ростовский государственный медицинский университет министерства здравоохранения
 Скачать 1.44 Mb.
|
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙБЕЗОПАСНОСТИ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ Хецуриани Т.Е.¹, Оковитая К.О.², Рыков И.С. ² Научные руководители: д.б.н., доцент Колмакова Т.С. ¹ к.т.н., доцент Хецуриани Е.Д. 2 ¹ ФГБОУ ВО «Ростовский государственный медицинский университет» 2 ФГБОУ ВО «Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова» В статье проводится обзор проблемы качества питьевой воды в Ро-стовской области по органолептическим показателям, как факторам эпиде-мической безопасности здоровья населения. Представлены экспериментальныеисследованиясвойствцианобактерийитоксинов,продуцируемыхсине- зелеными водорослями. Проведены в первые исследования на пилотной уста-новке по технологии очистки цветущей Донской воды для обеспечения экологи-ческой безопасностипитьевойводыи здоровьянаселения. Ключевые слова: органолептические факторы, «цветение» воды, эпиде-мическаябезопасность,токсины. В современных условиях здоровье населения во многом определяются воздействием факторов окружающей среды. К числу важнейших факторов, характеризующих санитарно-эпидемическое благополучие, относится обес- печение населения доброкачественной питьевой водой [1, 2, 3, 4]. Этот фак- тор является актуальной гигиенической, научно-технической и социальной проблемой из-за интенсивного химического и бактериального загрязнения источников питьевого водоснабжения [2, 3, 6, 7], применения устаревших схем обработки исходной воды, низкого уровня внедрения прогрессивных технологий водоподготовки, нарастающего ухудшения состояния водопро- водных сетей [3, 4, 6, 7]. В основе гигиенических требований к качеству воды для питьевых и бы- товых нужд лежит принцип, ставящий в центр внимания те ее качества, от ко- торых зависит здоровье человека. Гипотеза. Проблема сохранения качества воды Ростовской области (РО), как фактора, существенно влияющего не только на инфекционную, но и общую заболеваемость населения, является одной из самых приоритетных. Цель исследования – проведение мониторинга изменения органолептиче- ских показателей донской воды, как факторов эпидемической безопасности здоровья населения и экспериментальные исследования, по сравнительной оценке, технологии очистки воды на пилотной установке. Материалы и методы. Исследования проводили на пилотной эксперимен- тальной установке с использованием цветущей донской воды, отобранной из р. Дон в месте Александровского водозабора Ростовской области. В качестве мо- дельного водоема использовали бассейн ёмкостью 3500 литров. Объектом ис- следования является свойства цианобактерий и токсинов, продуцируемых сине- зелеными водорослями их влияния на органолептические показатели воды, как показателей эпидемической безопасности здоровья населения и эксперимен- тальные исследования по технологии борьбы с ними Для достижения поставленной цели были определены и решены следую- щие задачи: исследование влияния токсинов, выделяемых сине-зелеными водорос- лями на органолептические показатели воды и состояние здоровье человека; проведение лабораторных исследований по изучению цианобактерий и токсинов, выделяемых сине-зелеными водорослями; экспериментальные исследования по технологии очистки цветущей Донской воды для обеспечения экологической безопасности питьевой воды и здоровья населения. Решение первой задачи. Исследование влияния токсинов, выделяемых сине-зелеными водорослями на органолептические показатели воды и состоя- ние здоровье человека. Для водоснабжения г. Ростова-на-Дону, Батайск и Аксай используется поверхностный источник – река Дон, качество воды в котором в летне-осенний период года по концентрации фитопланктона превышает более чем в 4 раза до- пустимый норматив для водоисточников пригодных для использования в каче- стве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения ГОСТ 2761-84 «Ис- точники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиени- ческие, технические требования и правила выбора». К качеству питьевой воды предъявляются жесткие гигиенические требования: вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отноше- нии, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептиче- ские свойства. Массовое развитие микрофитов в водах поверхностных источ- ников водоснабжения в периоды цветения воды создает значительные трудно- сти при водоподготовке и существенно влияет на такие нормируемые показате- ли как «запах» и «привкус». Анализ данных литературы показал, что некоторые виды микроводорос- лей в результате своей жизнедеятельности, а также при отмирании и разложе- нии при помощи актиномицетов являются продуцентами «пахнущих» веществ, к таким микроводорослям могут относится виды Oscillatoria agardhii, Aphani- zomenon flos-aqua, Anabaena flos-aqua, Melosira granulate, Nodularie и другие. В результате развития различных микроводорослей наиболее часто встречаются следующие запахи: гнилостно-землистый, гнилостный, землисто-гнилостный, гнилостно-тинистный, травянисто-гнилостный, землистый, навозный, гнилост- но-сточный, рыбный. Обуславливают данные запахи, такие выделяемые микро- водорослями и актиномицетами летучие природные органические вещества как геосмин, 2-метилизоборнеол (МИБ) и др. Данные показатели определялись в воде с помощью хромато-масс-спектрометрического анализа. Для изучения качества водоисточника выше по течению и определения возможного источника развития водорослей в сентябре 2017 года нами была организована поездка вверх по реке Дон от Александровского водозабора до впадения реки Маныч с отбором проб в 13 точках. В результате анализа воды, отобранной из реки Дон, реки Аксай, реки Маныч, были определены высокие концентрации микроводорослей во всех пробах воды, в среднем 70000 кл/мл, с преобладанием вида Aphanizomenon flos-aqua, кроме пробы воды из реки Ма- ныч, где температура воды, мутность, фосфор, ХПК и концентрация микрово- дорослей были значительно ниже, чем во всех остальных пробах воды. Такие свойства воды как «запах» и «привкус», определяемые органолеп- тическим путем, во многом зависят от индивидуальных особенностей каждого человека. Для определения вида и содержания в воде одорирующих веществ, в октябре 2017 года были отобраны пробы питьевой воды из реки Дон и с соблю- дением особых требований к консервации и транспортировке направлены для анализа в лабораторию ЗАО «РОСА» город Москва, поскольку в городе Росто- ве-на-Дону нет лаборатории, выполняющей данный анализ воды. Питьевая вода должна обладать хорошими органолептическими свой- ствами, т.е. быть прозрачной, бесцветной, неокрашенной, без привкусов и запа- ха, иметь освежающую температуру и не содержать видимых примесей. Опти- мальной для физиологических потребностей человека температурой питьевой воды является 8-15 С˚, она оказывает приятное освежающее действие, лучше утоляет жажду, быстрее всасывается, стимулирует секреторную и моторную деятельность желудочно-кишечного трата. Температура воды 25 С˚ плохо уто- ляет жажду, температура 25-35 С˚ неприятна и вызывает рвотный рефлекс. Гигиеническое значение запахов и привкусов воды состоит в том, при их интенсивности выше 2 баллов ограничивается водопотребление; искусственные запахи и привкусы могут быть показателями загрязнения воды сточными вода- ми; естественные запахи и привкусы выше 2 баллов свидетельствуют о наличии в воде биологически активных веществ, выделяемых синезелеными водоросля- ми. Токсины, выделяемые сине-зелеными водорослями, попадая в организм человека, вызывают острые отравления с неврологическими симптомами, раз- личные дерматиты, гастроэнтериты и даже приводят к некрозу печени [4,5]. Ежегодно более 600 тыс. человек употребляют питьевую воду из централизо- ванных систем хозяйственно-питьевого водоснабжения не отвечающую гигие- ническим нормативам по содержанию химических веществ. Данные эпидемио- логических исследований показывают, что питьевая вода повышенной минера- лизации способствует развитию таких заболеваний, как мочекаменная болезнь, гипертоническая болезнь, полиартриты обменного характера. Заболевание дыхательной системы, обусловленное воздействием некото- рых синезеленых водорослей, по описаниям доктора Хайзе (1949, 1951), наблюдавшего такие случаи в сельской местности, вблизи озер Мискего, Кин- зис и Северного (штат Висконсин, США), цветущих осциллаториевыми, носит аллергический характер, т. е. у больных (мужчин и женщин) наблюдалась пол- ная блокада носа, зуд глаз или опухание век, слабое удушье (астма). Аналогич- ные случаи, т. е. острые аллергические конъюктивиты, как результат воздей- ствия, более глубокие токсикозы, обусловленные действием цианобактерий на человека, связаны с употреблением в пищу. В медицинской литературе такое заболевание получило название «гаффской болезни». Впервые, как «эпидеми- ческое» заболевание, гаффская болезнь была описана в 1924. Болезнь затронула только моряков, промышляющих рыбу в этой лагуне и не выходящих в откры- тое море. Аналогичное явление, но значительно позже, неоднократно отмеча- лось для Швеции. Некоторые ученые (Д.С. Самойлович, Д.К. Заболотный, Е.Н. Павловский и др.), связывают современное массовое расселение сине-зеленых водорослей в пресных водоемах и с другими крайне вредными для человека явлениями, например, с распространением холерных эпидемий или сезонным распростра- нением полиомиэлита. Пик развития водорослей в водоисточнике реке Дон приходится на ав- густ-сентябрь месяцы, именно в эти периоды вода приобретает специфический запах, интенсивность которого может превышать 2 балла, характер запаха определяется как «травянисто-гнилостный», «гнилостно-сточный». Решение второй задачи. Проведение лабораторных исследований по изу- чению цианобактерий и токсинов, выделяемых сине-зелеными водорослями. В водах р.Дон цианотокисны обнаруженны в 2015 году силами южного научного центра российской аккадемии наук. Определение точного количества токсинов в каждой пробе микроводорослей требует применения стандартов токсинов, отсутствующих в начале исследований, поэтому строгий количественный анализ содержания токсинов в пробах не проводился. Таким образом, использованное при проведении работ аналитическое оборудование и методики проб обнаружили и идентифицировали токсины, продуцируемые цианопрокариотами. В водах Нижнего Дона в период спада активности микроводорослей идентифицированы анатоксин-амикроцистин-RR ориентировочно в опасной для здоровья концентрации (на уровне более 0,01 мгк/л). Эта концентрация обычна для районов, где наблюдаются токсические «цветения воды». [7-11] Решение третьей задачи. Экспериментальные исследования по техноло- гии очистки цветущей Донской воды для обеспечения экологической безопас- ности питьевой воды и здоровья населения. Мы впервые провели ряд опытов по удалению сине-зелёных водорослей на фильтрах с ершовой загрузкой. Была изготовлена пилотная установка. Схема установки представлена на рис. 1  Рисунок 1- Схема экспериментальной установки:1- экспериментальный бассейн; 2- ершовая загрузка; 3- место отбора проб профильтрованной воды; 4- компрессор для регенерации фильтра; 5- фонтанный насос; 6- подача исходной цветущей воды; 7- отвод воды после промывки фильтра; 8- насос-дозатор раствора коагулянта; 9-регулятор расхода для равномерной подачи воды. Пилотная установка представляет собой прозрачную колонку из органи- ческого стекла диаметром 110мм и высотой 1,6м. Колонка была загружена мяг- кими ершами. Колонка была оборудована рядом подводящих и отводящих тру- бопроводов с запорно-регулирующей арматурой, обеспечивающих эксплуата- ционные параметры (производительность, дозирование раствора коагулянта, переключение режимов работы: рабочий, регенерационный и д). Исследования проводились на цветущей донской воде, которую привози- ли с реки Дон и заполняли экспериментальный бассейн. Для получения сравнительной характеристики эффективности работы, исследу- емой технологий, проводились опыты в два этапа: первый-фильтрация только на ершовой загрузке и второй-с добавлением коагулянта УНИКОСА, коагулян- та КМП-30 и коагулянта Оксихлорид Al(B). Методика проведения эксперимента. Первый этап - воду с большим со- держанием сине-зелёных водорослей (количество клеток микроводорослей по данным Ростовского водоканала составила до 80000 кл./мл) из бассейна 1 по- давали фантановым насосом 5 на контактный фильтр 2 через регулятор расхода Расход воды постоянный. Отбор профильтрованной воды осуществляли с па- трубка, расположенного в верхней части экспериментальной конструкций 3. Пробы брали каждый 2 часа в течение суток, как дневное, так и в ночное время. По мере забывания фильтрующей загрузки, которую определяли по уменьше- нию расхода на выходе, производили регенерацию фильтра. Регенерацию осу- ществляли с подачей воздуха из компрессора 4, во время промывки насос 5 от- ключали. На втором этапе в фильтрующую загрузку поочередна, вводили коа- гулянт УНИКО-СА; КМП-30 и Оксихлорид Al(B). В процессе исследований дозы коагулянтов были приняты с учётом ранее проведённых исследований 20 до 80 мг/л. Для обработки показателей исследу- емой воды использовали оттарированные инструменты: фотоэлектроколори- метр(ФЭК), РН-метр, аппарат для определения солесодержания жидкости. Результаты исследования. Задача первая. Токсины, выделяемые сине-зелеными водорослями, попа- дая в организм человека, вызывают острые отравления с неврологическими симптомами, различные дерматиты, гастроэнтериты и даже приводят к некрозу печени [1-7]. О действии на сердце выявлены данные только по трем видам: Microcystis, Anabaena и Nodularia. Симптомы отравления проявлялись в слабом и редком или наоборот усиленном пульсе, перикардиальных или эндокардиаль- ных кровоизлияниях. Человек менее чувствителен к действию токсичных сине- зеленых водорослей, кроме того, для отравления с летальным исходом человеку весом 70 кг необходимо выпить 2,5 литров воды, насыщенной водорослями. Действие водорослей на человека может быть и косвенным – через рыбу, жи- вотных и растения. При интоксикации водорослями выделяем желудочно- кишечное, дыхательное, кожное воздействие, которое выражается в виде конъ- юнктивитов и аллергии. Установлено, что сине-зеленые водоросли выделяют в окружающую среду фенолы, которые также вызывают поражения кожи[5-13]. Задача вторая. Анализ воды показал наличие летучего органического ве- щества «геосмин», являющегося продуцентом ряда микроводорослей, в количе- стве, соответствующем нижнему пределу порога влияния на органолептиче- ский показатель «запах». При этом в отобранной пробе воды концентрация микроводорослей составляла 5160 кл/мл, из них концентрация микроводоросли Aphanizomenon flos-aqua составляла 800 кл/мл, лаборатория идентифицировала запах как «болотный» или «травянисто-гнилостный» интенсивностью 0/1 балл. В данный период концентрации продуктов их жизнедеятельности геосмина и МИБ были значительно выше. На основании данных была построена зависи- мость содержания токсинов от содержания клеток в воде. В начале летнего пе- риода на каждые 25 мг/л содержания микроцистиса приходится увеличение микроцистина порядка 0.15 мкг/л (до содержания микроцистиса 100 мг/л) (рис.2). А в августе и сентябре количество токсинов увеличивается в несколько раз (рис.3). Норма ПДК по содержанию в воде микроцистинов, принятая все- мирной организацией здравоохранения, составляет 0,01 мкг/л.  Рисунок 2 – Содержание микроцистина в воде за период июнь, июль 2017 г.  Рисунок 3 – Содержание микроцистина в воде за период август, сентябрь 2017 г. Количество микроцистиса в воде реки Дон довольно большое. Среди всех водорослей микроцистис занимает второе место по количеству клеток и первое место по биомассе. Изученность данной проблемы на Дону требует особого внимания. Задача третья. После соответствующей статистической обработки экспе- риментальных данных, обобщений результаты исследований представлены ни- же в виде графиков на рисунках 1-4. Сравнительные результаты исследований по обработке донской цветущей воды контактной фильтрацией на ершовой загрузке (без отстаивания) представлены ниже (рис.4, 5, 6, 7).  Рисунок 4 – Изменение мутности воды при её фильтрациях на пилотной установке с ершовой загрузкой без коагуляций  Рисунок 5 – Изменение цветности воды при её фильтрациях на пилотной установке с ершовой загрузкой без коагуляций  Рисунок 6 – Изменение мутности воды при её фильтрациях на пилотной установке с ершовой загрузкой с использованием коагулиантов: 1-фильтрация с коагулянтом УНИКО-СА; 2-фильтрация с коагулянтом КМП-30; 3- фильтрация с коагулянтом Оксихлорид Al(B).  Рисунок 7 – Изменение цветности воды при её фильтрациях на пилотной установке с ершовой загрузкой с использованием коагулянтов При коагуляционной обработке донской цветущей воды с использовани- ем коагулянта КМП30 были отмечены более высокие контролируемые показа- тели качества воды, чем при коагуляциях её с использованием коагулянта УНИКО-СА и Оксихлорида Al(B); Эффект снижения мутности донской цветущей воды в процессе её коагуляцией с использованием коагулянта КМП30 составляет 85,3-91,5% при дозе когулянта 20-80 мг/л. Эффект снижения цветности донской цветущей воды в процессе её коа- гуляцией с использованием коагулянта КМП30 составляет 81,3-83,9% при дозе когулянта 20-80мг/л; Выяснилось, что использование только ершовой загрузки без коагулянтов удаляет более 50% водорослей, а вместе с коагулянтом – более 90%. Под дей- ствием минеральных коагулянтов, применяющихся также для осветления и очистки воды, идущей в водопроводную сеть, водоросли необратимо слипают- ся в комки и задерживаются на ершах. Хорошо удаляется и запах после реге- нераций, так как все загрязнения быстро собираются пузырьком-окислителем и убираются вместе с образовавшейся пеной, не застаиваясь. Выводы: проблема сохранения качества воды Ростовской области (РО), как фактора, существенно влияющего не только на инфекционную, но и общую заболеваемость населения, является одной из самых приоритетных. В реке Дон, качество воды в котором в летне-осенний период года по концен- трации фитопланктона превышает более чем в 4 раза допустимый норматив для водоисточников пригодных для использования в качестве источников хозяй- ственно-питьевого водоснабжения ГОСТ 2761-84 «Источники централизован- ного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические тре- бования и правила выбора», органолептические показатели воды являются чрезвычайно опасным по эпидемической безопасности здоровья населения. При мониторинге органолептических показателей питьевой воды (цвет- ность, мутность, привкус и др.) особенно в летные месяцы июне-августе (время «цветения») целесообразно определять количество микроцистиса и токсинов, выделяемых сине-зелеными водорослями, что может служить основанием при расчёте эпидемической безопасности водопользования. Применение предлагаемой технологии, по очистке цветущей донской во- ды от органолептических показателей, исключить необходимость первичного обеззараживания воды хлором или же снизить расход хлора до минимума; при- даст режиму водообработки стабильность и значительно сократить стоимость очистки воды от сине-зелёных водорослей и главное обеспечить санитарно- эпидемиологическую безопасность питьевой воды и здоровья населения. Список литературыKhetsuriani E.D. Hydrological studies on the river don around the ale- xandrovsky osv water-intake facilities/ E.D. Кhetsuriani, V.P. Кostyukov, E.G. Ugrovatova // 2nd international conference on industrial engineering, icie 2016 Chelyabinsk, 2016. — Р. 2358-2363. Алешня В.В. Изучение в экспериментальных условиях действия пе- стицидов на микроорганизмы, характеризующие санитарно- эпидемиологическую безопасность водоема / В.В. Алешня, П.В. Жу- равлёв, О.П. Панасовец // Гигиена и санитария. — 2016. — № 8. — С. 785 -789. Алешня В.В. Экспериментальное изучение влияния активного хлора на патогенные и потенциально патогенные микроорганизмы / В.В. Алешня, П.В. Журавлёв, О.П. Панасовец, Д.А. Седова // Здоровье населения и среда обитания. — 2018. . — № 10. — С. 17– 21 Журавлёв П.В. Санитарно-бактериологическая характеристика волы Нижнего Дона / П.В. Журавлёв, В.В. Алешня, О.П Панасовец, Г.В. Айдинов, М.М. Швагер, Т.В. Митрофанова, Б.Х. Джансейидов, Г.А. Мартынов, Е.И. Деревякина // Гигиена и санитария. — 2012. — №4. — С. 28 – 31. Кичигин В.И. Моделирование процессов очистки воды: Учебное посо- бие / В.И. Кичигин. – Издательство: Ассоциации строительных вузов, 2004. — 230 с. Саут Р. Основы альгологии / Р. Саут, А. Уиттик. — М.: Мир, 1990. — 597 с. Хецуриани Т.Е. Обмен веществ при адаптации и повреждении / Т.Е. Хецуриани // Дни молекулярной медицины на Дону : материалы XVII Российской конференции с международным участием, 2018. — С. 162. Санитария и гигиена. Раздел «Гигиена водоснабжения»: учеб. пособие / Л.Н. Синёва. — Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2010. — 204 с. Воропаев Г.В. Вода и человек / Г.В. Воропаев. — М.: Курьер, 1985. — С 46. Аверьянова Л.И. Водой можно отравиться / Л.И. Аверьянова // Аргу- менты и факты на Дону. — 2001. — №9. — С. 13. Хецуриани Е.Д. Экологическая безопасность водной среды-залог здо- рового будущего / Е.Д. Хецуриани, Т.С. Колмакова, М.А. Колмакова, Т.Е. Хецуриани // Биосферная совместимость: человек, регион, техно- логии. — 2018. — №3 (23). — С 86-95. УДК 612.06 |