Волжского бассейнового водного управления (ФГУ «Верхне-Волжскводхоз») (№ 01-05/55 от 05.03.2013);

- МУП «Водоканал» г. Череповца (№ 01-03/3040 от 03.08.2012); МУП ЖКХ «Вологдагорводоканал» (№ 1928 от 15.08.2012); ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» (42-26-819/12 от 25.10.2012);

- Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Вологодской (№ 01-02/3733 от 02.08.2012), Смоленской (№ 01-8952 от 25.09.2012; № 01-01/1683 от 25.09.2012) и Белгородской области (№ 07/7410-12 от 28.09.2012).

3. Использованы при подготовке учебного пособия «Гигиена, санология, экология» (утв. УМО по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России. - СПб.: СпецЛит, 2011).

4. Учебно-методического пособия для студентов VI курса медико-профилактического факультета «Методы улучшения качества воды» (2012).

5. Внедрены в учебный процесс на кафедрах гигиены в Ивановской государственной медицинской академии, на кафедре коммунальной гигиены Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова.

Внедрение результатов работы в практику подтверждено актами и справками о внедрении.

Методология и методы исследования. В работе использована методология санитарно-гигиенической экспертизы объектов окружающей среды, включающая проведение натурных и экспериментальных исследований. При оценке качества воды водоисточников, питьевой воды применялись бактериологические, физические, санитарно-химические, альгологические методы исследования, указанные в соответствующих нормативно-методических документах (СанПиН; СП; МУ; МР). Санитарно-токсикологический эксперимент проводили в соответствии с требованиями МУ 2.1.5.720-98 «Обоснование гигиенических нормативов химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» (утв. Минздравом РФ 15.10.98) с использованием морфологических методов. Все результаты исследований обрабатывались статистически.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Качество питьевой воды централизованных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения, организованных на базе поверхностных водоисточников, зависит от качества воды в створах водозаборов; технологии обработки воды и санитарно-технического состояния распределительных сетей. Уровень канцерогенного и неканцерогенного риска для здоровья населения г. Вологды и г. Череповца определяется наличием в питьевой воде соединений мышьяка, токсичных металлов, галогенсодержащих соединений.

2. Гигиеническая классификация эвтрофированных водоемов предназначена для оценки санитарно-гигиенических последствий процесса эвтрофикации вод, степени их санитарной опасности для здоровья населения; уточнения класса водоисточника и принятия решения о его целевом назначении. К наиболее приоритетным показателям, характеризующим степень изменения качества эвтрофных вод, отнесены критерии: отношение азота и фосфора, видовой состав фитопланктона, цветность, мутность, химическая потребность в кислороде, индекс самоочищения (ОМЧ20С/ОМЧ37С).

3. Оценка эффективности различных систем очистки питьевой воды подтверждает, что типовая система ее обработки (г. Вологда) не обеспечивает требований безвредности по химическому составу, не устраняет токсичные, геноопасные соединения (As; ТМ; ГСС); требует изменения режима и способов обеззараживания, введения современных элементов доочистки (сорбционно-окислительных способов, ультрафиолетового обеззараживания и др). В процессе транспорта питьевой воды возрастает содержание токсичных металлов и галогенсодержащих соединений, особенно в г. Вологде. Суммарный канцерогенный риск от веществ, присутствующих в питьевой воде г. Вологды, составляет 2,01Е-04 (неприемлемый для населения в целом); в г. Череповце - 1,08Е-04 (верхний приемлемый уровень).

4. Степень потенциальной эпидемиологической опасности условий централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в г. Вологде и г. Череповце зависит от санитарного состояния водоисточника, технологии обработки и распределения питьевой воды; условий культурно-бытового водопользования и уровня коммунального благоустройства территории. Однако, определяет уровень микробного риска от питьевой воды преимущественно интенсивность бактериальной и вирусной контаминации ее в створах питьевых водозаборов и зонах рекреации, где формируется от 60 до 75% микробного риска.

Степень достоверности и апробация материалов исследования. Степень достоверности определяется значительным объемом проанализированных материалов по качеству воды водных объектов (р. Вологды, р. Шексны, Уводского водохранилища), проведенных натурных и экспериментальных исследований. Все исследования выполнены с использованием официально утвержденных методик и одобрены Локальным Этическим комитетом ГБОУ ВПО СЗГМУ им. И.И. Мечникова (протокол № 12 от 02.10.2013). Дизайн исследований, сроки наблюдения, статистическая обработка полученных результатов соответствуют требованиям доказательной медицины и поставленным задачам исследования.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях:

- XI Всероссийском съезде гигиенистов и санитарных врачей (Москва, 2012);

- Третьем съезде военных врачей медико-профилактического профиля Вооруженных Сил Российской Федерации «Достижения науки и практики в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия Вооруженных Сил Российской Федерации» (Санкт-Петербург, 2010);

- Пленумах Научных советов Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития РФ: «Методологические проблемы изучения, оценки и регламентирования биологических факторов в гигиене окружающей среды» (Москва, 2009); «Научно-методические и законодательные основы обеспечения генетической безопасности факторов и объектов окружающей и производственной среды в целях сохранения здоровья человека» (Москва, 2010);

- Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием: «Профилактическая медицина - 2011», посвященной 80-летию медико-профилактического факультета СПбГМА им. И.И. Мечникова (Санкт-Петербург, 2011); «Современные проблемы охраны окружающей среды и здоровья человека», посвященной 80-летию Г.В. Селюжицкого (Санкт-Петербург, 2012); «Профилактическая медицина - 2012» (Санкт-Петербург, 2012); «Актуальные проблемы гигиены», посвященной 100-летию кафедры общей и военной гигиены Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова, 65-летию з. д. н. РФ, д. м. н., профессора Валентины Васильевны Семёновой (Санкт-Петербург, 2013);

- Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия и охраны здоровья населения», посвященной 90-летию Государственной санитарно-эпидемиологической службы Российской Федерации (Смоленск, 2012);

- Региональных научных и научно-практических конференциях: «Актуальные проблемы медицины и биологии» (Санкт-Петербург, 2010); «Хлопинские чтения» (Санкт-Петербург, 2011); «Мечниковские чтения - 2011» (Санкт-Петербург, 2011); «Мечниковские чтения - 2012» (Санкт-Петербург, 2012).

Личный вклад автора. Личное участие автора осуществлялось на всех этапах работы. Автор непосредственно участвовал в сборе и анализе первичного материала, при проведении санитарно-химических, бактериологических, токсикологических и лабораторных исследований, при статистической обработке и оценке полученной информации. Самостоятельно рассчитал органолептический, канцерогенный и неканцерогенный, микробный риск здоровью населения от качества питьевой воды. Отдельные исследования (морфологические и альгологические) проводились с консультативной помощью д.м.н., профессора И.А. Даниловой, д.м.н. Г.Ф. Лутай, за что автор выражает глубокую благодарность. Доля участия автора в накоплении информации - 80%, в обработке результатов - 100%.

Публикации. По материалам исследования опубликовано 18 научных работ, в том числе 6 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает следующие разделы: введение; основную часть: обзор литературы (1-я глава), объекты, объем и методы исследований (2-я глава), собственные исследования (3 главы); заключение; список сокращений и условных обозначений; список литературы и приложения. Указатель литературы содержит 174 отечественных и 70 зарубежных источников. Диссертация изложена на 194 страницах машинописного текста, включает 24 рисунка, 43 таблицы, 30 приложений.

Основное содержание работы

В первой главе проведен анализ работ отечественных и зарубежных авторов, посвященных современным проблемам гигиенической безопасности хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Вторая глава посвящена материалам, объектам, объемам и методам исследования. Объектами натурной части работы были водоисточники р. Вологда и р. Шексна, Рыбинское и Уводьское водохранилища, технологии обработки питьевой воды и санитарно-техническое состояние распределительных сетей г. Вологды и г. Череповца, санитарное состояние их территорий; качество питьевой воды на различных стадиях ее обработки и доставки потребителю.

При формировании базы данных о качественном составе вод использовали данные многолетних наблюдений (2005-2010 гг.): Северо-Западного территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; Верхне-Волжского бассейнового водного управления; санитарно-гигиенического мониторинга ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Вологодской области»; данные лабораторий МУП ЖКХ «Вологдагорводоканал» и МУП «Водоканал» г. Череповца; а также результаты собственных санитарно-химических, санитарно-микробиологических и альгологических исследований проб воды.

В 90-суточном санитарно-токсикологическом эксперименте на 45 белых крысах-самцах с массой тела 170-180 г моделировали реальную ситуацию, характеризующую содержание хлороформа (ХЛФ) в питьевой воде г. Вологды и г. Череповца, как наиболее приоритетного из группы галогенсодержащих соединений (Трахтенберг И.М., Сова Р.Е., Шефтель В.О., Оникенко Ф.А., 1991). В течение всего эксперимента животные содержались в стандартных условиях вивария, питание их было идентичным и отвечало требованиям, предъявляемым к качеству и набору кормовых продуктов (Западнюк И.П., Западнюк Е.А., Захария Б.В., 1983; Каркищенко Н.Н., 2003). Животные были разделены на 3 группы по 15 животных в каждой: контрольная группа (контроль растворителя) и две опытные. В эксперименте использованы дозы хлороформа, равные их месячному поступлению с питьевой водой г. Вологды (2-я группа, 0,16 мг/кг,) и г. Череповца (3-я группа; 0,02 мг/кг). Исследуемое вещество вводили в подсолнечном масле перорально, внутрижелудочно с помощью металлического зонда 6 раз в неделю.

В санитарно-токсикологическом эксперименте использовали морфологические исследования тканей печени, почек, желудка и кишечника, органов, наиболее подверженных действию хлороформа. Умерщвление осуществлялось декапитацией под эфирным наркозом. Изучение гистологических структур внутренних органов подопытных животных проводили после парафиновой фиксации и окраски гематоксилин-эозином. Печень дополнительно окрашивали по Ван-Гизону. Был использован бинокулярный световой микроскоп C. Zeiss, со стандартными объективами Ч10, Ч20, Ч40 и окулярами Ч10. При подготовке тканей внутренних органов для электронной микроскопии, кусочки их фиксировали в 2,5% растворе глютаральальдегида на 0,1 м фосфатном буфере при pH 7,4. После дегидратации препараты заливали в эпон. Ультратонкие срезы получали на ультратоме LKB-III и просматривали в электронном микроскопе Y.E.M.-7А при ускоряющем напряжении 80 кВ.

Гигиеническая оценка условий хозяйственно-питьевого водоснабжения проводилась с учетом требований нормативно-методических документов:

ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора». СанПиН 2.1.5.980-00 - «Гигиенические требования к охране поверхностных вод»; СанПиН 2.1.4.1074-01 - «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества Оценка уровня микробного загрязнения водных объектов и питьевой воды проводилась по ГОСТ 18963-73 «Вода питьевая. Методы санитарно-бактериологического анализа» по ГОСТ 17.1.3.07-82 «Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков».

Исследования проводились на базе ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Вологодской области» с использованием методов атомно-абсорбционного (Hg; Pb; Cr⁶⁺; Zn), фотометрического анализа (Fe; Al), газовой и газо-жидкостной хроматографии (г-ГХЦГ (линдан); ДДТ; 2,4Д) и хромато-масс-спектрометрии (хлороформ, трихлорэтилен, дихлорбромметан, хлордибромметан) на основании МУК 4.1.646-96 «Методические указания по газохроматографическому определению галогенсодержащих веществ в воде»; МУК 4.1.649-96 «Методические указания по хромато-масс-спектрометрическому определению летучих органических веществ в воде».

Выполнено санитарно-химических анализов: 729 воды водоемов, 785 проб питьевых вод; санитарно-бактериологических исследований: 224 - воды водоемов; 370 - питьевых вод. Обследованы 2 системы централизованного водоснабжения (г. Вологда; г. Череповец). Дана оценка соответствия набора очистных сооружений классу водоисточника. Степень потенциальной эпидемической опасности (СПЭО) условий хозяйственно-питьевого водоснабжения оценивалась в соответствии с Методическими рекомендациями МР 2.1.10. 0031-11 «Комплексная оценка риска возникновения бактериальных кишечных инфекций, передаваемых водным путем» Оценка микробного риска проводилась по балльной оценке и на основе математической модели.

Оценка риска рефлекторно-ольфакторных эффектов проводилась в соответствии с методическими рекомендациями МР 2.1.4.0032-11 «Интегральная оценка питьевой воды централизованных систем водоснабжения по показателям химической безвредности».

Оценка безвредности воды по химическому составу в зонах питьевых водозаборов и питьевой воды проводилась с учетом уровня и структуры неканцерогенного и канцерогенного риска (Руководство по оценке риска Р 2.1.10.1920-04). В качестве приемлемых значений риска использовали уровни: для рефлекторно-ольфакторных реакций - 0,1; неканцерогенного риска -1; канцерогенного - 1,00Е-05.

Исследования качества поверхностных вод Уводьского водохранилища проводились по методикам, допущенным для целей государственного экологического контроля: Методика изучения биоценозов внутренних водоемов (1975); Вода. Контроль химической, бактериологической и радиационной безопасности по международным стандартам (Фомин Г.С., 2000); Определитель пресных водорослей СССР (Голлербах М.М., Косинская Е.К., Полянский В.И., 1953).

Отбор проб для изучения фитопланктона проводился с мая по ноябрь. Количественная обработка фитопланктона: определение структуры популяций, идентификация видов, стадии развития и подсчет средней численности проводились методом прямого микроскопирования. Численность клеток определялась с помощью микроскопа «Биолайн» и камеры Горяева. Видовое разнообразие определялось по М.М. Голлербаху (Голлербах М.М., Коссинская Е.К., Полянский В.И., 1953) и А.А. Гуревичу (1996). Всего выполнено санитарно-химических анализов - 380, обработано проб по фитопланктону - 53.

При обработке материалов использовали основные методы вариационной статистики: ретроспективный анализ, группировку по признакам, построение аналитических таблиц, графический метод; расчет относительных величин (экстенсивных, интенсивных показателей), расчет средних величин, корреляционный анализ, методы оценки достоверности результатов по критериям Стьюдента, Фишера, хи-квадрат (Иберла К., 1980; Максимов Г.К., Синицын А.Н., 1983). В качестве аналитических средств использовались программные продукты корпорации Microsoft: Windows XP Pro, MS Office 2007 с пакетом анализа; статистический пакет Statistica.

В третьей главе представлены результаты эколого-гигиенической оценки поверхностных водоисточников как объектов централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Дана гигиеническая оценка факторов, формирующих качество воды в зонах питьевых водозаборов (на примере гг. Вологды и Череповца). Система централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Вологды и г. Череповца базируется на поверхностных водоисточниках: р. Вологде, оз. Кубенском и р. Шексне. Река Вологда и р. Шексна относятся к Верхне-Волжскому водному бассейну. Озеро Кубенское - ледникового происхождения, лежит в заболоченной местности, мелководно. Воды р. Вологды и р. Шексны характеризуются малой минерализацией, бедностью катионно-анионного состава, повышенным содержанием солей железа, марганца, гумусовых соединений, что определяет значительный уровень цветности, бихроматной и перманганатной окисляемости воды, является базой для образования галогенсодержащих соединений в процессе обеззараживания воды хлором (Красовский Г.Н.; Егорова Н.А., 1987).

Существенно изменяет качество природных вод сброс сточных вод. Высок уровень бактериального загрязнения воды рек, о чем свидетельствует наличие бактерий группы кишечной палочки (ОКБ - 5,6Ч10⁴±8,92Ч10³ и 142,96±37,82 КОЕ/ 100 мл соответственно), колифагов (88,59±20,59 и 4,37±1,58 БОЕ/ 100 мл), антигенов рота- и энтеровирусов.

В районе водозабора г. Череповца ощущается влияние Череповецкого промышленного комплекса. В створе водозабора г. Вологды - целлюлозно-бумажных предприятий г. Сокола. В период ежегодного обратного расхода воды р. Сухоны, створ водозабора г. Вологды подвергается массивному загрязнению компонентами промышленных сточных вод (лигносульфонатами, спиртами, альдегидами, органическими кислотами, фенолами, галогенсодержащими соединениями). В створах питьевых водозаборов гг. Вологды и Череповца установлено наличие веществ как с органолептическим, так и токсикологическим ЛПВ. Сумма отношений веществ как с органолептическим, так и с токсикологическим ЛПВ к их ПДК почти в три раза превышала допустимый уровень (не более 1). В водозаборах обоих городов присутствуют чрезвычайно опасные и высокоопасные соединения, более половины которых (57-61%) представлено: мышьяком, токсичными металлами, группой галогенсодержащих соединений и пестицидами. При этом доля веществ, обладающих канцерогенным действием как в водозаборе г. Вологды, так и г. Череповца достигает 70,5%.

Уровень токсикологической опасности в водозаборе г. Череповца определяется наличием ТМ (свинца, кадмия, никеля, ртути) и мышьяка.

В створе водозабора г. Вологды приоритетными факторами, определяющими токсикологическую опасность, являются ТМ (свинец, ртуть, хром⁶⁺), мышьяк и ГСС (дихлорэтан, трихлорэтилены и четыреххлористый углерод). Кроме целлюлозно-бумажных предприятий (ЦБП), существенный вклад в формирование столь опасного загрязнения р. Вологды могут вносить процессы обеззараживания питьевых и сточных вод хлором. Уровень загрязнения ГСС р. Шексны существенно меньше, так как технология водоподготовки в г. Череповце исключает первичное хлорирование и соответственно уменьшает сброс в р. Шексну хлорированного материала. По классификации ГОСТ 2761-84 р. Вологда и р. Шексна, как источники хозяйственно-питьевого водоснабжения, отнесены по степени санитарной опасности к водным объектам 3 класса.

Уровень как суммарного канцерогенного (CR), так и общего неканцерогенного риска (HI), обусловленный качеством воды из створов питьевых водозаборов г. Вологды и г. Череповца, превышал приемлемые величины и составлял для г. Вологды CR - 1,46E-04; HI - 1,7 (взрослые), HI - 3,98 (дети); для жителей г. Череповца CR - 1,16E-04; HI - 1,97 (дети).

Риск от компонентов питьевой воды для здоровья населения является многофакторным, его уровень в зонах питьевых водозаборов определяется не только сбросом сточных вод, но и внутренними процессами в водоеме, приводящими к вторичному загрязнению и эвтрофированию водной среды. Проведена комплексная оценка санитарно-гигиенических последствий эвтрофикации поверхностных вод Уводьского водохранилища по сезонам года, предложены критерии их оценки.

Процесс эвтрофикации носит сезонный характер и зависит от температуры воды. Однако, фактором, определяющим уровень трофности поверхностных вод, является концентрация азота и фосфора и их соотношение. Наибольшие концентрации биогенных веществ фиксируются в весенний период. По сезонам года меняется и соотношение N:P, что является решающим условием развития сине-зеленых водорослей (Булгаков Н.Г., Левич А.П., 1995). Особенно существенно изменяется (уменьшается) величина соотношения NH3:P и NO2:P, к концентрации которых особенно чувствительны сине-зеленые водоросли (Костеев В.Я., 1986).

Изменение соотношения N:P сопровождалось изменением количественного и видового состава фитопланктона. Альгофлора активно увеличивалась в мае, достигая максимума в июле - августе, и снижалась в сентябре - октябре месяце (рисунок 1). В августе месяце при наименьшем соотношении N:P доминирующее положение занимали сине-зеленые водоросли (от 1,8 Ч 10³ до 5,45 Ч 10⁶ кл/мл).

Рисунок 1 Сезонная динамика альгофлоры в зависимости от распределения биогенных элементов

Изменение трофности водоема сопровождалось ухудшением органолептических и санитарно-химических показателей качества воды: увеличивалась цветность, мутность воды, изменялась окраска от светло-желтой до интенсивно-зеленой; отмечалось увеличение величины БПК_полн.; перманганатной окисляемости (ПО) и ХПК. О нарушении самоочищающей способности водоема по мере увеличения трофности свидетельствовало уменьшение соотношения ОМЧ20^оС/ОМЧ37^оС и содержания растворенного в воде кислорода. Эвтрофикация поверхностных вод сопровождалась образованием фенолов (до 5-8 ПДК) и формальдегида (2,2-8,8 ПДК).

По мере развития альгофлоры увеличивался уровень органолептического риска от компонентов воды, который превышал приемлемый во все периоды наблюдения, достигая максимальной величины в июле - августе (высокий, чрезвычайно высокий уровень трофности) и оставался в пределах неприемлемого до октября - ноября месяца. Неканцерогенный риск, рассчитанный по формальдегиду, не превышал 1. Однако его динамика свидетельствовала об увеличении токсикологической опасности поверхностных вод по мере их эвтрофирования.

При оценке водохранилищ как источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения было отмечено изменение класса водоисточника от 1-го в мае - июне, до 3-го в августе (ГОСТ 2761-84). Комплексный анализ сезонной динамики санитарно-гигиенических и альгологических показателей позволил выделить 4 степени эвтрофикации водных объектов, соответствующие 4 уровням санитарной опасности по классификации Г.Н. Красовского, Н.А. Егоровой (1987) (таблица 1).

Таблица 1

Классификация эвтрофированных водоемов по степени санитарной опасности

К наиболее приоритетным показателям, характеризующим степень изменения качества вод отнесены критерии: отношение N:P, цветность, мутность, индекс самоочищения, уровень развития фитопланктона с учетом водорослей - доминантов. С учетом прямой и опосредованной опасности воды для здоровья населения и целевого назначения водоемов даны рекомендации по их использованию (рисунок 2).

Рисунок 2 Рекомендации по целевому использованию эвтрофированных водоемов

Расчет риска от качества воды, отобранной из питьевых водозаборов г. Вологды и г. Череповца подтверждает более высокий уровень токсикологической опасности и возможных отрицательных психоэмоциональных реакций среди населения г. Вологды.

Глава четвертая посвящена комплексной гигиенической оценке типовых технологий водоподготовки и распределения питьевой воды.

Комплекс очистных сооружений водопровода (ОСВ) в г. Вологде построен по традиционной технологической схеме, расположен в северо-западной части города, в промышленной зоне. Основной источник - р. Вологда. Во время паводка используется дополнительный водозабор на оз. Кубенском. Исходная вода поступает на микрофильтры, далее направляется в смеситель дырчатого типа, куда подаются реагенты: полиакриламид (перед первой камерой); коагулянт одновременно с известью перед третьей; угольная пульпа (в трубопровод). Вода обеззараживается жидким хлором, поступает на 6 осветлителей-рециркуляторов и отводится на скорые однослойные фильтры и поступает в резервуар чистой воды, перед которым хлорируется.

Источником водоснабжения г. Череповца служит Шекснинский русловой участок Рыбинского водохранилища. В состав ОСВ входят две водоочистные станции. Станция № 1 с одноступенчатой схемой очистки включает: блок барабанных сеток, контактные осветлители (24 шт.), хлораторную, станцию ультрафиолетового обеззараживания (4 установки). Станция № 2 имеет двухступенчатую схему очистки, в состав ее входят: блок барабанных сеток, осветлители-рециркуляторы (24 шт.), скорые фильтры (13 шт.), станция ультрафиолетового обеззараживания.

Использование порошкообразных сорбентов (5-10 мг/л) в системе осветлителей-рециркуляторов обеспечивает надежную барьерную защиту очищенной воды от специфических загрязнений; УФ-обеззараживание позволяет отказаться от предварительного хлорирования воды и снизить образование высокотоксичных ГСС.

Водораспределительные системы г. Вологда и г. Череповца замкнутые, без тупиковых точек, значительную часть их составляют стальные и чугунные трубопроводы высокой степени изношенности. Как в г. Вологде, так и в г. Череповце весь жилой сектор снабжается от единого комплекса ОСВ. Протяженность водопроводной сети города Вологды - более 600 км, 50% её имеет износ от 60% до 100%; 21% - от 40% до 60%; высока аварийность сети. Протяженность сетей водопровода в г. Череповце - 420 км, сеть разделена на четыре зоны, которые соответствуют территориальным районам: Индустриальный, Первомайский, Северный и Зашекснинский. Физический износ сетей составляет: 75% в Индустриальном районе, 50-60% - в Северном и Первомайском районах и около 40% в Зашекснинском районе. Наиболее аварийными являются вводы водопровода в жилые дома.

Выявлены механизмы и факторы, определяющие качество питьевой воды в процессе ее обработки на ОСВ и доставки потребителю. ОСВ г. Вологды обеспечивают требования эпидемической безопасности воды, но не гарантируют требований по показателям «благоприятность» и «безвредность». Неблагоприятные органолептические свойства очищенной воды формируются за счет соединений железа, алюминия и фенолов. Использование первичного хлорирования на ВОС г. Вологды способствует активному образованию ГСС, расширяет их спектр за счет дополнительного образования бромсодержащих веществ (бромоформа, хлор- и дихлорбромметана). Уровень риска от качества обработанной воды в г. Вологде определяется мышьяком (83%) и ГСС (16%). Суммарный канцерогенный риск от качества воды перед подачей ее в распределительную сеть г. Вологды для взрослого населения - 1,22Е-04, для детей - более 1,00Е-06, но менее 1,00Е-04, что соответствует предельно допустимому риску.

В г. Череповце технология водоподготовки дополнена установками ультрафиолетового обеззараживания (УФО), что улучшает ее органолептические и физические показатели качества, способствует уменьшению доз хлора и образованию геноопасных соединений. В г. Череповце величина риска от химических веществ воды, подаваемой в сеть, была в пределах допустимого (CRхлф. - 4,66E-06 для взрослых и 2,18Е-06 - для детей; HIобщий - 0,469 и 1,095 соответственно).

Существенно изменяется качество воды в распределительной сети как г. Вологды, так и г. Череповца. Органолептические свойства воды в г. Вологде ухудшаются за счет увеличения цветности, мутности, содержания железа, цинка, нефтепродуктов и фенолов. В г. Череповце эти изменения обусловлены накоплением цинка, алюминия и ПАВ.

Вода из распределительной сети г. Вологды в отдельные периоды опасна в эпидемическом отношении, что подтверждается наличием в ней общих колиформных бактерий, термотолерантных форм и колифагов, в отдельные периоды - вирусов гепатита А, энтеро- и ротавирусов (2005-2006 гг.). Процент неудовлетворительных проб по микробиологическим показателям в г. Вологде составляет от 3 до 13 %.

В процессе транспорта питьевой воды увеличивается ее токсикологическая опасность (рисунок 3), как в г. Вологде, так и в г. Череповце и формируется за счет соединений мышьяка, токсичных металлов и галогенсодержащих соединений, особенно в г. Вологде. В питьевой воде г. Вологды постоянно присутствуют мышьяк, токсичные металлы (свинец, кобальт, шестивалентный хром) и ГСС (трихлорэтилен, хлороформ, 1,2-дихлорэтан, дихлорбромметан). Каждый житель г. Вологды за сутки получает ГСС в 8 раз больше, чем жители Череповца. В распределительной сети г. Череповца значимыми остаются мышьяк, хлороформ, трихлорэтилен и алюминий.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 Динамика токсикологического риска от веществ, присутствующих в воде, на разных этапах водоподготовки
в гг. Вологде и Череповце

Суммарный канцерогенный риск от веществ, присутствующих в питьевой воде г. Вологды, соответствует 3 диапазону (неприемлемый для населения в целом) и составляет - 2,01Е-04. В г. Череповце значение CR, обусловленного воздействием компонентов питьевой воды, для взрослых составило - 1,08Е-04 (верхний приемлемый уровень). Для детей в обоих городах величина суммарного CR соответствовала приемлемому уровню (более 1,00Е-06, но менее 1,00Е-04). С учетом уровня суммарного популяционного канцерогенного риска (PCR), обусловленного качеством питьевой воды, можно прогнозировать появление среди населения г. Вологды 58-ми дополнительных случаев ЗНО, г. Череповца - 33.

Уровень неканцерогенного риска от компонентов питьевой воды г. Вологды оценивается как неприемлемый, существует высокая вероятность заболеваний, особенно среди детского населения г. Вологды, ЦНС, почек, печени, кожи, гормональной, иммунной, сердечно-сосудистой, нервной систем, ЖКТ, болезней крови, развития (1,1?HI?5,5). Приоритетным компонентом риска от качества питьевой воды в г. Череповце является мышьяк. Вероятность развития неблагоприятных эффектов у взрослого населения г. Череповца характеризуется как невысокая (0,4?HI?1,6).

Результаты санитарно-токсикологического эксперимента показали, что пероральное введение белым крысам хлороформа с учетом месячной экспозиционной нагрузки для жителей г. Вологды и г. Череповца приводит к достоверным, морфологически подтвержденным посттоксическим изменениям тканей внутренних органов подопытных животных. Выраженность и локализация морфологических изменений у животных 2-й и 3-й групп достоверно различалась. Их интенсивность, частота, распространенность имели необратимый характер и достоверно преобладали у животных, получавших ХЛФ в дозах, равных месячной нагрузке жителей г. Вологды. Использованный в эксперименте токсикант имел наибольший тропизм к тканям печени и почек белых крыс. При ведении ХЛФ в дозе 0,16 мг/кг (г. Вологда) в тканях печени 53,3% животных (8 из 15 белых крыс) отмечались разнообразные (дистрофические, гемодинамические, воспалительные) паренхиматозные, стромальные, интрадуктальные изменения. У животных 3-й группы (ХЛФ - 0,02 мг/кг) отмечались преимущественно компенсаторные морфологические изменения в тропных органах (печень, почки).

Глава пятая посвящена сравнительной оценке потенциальной эпидемической опасности условий хозяйственно-питьевого водоснабжения населения г. Вологды и г. Череповца. Выявлены особенности формирования микробного риска от воздействия питьевой воды в г. Вологде и г. Череповце на пути ее от водоисточника до потребителя. Уровни микробного риска от качества воды р. Вологды в зонах питьевого водозабора и рекреаций являются основными факторами, формирующими микробный риск в г. Вологде. Это подтверждает высокий процент проб воды с числом ОКБ, превышающий допустимый уровень (32,6% в зонах водозабора, 62,6% - зонах рекреации), а также регулярное обнаружение в зоне водозабора возбудителей холероподобных вибрионов (8% проб), вирусов гепатита А, энтеро- и ротавирусов (2005-2006, 2009 гг.); в отдельные периоды - сальмонелл (2009 г.). В г. Череповце уровень микробного риска от качества воды, отобранной из зон водозабора и рекреаций ниже, процент неудовлетворительных проб не превышает 15,5%.