- •10. Экологическое и гигиеническое нормирование воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения
- •10.1. Цели и задачи экологического и гигиенического нормирования. Основные принципы
- •10.2. Гигиеническое нормирование химических веществ в атмосферном воздухе населенных мест
- •10.3. Гигиеническое нормирование и оценка качества вод
- •10.4. Гигиеническое регламентирование химических веществ в почве
- •10.5. Гигиеническое нормирование химических веществ в продуктах питания
10.3. Гигиеническое нормирование и оценка качества вод
Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования, при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.
Особенности нормирования качества водной среды обусловлены несколькими факторами.
-
С гигиенических позиций оценивается уровень загрязнения воды, предназначенной для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
-
Нормативы качества воды распространяются не на весь объект водопользования, а только на пункты водопользования населения.
-
Вода используется населением не только для питья, приготовления пищи, личной гигиены, но и для хозяйственно-бытовых и рекреационных целей. В связи с этим при нормировании учитываются как непосредственное влияние химических загрязнителей на организм (санитарно-токсикологический показатель вредности), так и влияние на органолептические свойства воды (органолептический показатель вредности и на процессы самоочищения воды водоемов (общесанитарный показатель вредности).
-
Для всех водных объектов, используемых населением (поверхностные и подземные воды, питьевая вода, вода систем горячего водоснабжения), устанавливаются единые гигиенические нормативы (ПДК, ОДУ).
К особенностям гигиенического нормирования химических веществ в водной среде относится необходимость исследования стабильности химических соединений, процессов их трансформации. При этом проводится оценка влияния на водный объект и организм млекопитающих не только исходных веществ, но и продуктов их деструкции и трансформации.
В качестве предельно допустимой концентрации в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) принимается концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь, промысловых.
Нормирование качества воды состоит в установлении для воды водного объекта совокупности допустимых значений показателей ее состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения, благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта.
Содержание загрязняющих веществ в воде нормируется исходя из вида водопользования. Различают хозяйственно-питьевое, культурно-бытовое и рыбохозяйственное водопользование.
К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для снабжения предприятий пищевой промышленности.
К культурно-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха населения. Требования к качеству воды, установленные для культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест.
Рыбохозяйственные водные объекты могут относиться к одной из трех категорий.
К высшей категории относят места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого типа для разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений.
К первой категории относят водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода.
Ко второй категории относят водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.
Предельно допустимая концентрация вещества в воде хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования устанавливается с учетом трех показателей вредности: органолептического, общесанитарного и санитарно-токсикологического.
Предельно допустимая концентрация вещества в водоемах рыбохозяйственного водопользования (ПДКвр) устанавливается с учетом пяти показателей вредности: органолептического, санитарного, санитарно-токсикологического, токсикологического и рыбохозяйственного.
Органолептический показатель вредности характеризует способность вещества изменять органолептические свойства воды. Общесанитарный определяет влияние вещества на процессы естественного самоочищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием естественной микрофлоры. Санитарно-токсикологический показатель характеризует вредное воздействие на организм человека, а токсикологический показывает токсичность вещества для живых организмов, населяющих водный объект. Рыбохозяйственный показатель определяет предельную концентрацию вещества, которое может присутствовать в водном объекте без видимого ущерба для промысловых рыб.
Критериями загрязненности воды является ухудшение ее качества вследствие изменения органолептических свойств и появление веществ, вредных для человека, животных, птиц, рыб, кормовых и промысловых организмов, а также повышение температуры воды, изменяющей условия для нормальной жизнедеятельности водных организмов.
Важнейшей водоохранной задачей в условиях промышленной и хозяйственной деятельности общества является установление допустимых нагрузок на водные объекты при водопользовании и во-допотреблении.
Водопотребление - это использование воды, связанное с изъятием ее из водных объектов или с забором воды из системы водоснабжения. Различают безвозвратное водопотребление, водопотребление с частичным возвратом, водопотребление с полным возвратом.
Водопользование - это использование воды без изъятия её из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием или с возвращением в источник водозабора в загрязненном состоянии. Различают две основные категории водопользования:
-
хозяйственно-питьевое и коммунальное;
- токсикологический лимитирующий показатель, влияющий на организм человека и обитающих в воде животных.
Для водных объектов культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения приоритетными являются токсикологический, общесанитарный и органолептический лимитирующие показатели, а для водных объектов рыбохозяйственного назначения - в основном токсикологический лимитирующий показатель. -
При наличии нескольких веществ, относящихся к одной группе лимитирующего показателя вредности, содержание загрязняющего вещества должно соответствовать условию формулы:
m
X=Σ Ci/ПДКi
i-1
где X - содержание загрязняющего вещества;
Сi - средняя концентрация i-ro вещества;
ПДКi - предельно допустимая концентрация того же вещества;
m - общее количество веществ данной группы лимитирующего показателя вредности, находящегося в воде исследуемого водного объекта.
Нормативный подход является начальным шагом оценки состояния воды, позволяющим быстро и с небольшими затратами определить приоритетные загрязнители и выработать практические рекомендации по снижению или устранению негативных последствий загрязнения воды.
Однако он не учитывает проявлений синергизма и антагониз- ма при совместном воздействии загрязняющих веществ. Это особен- но касается случаев, когда загрязняющие вещества присутствуют в. концентрациях, приближающихся к значениям ПДК, и такая вода употребляется длительное время. i
Установлено, что долговременный эффект низких доз может иметь более пагубное влияние на популяцию водных организмов, чем острое, но кратковременное токсическое воздействие. Кроме того, каждый водоем уникален из-за больших различий в химическом составе, скорости перемешивания, температурного режима, вертикальной зональности водной массы и других характеристик.
К существенным недостаткам нормативного подхода относится недостаточность экспериментальных наблюдений при установлении значений ПДК. Прогноз состояния воды на основе нормативного подхода невозможен.
Важнейшим элементом изучения литосферы является оценка экологического риска, связанного с состоянием водных объектов, для населения, гидробиоты и биоты в целом, а также для отдельных ее элементов (например, для леса).
Оценка степени загрязнения подземных и поверхностных вод и экологического риска осуществляется по различным химическим, физическим и биологическим показателям. Для совокупной оценки опасных уровней загрязнения водоемов используется суммарный показатель химического загрязнения - ПХЗ](), определяемый по 10 максимально превышающих ПДК веществам. Этот показатель особенно эффективен в тех случаях, когда химическое загрязнение наблюдается сразу по нескольким ингредиентам, каждый из которых многократно превышает ПДК. Расчет ПХЗ|0 производится по формуле:
ПХЗ10= С1/ПДК1+С2/ПДК2+…+С10/ПДК10
где С - концентрация веществ в воде;
ПДК - предельные концентрации веществ, установленные для рыбного хозяйства.
Если ПХЗ10 равен 1, то это соответствует фоновым условиям состояния водного объекта. Кризисной ситуации соответствуют значения ПХЗ10 в интервале от 1< до < 10, катастрофической ситуации (экологическому бедствию) - значения ПХЗ10 более 10.
Разработаны обобщенные критерии качества воды, примером которых может служить так называемый индекс загрязненности вод (ИЗВ), используемый в системе Росгидромета. Он рассчитывается как среднее из превышений ПДК по 6 ингредиентам: кислороду, органическим веществам (БПК.) и четырем ингредиентам с наибольшим превышением ПДК:
6
ИЗВ=1/6 Σ Ci/ПДКi
i=1
где Сi- концентрация одного из 6 ингредиентов;
ПДКi - ПДК этого вещества.
Некоторые критерии степени загрязнения поверхностных вод применительно к выделению зон экологического кризиса и экологического бедствия представлены в таблице 17.
Таблица 17
Индекс загрязненности вод
Величины ИЗВ |
Состояние воды |
Класс |
Меньше 0,3 |
Очень чистая |
1 |
0,3-1,0 |
Чистая |
2 |
1,0-2,5 |
Умеренно загрязненная |
3 |
2,5-4,0 |
Загрязненная |
4 |
4,0 - 6,0 |
Грязная |
5 |
6,0 - 10,0 |
Очень грязная |
6 |
Более 10,0 |
Чрезвычайно грязная |
7 |
Установлено, что достаточно объективным интегральным показателем качества воды является энтропийный показатель. Чем выше энтропия системы «вода-примеси», тем больше примесей в воде содержится. Наиболее низкой энтропией обладают чистые воды. Энтропийный показатель в Отличие от общепринятых показателей позволяет дать совместную интегральную оценку загрязненности воды растворенными веществами, находящимися как в ионной, так и в молекулярно растворенной форме. Это свойство позволяет сравнивать воды различного состава, не применяя сравнение с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), что намного упрощает оценку качества воды.
Применение энтропийного метода в оценке водных систем позволяет достаточно легко выявлять источники загрязнения, оценивать интенсивность процесса загрязнения или самоочищения воды и ее разбавления. Энтропийный метод достаточно легко реализуем в современных условиях и может быть автоматизирован.
Для определения энтропии системы «вода - примеси» могут быть использованы следующие методы:
-
химический метод, где энтропия системы определяется расчетом по результатам химического анализа воды;
-
калориметрический метод, где энтропия системы определяется с помощью калориметрических исследований;
-
физико-химический метод, где энтропия системы рассчитывается на основе измерения физико-химических свойств водного раствора.
В последние годы для оценки экологического риска питьевых, грунтовых, поверхностных и сточных вод широко используются гидробиологические индикаторы. Например, для определения острой и хронической токсичности вод в качестве тест-объектов используют ракообразные дафнии и цериодафнии (Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis, Cladocera, Crustacea).
Критерием острой токсичности служит гибель 50% и более дафний или цериодафнии за 48 часов в исследуемой воде при условии, что в контроле гибель не превышает 10%. В экспериментах по установлению острого токсического действия определяют:
-
среднюю летальную концентрацию отдельных веществ, вызывающую гибель 50% и более тест-организмов;
-
безвредную (не вызывающую эффекта острой токсичности) концентрацию отдельных веществ, вызывающую гибель не более 10% тест-организмов.
Хроническое токсическое действие исследуемой воды определяется по смертности и изменению плодовитости дафний или цериодафнии за период 7 и более суток в исследуемой воде по сравнению с контролем. Критерием хронической токсичности служит гибель 20% и более тест-организмов или достоверное отклонение в плодовитости из числа выживших по сравнению с контролем.
Токсичность питьевых, грунтовых, поверхностных и сточных вод определяют также по снижению уровня флюоресценции хлорофилла и снижению численности клеток зеленых протококковых водорослей (Scenedesmus quadricauda) в лабораторных условиях. Критерием острой токсичности является подавление уровня флуоресценции хлорофилла у водорослей на 50% и более по сравнению с контролем в течение 96-часовой экспозиции. Безвредной считается проба воды, содержащая смесь веществ, вызывающих снижение уровня хлорофилла или численности клеток водорослей не более чем на 20% по сравнению с контролем за 96 часов экспозиции.
В качестве биологических индикаторов загрязнения используются также рыбы. Рыбы являются наиболее подходящими объектами исследования, позволяющими оценить процессы трансформации водоемов. Показатели состояния популяций и организмов рыб отражают состояние окружающей- среды и могут быть использованы для ее оценки.
Важной составляющей оценки экологического риска является прогнозирование качества вод водоемов суши. В настоящее время используются два основных подхода к прогнозированию качества воды. Первый из них основан на предположении о сохранении во времени тенденции развития основных процессов, происходящих в водных объектах в период их изучения. В этом случае определяется тренд и применяются методы экстраполяции. Второй подход базируется на математическом описании или физическом изучении гидродинамических, физико-химических и других процессов, протекающих в водоемах, и определении закономерностей изменения состояния водных объектов в результате смены основных факторов их функционирования. Во втором случае основными методами прогнозирования выступают методы математического моделирования.
Экстраполяция изученных закономерностей изменения качества воды возможна лишь при наличии относительно длительного периода наблюдений и стационарного режима функционирования водоема. Моделирование позволяет анализировать изменение состояния водных объектов без производства длительных полевых исследований, позволяет прогнозировать динамику изменения экологического статуса водных объектов и отдельных компонентов этого статуса. Существенным направлением математического моделирования является создание моделей горизонтальных и вертикальных переносов токсичных загрязнений в природных водах, их химических превращений в воде и донных осадках, моделей сорбции-десорбции различных веществ на донных осадках, на взвешенных частицах природных вод и т.п. Поэтому математические модели нашли широкое применение в практике прогнозирования и оценки экологического риска. Они дают возможность учитывать различные факторы формирования качества 232 воды, динамику распространения загрязнений и их трансформацию во времени, морфологические особенности водоемов.