Библиотечный каталог авторефератов Украины

Міністерство охорони здоров’я України

Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького

ЛОТОЦЬКА-ДУДИК  УЛЯНА  БОГДАНІВНА

                УДК: 614.777:628.192:628.33

ГІГІЄНІЧНА ОЦІНКА  ПАЛИВНИХ ШЛАКІВ

ЯК ФІЛЬТРУВАЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ

СТАНЦІЙ ВОДООЧИЩЕННЯ

14.02.01 – гігієна

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

Львів - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Львівському національному медичному університеті імені

Данила Галицького МОЗ України.

Науковий керівник: доктор медичних наук, професор

Маненко Алек Костянтинович

Львівський національний медичний університет імені   

Данила Галицького МОЗ України, професор кафедри 

гігієни та профілактичної токсикології з курсом

гігієни   ФПДО

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор

Кондратюк Володимир Андрійович

Тернопільська державна медична академія імені

І.Я. Горбачевського МОЗ України, завідувач кафедри загальної гігієни

доктор медичних наук, професор

Безкопильний Іван Никифорович

Львівський науково-дослідний інститут епідеміології і гігієни МОЗ України, головний науковий

співробітник лабораторії санітарної токсикології

Провідна установа: Національний медичний університет імені О.О. Богомольця МОЗ України, м. Київ.

Захист відбудеться “ 10 ”  березня 2004 р. о 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.600.03 у Львівському національному медичному університеті імені Данила Галицького МОЗ України за адресою 79010, м. Львів, вул. Пекарська, 69.

       З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Львівського національного медичного університету імені Данила Галицького МОЗ України за адресою: 79000, м. Львів, вул. Січових Стрільців, 6.

       Автореферат розісланий  “   2  ”  лютого 2004 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                     Федорів Я.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забезпечення населення якісною питною водою сьогодні належить до найважливіших медико-екологічних проблем. В основі всезростаючого дефіциту кондиційної питної води лежить посилення антропогенного тиску на водні ресурси, що спричиняє інтенсивне хімічне, біологічне та радіаційне забруднення діючих і потенційних джерел водопостачання, стан котрих значною мірою визначає якість питної води (Мильнер А.А., Резников Г.Д., 1996; Raucher R., 1996; Рахманин Ю.А. и соавт., 1999; Прокопов В.А. и соавт., 1999; Leder K. et  al.,  2003).

Стійка тенденція до погіршення якості води джерел питного водопостачання, що супроводжує зниження гігієнічних характеристик питної води, викликає особливу стурбованість у світової спільноти. Тому не випадково ВООЗ серед комплексу найбільш важливих соціальних проблем на перший план висуває вирішення питання питного водопостачання як невід’ємної частини реалізації програми здоров’я людини.

Третя Всесвітня конференція з охорони здоров’я та довкілля, що відбулася у Лондоні (1999), прийняла Протокол з проблем води і здоров’я,  метою якого є попередження, контроль і скорочення частоти хвороб, пов’язаних із споживанням води, за рахунок поліпшення співробітництва в таких галузях як управління водопостачанням, охорона здоров’я і навколишнього середовища. Всі вищеназвані аспекти вимагають серйозного осмислення і формування міждисциплінарного підходу до становлення безпечного господарсько-питного водокористування, тобто вироблення нових стратегії та тактики по отриманню “чистої” питної води, об’єднаних пріоритетом здоров’я населення (Гончарук Е.И., 1990; Курик М.В., 1994; Тимченко О.І. і співавт., 2000).

       Серед шляхів, спрямованих на вирішення проблеми якісного питного водопостачання, пріоритетним є модернізація та інтенсифікація процесів очищення води на станціях водопідготовки (Фоминых А.М., Фоминых В.А., 1992; Сойфутдінов М.М., 1995; Пантелят Г.С. та співавт., 1997;  Прокопов В.А. і співавт., 1999).

Водоочищення складається з декількох етапів, серед яких чільне місце займає фільтрування через фільтрувальні матеріали. Ефективність цього процесу тісно пов’язана з вибором зернистого завантаження, що становить у певній мірі гігієнічну проблему. Тому пошук і впровадження в практику водопідготовлення високоякісних фільтрувальних матеріалів є досить важливим та актуальним (Thofern U., 1994; Порядин А.Ф., 1999; Сперанський П.В., Сперанський В.С., 2001). Дефіцит природнього фільтрувального матеріалу - кварцевого піску активізував питання щодо його замiни, у зв’язку з чим широкого впровадження набули  мiсцевi зернисті матерiали. Проте їх безконтрольне застосування може призвести до порушення режиму експлуатації очисних водопровідних споруд, змiни хiмiчного складу i властивостей води, яка очищується, що в подальшому вплине на здоров’я населення. Це пояснює необхiднiсть попередньої оцiнки обраного фільтрувального матерiалу в гiгiєнiчному аспекті та обгрунтування умов його використання в практиці господарсько-питного водопостачання.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації затверджена на засіданні Вченої ради медико-профілактичного факультету Львівського державного медичного інституту (Протокол №10 від 19.06.96) та є фрагментом науково-дослідної роботи кафедри гігієни та профiлактичної токсикології Львівського національного медичного університету iмені Данила Галицького "Розробка заходiв щодо профiлактики забруднення довкiлля важкими металами та iншими ксенобіотиками" (№ державної реєстрації 0197U000591).

Мета роботи – на основі гігієнічної оцінки паливних шлакiв вогненно-рiдинного видалення Бурштинської, Приднiпровської, Луганської та Змієвської ДРЕС обгрунтувати можливість застосування цих матеріалів як фільтрувального завантаження швидких фiльтрiв станцiй водопідготовки для очищення води вiд антропогенних забруднень.

Задачі дослідження. У вiдповiдностi до поставленої мети були сформулювані наступні завдання:

1. Дати санiтарно-гігієнiчну оцінку якості води, яка контактувала зі шлаками, на основі органолептичних, санiтарно-хiмiчних, радіологічних та бактеріологічних досліджень.
2. Дослідити вплив водних витяжок шлакiв на організм теплокровних тварин (у хронiчному санітарно-токсикологічному експерименті) та на життєдiяльнiсть біологічних тест-об’єктiв.
3. Оцінити бар’єрну роль паливних шлаків по відношенню до хімічних та мікробіологічних забруднень води.
4. Впровадити в практику водопідготовлення технологію очищення води з використанням паливних шлаків як зернисте фільтрувальне завантаження для швидких фільтрів.

Об’єктом дослідження є якість води, що контактувала з досліджуваними шлаками, за санітарно-хімічними, токсикологічними, мікробіологічними та радіологічними показниками.

Предметом дослідження є гігієнічна оцінка фільтрувальних властивостей паливних шлаків Бурштинської, Луганської, Придніпровської та Змієвської ДРЕС, отриманих методом вогняно-рідинного видалення.

Методи дослідження. У відповідності до програми роботи був виконаний комплекс гігієнічних досліджень, що включав санітарно-гігієнічні, санітарно-хімічні, бактеріологічні, альгологічні, радіологічні, токсикологічні та статистичні методи вивчення.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше вдосконалено методологію санітарно-гігієнічної експертизи щодо можливості застосування фiльтрувальних матерiалів, зокрема паливних шлаків, у практиці господарсько-питного водопостачання. Комплекс виконаних санiтарно-гігiєнiчних, бактеріологічних та радіологічних досліджень води, що контактувала зі зразками фільтрувального матеріалу, дозволив встановити відсутність впливу досліджуваних шлаків на її якісні характеристики.

Одержано результати щодо оцінки токсичності та канцерогенності водних витяжок шлакiв. Математично обгрунтовано та експериментально доведено, що довготривале споживання води, яка контактувала з паливними шлаками не призводить до розвитку патологічних станів в організмі теплокровних тварин та біологічних тест-об'єктiв (Роесilla reticulata). Розраховано індивідуальний та популяційний пожиттєвий канцерогенний  ризик для здоров’я  населення, що споживатиме воду, профільтровану через досліджувані матеріали.

Встановлена ефективність фільтрувальних властивостей паливних шлаків по відношенню до забруднювачів, що впливають на органолептичні та бактеріологічні показники якості води.

Практичне значення одержаних результатів. На основі проведених досліджень розроблено токсикологічний паспорт та технічні умови на паливні шлаки вогненно-рiдинного видалення Бурштинської, Приднiпровської, Луганської та Змiєвської ДРЕС. Отримано дозвіл МОЗ України на використання цих матеріалів у практиці водопідготовлення (№ 5.05.07-94/1861 від 28.03.2001). Результати дисертаційних досліджень впроваджені в роботу відділення комунальної гігієни Львівської Обл СЕС та навчальний процес кафедри гігієни та профілактичної токсикології з курсом гігієни факультету післядипломної освіти для слухачів передатестаційних циклів Львівського національного медичного університету імені Данила Галицького.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто проведено аналітичний огляд літератури з даної проблематики; виконано комплекс санітарно-гігієнічних досліджень у статичних і динамічних умовах експерименту та гематологічні і біохімічні дослідження під час хронічного токсикологічного експерименту; самостійно опрацьовано і проаналізовано весь матеріал, представлений в роботі; сформульовано висновки. Санітарно-гігієнічні, бактеріологічні та радіологічні дослідження виконані за сприяння фахівців Львівської обласної СЕС. Морфологічні дослідження виконані на кафедрі гістології та ембріології ЛНМУ імені Данила Галицького під керівництвом к.м.н., доц. Л.Д. Вишемірської-Крупей. Токсикологічний паспорт та технічні умови на паливні шлаки розроблені у співавторстві з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були  викладені та обговорені на: I Міжнародному медичному конгресі студентів та молодих вчених (Тернопіль, 1997); VII конгресі Свiтової Федерації Українських Лiкарських товариств (Ужгород, 1998); I Мiжнародній науково-практичнiй конференції "Проблеми гігієни та епiдемiології на залiзничному транспорті"  (Львiв,  1998); Першому з’їзді токсикологів України (Київ, 2001); науково-практичних конференціях: “Гігієнічні проблеми сучасного суспільства” (Львів, 1999 – 2000), “Екологія. Людина. Суспільство” (Київ, 2002).

Публiкації. За матеріалами дисертації опублiковано 11 наукових праць, з яких 3 – у фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК України, 8 - у з6iрниках наукових праць, матерiалах і тезах наукових та науково-практичних конференцiй, з’їздів, симпозиумів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертацiйна робота складається із вступу, восьми розділів, висновків,  списку використаних літературних джерел та додатків. Робота викладена на 171 сторінці комп’ютерного друку (основна частина 119 сторінок). Дисертацiя мiстить 42 таблиці, 13 рисунків, якi вiдображають увесь фактичний матерiал. Бібліографічний опис представлений 183 джерелами вітчизняних та зарубіжних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали, методи та обсяг досліджень.

Для досягнення поставленої мети - гігієнічної оцінки паливних шлаків Бурштинської, Приднiпровської, Луганської та Змiєвської ДРЕС, нами було застосовано принцип послідовності експерименту з урахуванням вимог, передбачених "Методическими указаниями по гигиенической оценке фильтрующих материалов, предлагаемых для использования в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения", № 4250-87, М., 87.

Дослідження щодо гігієнічної оцінки проводились зі зразками шлаків, попередньо відмитими від забруднень і підсушеними до 60 С. Водні екстракти приготовані з розрахунку 100 г шлаку та 150 мл дехлорованої питної води. Показники  реєстрували зразу після заливання, на 1, 2, 3, 5, 7, 10 доби. Всі отримані результати порівнювали з контролем, в якості якого була водопровідна вода, що за всіма показниками відповідала вимогам гігієнічного стандарту.

Для оцінки впливу паливних шлаків на органолептичні показники води, які нормуються за інтенсивністю сприйняття та зумовлені наявністю в ній хімічних речовин, застосовано методики, передбачені збірником стандартів "Вода питьевая. Методы анализа", М., 1984. Мікроелементний склад водних витяжок досліджено методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії згідно міжнародних стандартів ISO/TK, діючих в Україні; для оцінки ефекту комбінованої дії речовин, що лімітуються за однаковою ознакою шкідливості і класом токсичності та речовин односпрямованої дії застосовано формулу сумаційної токсичності. Вплив паливних шлаків на інтегральні показники якості води  оцінено за методиками, передбаченими “Методами исследования качества вод водойомов” (Шицкова А.П., 1990) Визначення питомої активності природних радіонуклідів у шлаках проведено згідно МВИ 4/86 “Методы измерения активности гамма-излучающих радионуклидов” з використанням амплітудного аналізатора АМА-ОЗФ. Ефективність питомої активності визначено розрахунково згідно НРБУ-97. Вміст радіонуклідів у воді визначався наступними методами: U-238 – фотометричним, Ra-226 та Th-232 – спектрофотометричним, згідно з МР №23/174 “Методика определения естественных радиоактивных изотопов Ra-224, Ra-226, Th-232, U-238 в питьевой воде”, М., 89;  Sr-90 та Cs-137 – радіохімічним, згідно з “Методическими рекомендациями по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах окружающей среды”, М., 86.

Бактеріологічну характеристику води, яка контактувала зі зразками шлаків, дано згідно ГОСТу 18963-73 “Вода питьевая. Методы санитарно-бактериологического анализа”. Оцінка впливу шлаків на альгофлору води проведена лише якісно за відстутності методів кількісного обліку обростань. З метою вивчення потенційної взаємодії хлорованої води із зразками шлаків було визначено кількості залишкового хлору попередньо хлорованих водних витяжок йодометричним методом, передбаченим ГОСТом 18190-72 “Методы определения содержания остаточного активного хлора”. Дози хлору встановлені експериментально.

  Токсикологічні властивості досліджуваних матеріалів вивчені в хронічному експерименті на теплокровних тваринах. Розрахунково встановлено фактичні добові дози (ФДД) та максимально неефективні дози (МНД) речовин токсичної дії, виявлених у водних екстрактах шлаків з урахуванням розбіжностей в гігієнічних стандартах різних країн.  Експериментально визначено максимально введену дозу, проведено спостереження за зовнішнім виглядом, загальним станом тварин, динамікою маси тіла під час тривалості експерименту.  Оцінено показники периферійної крові (Меньшиков В.В., 1987) та активність ферментів: холінестерази (Hestrin S., 1949), аланінамінотрансферази (АлАТ) та аспартатамінотрансферази (АсАТ) за Райтманом та Френкелем (Тодоров І., 1968). Після завершення експерименту проведено морфологічні та гістологічні дослідження з використанням рутинного забарвлення гематоксилін-еозином. Визначено вагу внутрішніх  органів та ваговий коефіцієнт (Ратпан М.М., 1978).

У схему токсикологічного експерименту було включено вивчення канцерогенних властивостей паливних шлаків. Розраховано середні добові дози надходження канцерогенів в організм людини з водними екстрактами шлаків та проведено оцінку індивідуального і популяційного пожиттєвого канцерогенного ризику. Експериментальні дослідження виконані на біологічних тест-об’єктах (Poecilla reticulata) згідно з “Методическими рекомендациями на использование аквариумных рыб для ускоренной оценки канцерогенной активности химических соединений”, Л., 1983. Середовищем існування акваріумних риб служили 10-добові водні екстракти паливних шлаків, де насичення канцерогенними речовинами було максимальним.

У динамічних умовах експерименту змодельовано технологічні умови застосування фільтрувального завантаження на водогонах згідно СНиП 2.04.02-84 “Водоснабжение. Наружные сети и сооружения”. Вміст у воді нафтопродуктів визначено згідно МВВ 99-12-98 “Методики выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах питьевых, природных и сточных вод флуориметрическим методом на анализаторе жидкости “Флюорат-02”.

Статистична обробка результатів дослідження проведена за критерієм Стьюдента (t). Порівняльна оцінка отриманих значень визначена у межах 95 % інтервалу (Лакін Г.Ф., 1990).

Обсяг виконаних досліджень наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Обсяг виконаних досліджень

Результати дослідження та їх обговорення. Санітарно-гігієнічні дослідження. Динамічне спостереження зміни органолептичних показників, що нормуються за інтенсивністю сприйняття, показало, що при температурних режимах 20° і 37° С інтенсивність запаху впродовж 10-добової експозиції для водних витяжок усіх видів шлаків не перевищувала гігієнічного рівня. Підвищення температури до 60° С спричинило посилення екстракції речовин зі шлаків у воду, що проявилося збільшенням інтенсивності запаху до 2-3 балів для шлаків Бурштинської, Луганської та Змієвської ДРЕС у другій половині експерименту. У пробі з шлаком Придніпровської ДРЕС даний показник перебував у межах встановленого рівня. Результати визначення смаку (присмаку) водних витяжок шлаків корелювали із даними щодо визначення запаху. Підвищення інтенсивності вищевказаних показників зумовлено статичними умовами проведення досліду.

Експериментально у водних витяжках шлаків порівняно з контролем було зареєстровано динамічне зниження кольоровості  та каламутності. Ранжування щодо посилення ефекту залежно від виду шлаку встановлено в такій послідовності: шлак ЛДРЕС > шлак ЗДРЕС > шлак БДРЕС > шлак ПДРЕС. Відмічено суттєвий вплив на збільшення прозорості для водних екстрактів шлаків Придніпровської та Бурштинської ДРЕС (на 5-6 см порівняно з контролем), дещо менший ефект (на 3 см) виявлено у пробах, що контактували з шлаками Луганської та Змієвської ДРЕС.

При вивченні органолептичних показників, що зумовлені наявністю у воді хімічних речовин, отримані результати були наступними: значення жорсткості  (4,89…4,97 мг-екв/дм3) та лужності (3,82…4,02 ммоль/дм3) водних екстрактів не відрізнялися від ідентичних показників контрольної проби (4,92 та 3,87 відповідно) впродовж всього часу досліду. 10-добовим спостереженням за активною реакцією  у всіх водних витяжках зафіксовавно зміну  цього показника в бік вилужнювання з плином часу, що зумовлено виділенням з води вуглецевої кислоти. Такі ж зміни зареєстровано і у воді контрольної проби.

Показник мінералізації води зберіг тенденцію, характерну щодо визначення вищезазначених показників залежно від виду шлаку. Розбіжність з контролем на момент завершення експерименту становила: для шлаку БДРЕС – 2 %, для  шлаку ПДРЕС – 3,85 %, для шлаку ЛДРЕС – 1,18 %, для шлаку ЗДРЕС – 12,17 %. Незважаючи на такі відхилення, у всіх пробах вода за сухим залишком була оптимально мінералізованою, тобто перебувала в межах 300-500 мг/дм3 .

Виявлені фактичні концентрації неорганічних елементів та органічного компоненту бенз(а)пірену водних витяжок усіх видів шлаків не перевищували допустимих рівнів, затверджених у встановленому порядку, та не було зареєстровано ефекту потенціювання токсичної дії для речовин 1-2 класу токсичності, що лімітуються за санітарно-токсикологічною ознакою шкідливості. 

Враховуючи великий спектр визначених у водних витяжках шлаків неорганічних компонентів, різних за характером дії, нами було проведено  диференціювання цих речовин щодо проявів токсичної та канцерогенної активності.  Токсичними полютантами, які вимагають першочергової уваги, є солі важких металів – свинцю, кадмію, ртуті та металоїд арсен. Основним типом комбінованої дії свинцю та кадмію є ізоадитивність на смертельному рівні за кінетичними та дозозалежними характеристиками ефектів, що лімітують індивідуальні МНД обох металів (вміст SH-груп у сироватці крові і тканині печінки) та за мутагенною активністю препаратів, а ртуть та арсен є збіжними за своєю дією на SH-групи білків, проте на рівні виявлених концентрацій ефект потенціювання токсичної дії буде відсутнім у водних екстрактах усіх  досліджуваних шлаків.

Нами було оцінено і ефект сумісної присутності речовин, що проявляють канцерогенну дію при надходженні в організм людини, незважаючи на різні точки прикладення щодо проявів онкогенної дії та належності до різних класів токсичності. За формулою сумаційної токсичності сума часток доз канцерогенних речовин становить менше 1 (0,631...0,646) у всіх водних витяжках шлаків, що свідчить про відсутність підстав очікування ефекту потенціювання канцерогенної дії при одночасному вмісті у воді вказаних речовин на рівні виявлених концентрацій.

Для оцінки експозиції контамінант канцерогенної дії, виявлених у водних витяжках шлаків, було розраховано середні добові дози перорального надходження цих речовин в організм людини (табл. 2), які були значно нижчими референтних доз (RfD), рекомендованих агенством з охорони довкілля США (U.S. EPA)  та вітчизняних гігієнічних нормативів (RfDв).

Таблиця 2

Середні добові дози (мг/кг-день) канцерогенів за умов перорального надходження водних витяжок шлаків в організм людини

Розраховану величину індивідуального пожиттєвого канцерогенного ризику для здоров’я при споживанні водних витяжок шлаків БДРЕС та ЗДРЕС можна охарактеризувати як мінімальну за вмістом хрому, арсену та бенз(а)пірену, при споживанні водних витяжок ПДРЕС та ЛДРЕС – мінімальну за вмістом хрому (6+)  і бенз(а)пірену, та низьку - за вмістом арсену. Популяційний ризик виникнення раку становить 8-10 випадків на 106 населення онкопатології, спричиненої арсеном, 1 на 2·108 та 1 на 3·109 населення відповідно від дії хрому (6+) та бенз(а)пірену, що за даними експертів ВООЗ є значно нижчим фонових показників (1 випадок на 105 населення).

Підтверджуючим критерієм наявності або відсутності міграції зі шлаків речовин органічної природи було визначення перманганатної та біхроматної окиснюваностей, як таких, що впливають на різні за ступенем окиснення речовини. Значення перманганатної окиснюваності водних витяжок шлаків БДРЕС, ЛДРЕС та ЗДРЕС зростало, починаючи з 2-3 доби, досягаючи піку на 4-5 добу (4,02; 4,17; 4,25 мгО2/дм3 відповідно) з наступним зниженням до показників контролю на момент завершення досліду. У пробі з шлаком  ПДРЕС окиснюваність знаходилась на рівні контрольних показників. Співвідношення між перманганатною та біхроматною  окиснюваностями було дещо меншим загальноприйнятих норм (2-2,6 рази), що свідчить про переважання в водних екстрактах неорганічних та легкоокиснюваних органічних сполук та підтверджує відсутність міграції хімічних речовин органічного походження зі шлаків у воду.

Ефективна  питома активність природних радіонуклідів (Ra–226, Th–232, К–40) досліджуваних паливних шлаків становила (Бк/кг): для шлаку БДРЕС – 281,  шлаку ПДРЕС – 288, шлаку ЛДРЕС – 303, шлаку ЗДРЕС – 285, що характеризує їх належність до І класу (370 Бк/кг) та дає змогу застосовувати без обмежень у народному господарстві. Вмiст U-238 на момент визначення знаходився в рівновазі з Ra-226. Виявлені  рівні Ra–226, Th–232, U-238, Cs–137 і Sr–90 у водних екстрактах шлаків при 24- і 240-годинних експозиціях з урахуванням фону по Львівській області не перевищували допустимого вмісту цих радіонуклідів у питній воді для населення категорії В.

Бактеріологічні дослідження. Експериментально змодельоване дослідження контакту фекально забрудненої води із зразками паливних шлаків при температурі 5˚ С показало відсутність росту бактерії  кишкової палички у досліджуваних пробах. При температурних режимах 20˚ і 37˚ С спостерігалося збільшення кількості бактерій групи кишкової палички через 6 та 24 год відповідно з  наступним зниженням до завершення експерименту (20 доба). 

При підрахунку загальної кількості мікроорганізмів проявилася загальна тенденція щодо їх збільшення через 6 год при температурі 20˚ С із пролонгуванням цього процесу до 24 год при 37˚ С. До 10 доби загальна кількість мікроорганізмів послідовно знизилась і на 20 добу зареєстровано практично ідентичне збільшення даного показника як у всіх дослідних, так і контрольній пробах. Такі результати спричинені розвитком сапрофітної мікрофлори, про що і свідчать розбіжності в динаміці змін росту бактерій групи кишкової палички та загальної кількості мікроорганізмів. Альгологічна оцінка засвідчила належність виявлених водоростей до нитчатих, що є характерним для нормальної флори обростання предметів у чистій воді.

При вивченні взаємодії хлорованої води зі шлаком встановлена практична ідентичність щодо швидкості зниження вмісту залишкового хлору у пробах та контролі при хлоруванні оптимально-мінімальними дозами хлору (1,8 мг/дм3). Використання підвищених доз хлору (5,4 мг/дм3) суттєво інтенсифікує процес поглинання його в послідовності: шлак ЛДРЕС > шлак БДРЕС > шлак ПДРЕС > шлак ЗДРЕС. На момент завершення експерименту вміст вільного залишкового хлору перебував у межах гігієнічного рівня.

Застосування хлорування,  як найбільш поширеного методу дезінфекції  води, дало змогу повністю знезаразити паливні шлаки в процесі водопідготовки.

Токсикологічні дослідження. Сукупність результатів санітарно-гігієнічних досліджень  дозволила дати позитивну оцінку паливним шлакам, тому проведення хронічного токсикологічного експерименту мало більше контрольне значення. Впродовж усього терміну експерименту лабораторні тварини отримували водні витяжки шлаків 10-добової експозиції, у яких міграція токсичних речовин була максимальною. Кількість щодобового споживання рідини становила на початку експерименту в середньому 20 см3 і збільшилася на момент завершення експерименту до 30 см3.        

Порівняння розрахованих фактичних добових доз надходження в організм піддослідних щурів основних токсичних елементів -  свинцю, ртуті, кадмію та арсену (табл.3) з ДДД, рекомендованими експертами ФАО/ВООЗ, а стосовно свинцю та кадмію також з рекомендованими Б.М. Штабським та співавторами (1991), свідчить, що ФДД суттєво відрізняються від допустимих  в бік зменшення, а саме  по свинцю в середньому в 25 разів, кадмію  - в 42 рази, ртуті  -  в 300 разів, арсену -  в 14 разів .

Таблиця 3

Фактичні добові дози (мкг/кг маси тіла) токсичних елементів, отримані лабораторними  щурами за час хронічного експерименту при споживанні водних витяжок шлаків*

Примітки: * - у чисельнику – усереднена фактична добова доза, отримана на початку експерименту, в знаменнику – аналогічна доза, отримана вкінці експерименту;

** - у знаменнику ДДД для свинцю і кадмію, рекомендовані Б.М. Штабським та  співавт. (1991).

З метою екстраполяції даних щодо впливу водних екстрактів шлаків на організм людини ми виконали аналогічні розрахунки, з урахуванням розбіжностей у нормах водоспоживання різних гігієнічних стандартів та прийнятої маси тіла “стандартизованої” людини – 60 кг (табл. 4). Встановлено, що розрахункові добові дози надходження токсичних елементів з водними екстрактами шлаків в організм  “стандартизованої” людини в середньому є меншими ДДД, а саме  для свинцю – в 74 рази, для  кадмію – в 100 разів, для ртуті – 775 разів, для арсену – в 40 разів, що є підтвердженням безпечності води, яка в процесі водопідготовлення контактуватиме з паливними шлаками.

Таблиця 4

Розрахункові добові дози (мкг/кг) надходження токсичних елементів

для “стандартизованої” людини *

Примітки: * - у чисельнику розрахункова добова доза при водоспоживанні  3   л/добу,

у  знаменнику – при   водоспоживанні 2 л/добу;

  ** - у знаменнику ДДД для свинцю і кадмію, рекомендовані  Б.М. Штабським та співавт. (1991).

Експериментально встановлено, що споживання лабораторними тваринами водних витяжок досліджуваних паливних шлаків не призвело до загибелі тварин впродовж усього терміну спостереження. Загальний стан, поведінка лабораторних щурів піддослідних груп за вказаних умов встановлення та обліку результатів не відрізнялися від таких у контрольній групі. Встановлено істотне збільшення маси тіла тварин піддослідних груп, порівняно з інтактними тваринами, а саме, у тварин, що споживали водні витяжки шлаків БДРЕС на 14 % (р < 0,001), ЛДРЕС - на 11 % (р < 0,001), ЗДРЕС – на 7 % (р < 0,001),  ПДРЕС  - на 4 % (р < 0,02).

Показники морфологічного складу периферійної крові дослідних груп тварин не відрізнялися від таких у контрольній групі та знаходилися в межах сезонної фізіологічної норми. Біохімічні дослідження не зафіксували розбіжностей у рівнях активності ферментів дослідних та інтактних тварин. Визначення ваги внутрішніх органів та вагового коефіцієнту не виявило ніяких розбіжностей між контрольною та дослідними групами. Морфологічним дослідженням не встановлено видимої патології зі сторони внутрішніх органів. Гістологічним дослідженням зафіксовано ознаки жирової та зернистої дистрофії печінки у 5-7 % тварин, що споживали витяжки шлаків БДРЕС та ЛДРЕС.

Результати обчислень підтвердили відсутність підстав очікування ефекту потенціювання проявів канцерогенної дії водних екстрактів шлаків, тому експериментальне дослідження було проведено експрес-методом на акваріумних рибках - гуппі. Спостереження за рибами впродовж усієї тривалості  експерименту свідчить, що у контрольній та всіх дослідних групах зберігся нормальний окрас та блиск луски, не змінювались манера плавання та стан плавників, не порушувалось відчуття рівноваги. Гістологічним дослідженням було встановлено, що у стандартні терміни вивчення токсичності (7 тижнів) паливні шлаки не здійснювали суттєвого впливу на тонку морфологію печінки. На момент завершення експерименту (20 тиждень)  у частини риб як дослідних, так і інтактної груп виявлена жирова дистофія печінки,  у 4 % риб, що перебували у водній витяжці шлаку Придніпровської ДРЕС, виявлено обширні  вогнища некрозу паренхіми, у  12,2 % риб, що перебували у водній витяжці шлаку Бурштинської ДРЕС, відбулася повна заміна ділянки паренхіми детритом, а у 2 % риб цієї ж групи виявлена гепатоцелюлярна аденома.

Поява реакції зі сторони печінки після тривалого контакту в акваріумних риб та й лабораторних тварин зумовлена як завищеними експозицією експерименту та концентрацією витяжок, так і харчовим раціоном.

Визначення бар’єрної ролі паливних шлаків відносно хімічних та мікробіологічних забруднень води. Динамічні умови експерименту підтвердили фільтрувальні властивості паливних шлаків (табл. 5). Для очищення було використано воду з ріки Дністер.

Встановлено суттєве покращання органолептичних показників якості профільтрованої води, а саме зменшення запаху, присмаку, каламутності, колірності, вмісту завислих речовин та збільшення прозорості. Зареєстровано і ефективність сорбції шлаками бактеріального забруднення, що проявилося зниженням загального мікробного обсеменіння та бактерій групи кишкової палички (БГКП). Ранжування в напрямку посилення ефекту знаходилось у наступній послідовності: для шлаку ЗДРЕС – зменшення кількості БГКП на 60-68 % загальної кількості мікроорганізмів – 30-50 %; для шлаку БДРЕС - 62-69 та 40-64 % відповідно; для шлаку ЛДРЕС - 65-79 % та 45-79 %; для шлаку ПДРЕС- 70-76 % та 50-80 %.

Позитивними виявилися результати щодо очищення води від нафтопродуктів. Ефективність поглинання  при  концентрації бензину 3 мг/дм3 становила: для шлаку БДРЕС – 61,32 %, шлаку ЛДРЕС – 60,7 %, шлаку ЗДРЕС – 60,21 %, шлаку ПДРЕС – 64,75 %; при концентрації бензину 15 мг/дм3 -  47,28 %,  48,41 %, 45,1 %, 52,0 % відповідно. Використання одного і того ж завантаження призводило до зменшення абсорбції тим швидше, чим вищою була концентрація бензину у вихідній воді.

Таблиця 5

Ефективність очищення води в динамічних умовах експерименту

на модельній установці

Результати виконаних досліджень дозволили дати позитивну санітарно-гігієнічну оцінку досліджуваних паливних шлаків. Отримано дозвіл  МОЗ України на використання паливних шлаків вогняно-рідиного видалення Бурштинської, Придніпровської, Луганської та Змієвської ДРЕС у технологічній схемі водоочищення.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації вирішене актуальне наукове завдання, що стосується позитивної санітарно-гігієнічної оцінки паливних шлаків Бурштинської, Придніпровської, Луганської та Змієвської  ДРЕС в аспекті використання їх як фільтрувального завантаження фільтрів станцій водоочищення централізованого водопостачання населених місць.
2. Досліджувані паливні шлаки при контакті з водою не впливають на її органолептичні, фізико-хімічні, мікробіологічні та альгологічні показники якості. Динамічним спостереженням зареєстровано зниження кольоровості і каламутності та збільшення прозорості водних екстрактів, що зростає в послідовності: шлак ЛДРЕС > шлак ЗДРЕС  >  шлак БДРЕС > шлак ПДРЕС.
3. Мікроелементний склад водних витяжок шлаків за фактичними концентраціями, з урахуванням фону, не перевищує індивідуальних ГДК цих речовин та межі їх допустимого одночасного надходження за формулою адитивності для ксенобіотиків з однаковою лімітуючою ознакою шкідливості і класом токсичності. Розрахункові добові дози надходження токсичних елементів з водними екстрактами шлаків в організм  “стандартизованої” людини є меншими від добових допустимих доз, а саме для свинцю – в середньому в 74 рази, для  кадмію, ртуті та арсену відповідно в 110, 775, 40 разів.
4. Середні добові дози надходження канцерогенів (нікелю, кадмію, арсену, хрому 6(+), бенз(а)пірену) у організм людини при споживанні води, що контактувала з шлаками, не перевищують референтних доз цих речовин; індивідуальний пожиттєвий канцерогенний ризик для здоров’я при споживанні водних витяжок шлаків БДРЕС та ЗДРЕС є мінімальним за вмістом хрому (6+), арсену і бенз(а)пірену, при споживанні водних витяжок шлаків ПДРЕС та ЛДРЕС – мінімальним за вмістом хрому (6+) і бенз(а)пірену та низьким за вмістом арсену. Популяційний ризик виникнення раку становить 8-10 випадків на 106 населення онкопатології спричиненої арсеном, 1 на 2·108 та 1 на 3·109 населення відповідно від дії хрому (6+) та бенз(а)пірену,  що, за даними експертів ВООЗ, є значно нижчим фонових показників (1 випадок на 105 населення).
5. Ефективна питома активність природних радіонуклідів (радій-226, торій-228, калій-40) у шлаках становить (Бк/кг): для шлаку Бурштинської ДРЕС – 281, для шлаку Придніпровської ДРЕС – 288, для шлаку Луганської ДРЕС – 303, для шлаку Змієвської ДРЕС – 285, що характеризує їх належність до І класу.  Виявлені рівні радіонуклідів (радію-226, торію-228, урану-238, цезію-137, стронцію-90) у воді, що контактувала з шлаками з урахуванням фону по Львівській області, не перевищують допустимих рівнів у питній воді для населення категорії В.
6. Паливні шлаки не знижують ефективність хлорування води оптимально-мінімальними дозами хлору; розчинений у воді хлор не реагує з досліджуваним фільтрувальним матеріалом. Дезинфекція шлаків методом хлорування (доза активного вільного хлору 30-50 мг/дм3) забезпечила їх повне знешкодження.
7. Вода, що контактувала зі шлаками досліджуваних зразків, не здійснює токсичного впливу на організм теплокровних тварин у хронічному експерименті, а також не провокує виникнення канцерогенної патології у біологічних тест-об’єктів.
8. Досліджувані паливні шлаки проявляють бар’єрні властивості щодо ряду речовин, які впливають на органолептичні показники якості води та ефективні щодо сорбції бактеріальних забруднень. Проте знезараження залишається обов’язковим моментом у схемі очищення води.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Маненко А.К., Лотоцкая У.Б., Васильев В.Д. Гигиеническое изучение возможности использования топливных шлаков в практике водоподготовки // Гигиена населенных мест: Сб. науч. тр. - К., 1999. - Вып. 35. - С. 101-107.
2. Лотоцька У.Б., Маненко А.К., Вишемірська-Крупей Л.Д. Біотестування як елемент токсиколого-гігієнічної оцінки нових фільтрувальних матеріалів // Acta Medica Leopoliensia. - 2001. – Т. 7,  № 1. - С. 63-66.
3. Лотоцька У.Б. Про доцільність токсикологічної оцінки фільтрувальних матеріалів, застосованих у системі водоочищення // Acta Medica Leopoliensia. - 2003. – Т. 9,  № 1. - С. 92-96.
4. Лотоцька У.Б.  Фільтруючі матеріали та їх роль в процесі водопідготовки // Актуальні проблеми медицини, біології, ветеринарії і сільського господарства: Книга наукових статей. - Львів, 1998. – С. 183-186.
5. Лотоцька У.Б. Водопостачання населення України. Сучасний стан та перспективи розвитку // Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. - Львів, 1999. - Вип. 93. - С. 20-22.
6. Лотоцька У.Б. Перспективи використання паливних шлаків, як фільтрувального матеріалу для очистки питної води // Тези доповідей I Міжнародного конгресу студентів та молодих вчених. - Тернопіль, 1997. - С. 325.
7. Лотоцька У.Б. Чиста вода - запорука збереження здоров’я населення // Українські медичні вісті: Тези доповідей VII конгресу світової федерації українських лікарських товариств. - Ужгород,  1998. – Т. 2, № 1-2. - С. 205.
8. Лотоцька У.Б., Галай О.А. Проблема якості питної води, напрямки досліджень // Гігієнічні проблеми сучасного суспільства: Матеріали наук.-практ.конф. - Львів, 1999. – С. 85-86.
9. Лотоцька У.Б., Колянчіков І.П., Білоник А.Б. Радіаційна оцінка паливних шлаків Бурштинської, Придніпровської, Луганської та Змієвської ДРЕС в аспекті впровадження їх в практику водопідготовки // Гігієнічні проблеми сучасного суспільства: Матеріали наук.-практ. конф. -  Львів, 2000. - С. 73-74.
10. Лотоцька У.Б. Токсикологічні аспекти вивчення нових фільтрувальних матеріалів для очистки питної води // Тези доповідей І з’їзду токсикологів України. - К., 2001. - С. 87.
11. Лотоцька У.Б. Радіаційна експертиза як аспект санітарно-токсикологічної оцінки нових фільтрувальних матеріалів // Екологія. Людина. Суспільство: Матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених. - К., 2002. - С. 118-119.

АНОТАЦІЯ

Лотоцька-Дудик У.Б. Гігієнічна оцінка паливних шлаків як фільтрувального матеріалу станцій водоочищення. -  Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.02.01 – гігієна. – Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Львів, 2004.

Дисертацію присвячено гігієнічній оцінці та обгрунтуванню можливості застосування  паливних шлаків Бурштинської, Придніпровської, Луганської та Змієвської  ДРЕС як фільтрувального завантаження швидких фільтрів станцій водоочищення. Отримані результати свідчать про відсутність змін органолептичних, фізико-хімічних, альгологічних  та радіологічних показників якості води, що контактувала зі зразками досліджуваних матеріалів. Міграція неорганічних компонентів з шлаків у воду не перевищувала гігієнічних рівнів та не було зареєстровано ефекту потенціювання за коефіцієнтом комбінованої дії для речовин з однаковою лімітуючою ознакою шкідливості і класом токсичності та для речовин односпрямованої дії. Досліджувані фільтрувальні матеріали не впливають на розвиток, розмноження та тривале виживання мікроорганізмів. Паливні шлаки не знижують ефективність хлорування води і не перешкоджають знезараженню фільтрів водоочисних станцій. Розрахунково і експериментально доведено, що довготривале споживання води, яка контактувала з паливними  шлаками, не призводить до розвитку патологічних змін в організмі теплокровних тварин і біологічних тест-об’єктів. Фільтрувальні властивості паливних шлаків полягають у покращанні органолептичних показників якості води та ефективності щодо сорбції бактеріального забруднення.        

Ключові слова: паливні шлаки, фільтрувальні матеріали, гігієнічна оцінка, водоочищення.