Гигиена почвы как составной элемент окружающей среды. Основные принципы санитарной очистки населенных мест.
МЕТОДИКА ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПОЧВЫ
Основные физические свойства и состав почвы
Литосфера (земная кора) – органо-минеральная оболочка планеты Земля, которая распространяется от ее поверхности к магме. Состоит из собственно литосферы, сформированной из магматических пород, разрушенных физическими, физико-химическими и химическими процессами до появления жизни на Земле, и почва.
Почва – поверхностный слой литосферы (толщиной от нескольких миллиметров на скальных породах до 10 км в низинах), сформированный после появления жизни на планете Земля вследствие действия климата, растительности и живых организмов (микроорганизмов и корней высших растений). Почва состоит из поверхностного (0-25 см) пахотного или гумусного слоя, которому присуще плодородие и который обрабатывается при выращивании растений, и собственно почва.
Основные физические свойства почвы:
– механический состав – процентное распределение частиц почвы по их размеру. Определяется просеиванием через сита Кнопа, которых существует 7 номеров с отверстиями диаметром от 0,25 до 10,0 мм (рис. 18.1). К механическим элементам почвы принадлежат: камень и гравий (размером > 3 мм); песок крупный (3-1 мм), средний (1-0,25 мм), мелкий (0,25-0,05 мм); пыль крупная (0,05-0,01 мм), средняя (0,01-0,005 мм), мелкая (0,005-0,001 мм); ил (< 0,001 мм). По механическому составу почвы классифицируют в зависимости от удельного веса физического песка (частицы размером > 0,01 мм) и физической глины (частицы размером < 0,01 мм) (Приложение 3);
– пористость – суммарный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. Размер пор тем больше, чем крупнее по размеру отдельные механические элементы почвы. Пористость почвы тем высшая, чем меньшие за размером отдельные механические элементы почвы;
– воздухопроницаемость – способность почвы пропускать воздух через свою толщу. Повышается с увеличением размеров пор и не зависит от их общего объема (пористости);
– водопроницаемость – способность почвы поглощать и пропускать воду, поступающую из поверхности. Протекает в две фазы: впитывание (свободные поры последовательно заполняются водой до полного насыщения почвы) и фильтрации (при полном насыщении почвы водой она приходит в движение по порам под действием силы тяжести);
– влагоемкость – количество влаги, которую способна удержать почва сорбционными и капиллярными силами. Она тем больше, чем меньший размер пор (чем мельче механические элементы почвы) и чем больший их суммарный объем (пористость);
– капиллярность почвы – способность почвы поднимать по капиллярам воду из нижних слоев кверху. Чем меньший размер механических частиц почвы, т.е. чем мельче поры, тем большей будет капиллярность почвы, тем выше и медленнее будет подниматься в такой почве вода.
Почва состоит из биотического (почвенные микроорганизмы), и абиотического компонентов. Абиотический компонент включает твердое вещество почвы (минеральные и органическое соединения и органо-минеральные комплексы), почвенную влагу и почвенный воздух.
Минеральные (неорганические) вещества почвы на 60-80% представлены кристаллическим кремнеземом (кварц), а также алюмосиликатами (полевой шпат, слюда, вторичные глинистые минералы). Здесь содержатся практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева преимущественно в виде солей.
Органические вещества почвы представлены как собственно органическими соединениями почвы (гуминовые кислоты, фульвокислоты и прочие), синтезированными почвенными микроорганизмами (именно это и называется гумусом), так и посторонними для почвы органическими веществами, попавшими в почву извне вследствие естественных процессов и техногенного (антропогенного) загрязнения.
Почвенная влага может находиться в твердом и жидком состоянии, а также в виде пара. Наибольший интерес, с гигиенической точки зрения, имеет жидкая влага. Она может находиться в форме: 1) гигроскопической воды, конденсирующейся на поверхности почвенных частиц; 2) пленочной воды, удерживающейся на поверхности почвенных частиц; 3) капиллярной воды, удерживающейся капиллярными силами в тонких порах почвы; 4) свободной гравитационной воды, находящейся под действием силы тяжести или гидравлического напора и заполняющей крупные поры почвы.
Почвенный воздух – смесь газов и пара, заполняющих поры почвы. По составу отличается от атмосферного и постоянно взаимодействует с ним, путем диффузии, за градиентом концентраций. Почвенный воздух и вода являются антагонистами относительно пространства пор. Естественный состав почвенного воздуха регулируется скоростью использования кислорода и образования диоксида углерода вследствие микробиологических процессов минерализации органических веществ. С увеличением глубины содержание в почвенном воздухе диоксида углерода увеличивается, а кислорода уменьшается.
Гигиеническое значение почвы
Почва является:
– средой, в которой происходят процессы трансформации и накопления солнечной энергии;
– ведущим звеном круговорота веществ в природе, средой, в которой беспрерывно протекают разнообразные сложные процессы разрушения и синтеза органических веществ;
– главным элементом биосферы, в котором происходят сложные процессы миграции, трансформации и обмена всех химических веществ как естественного, так и антропогенного (техногенного) происхождения. Миграция осуществляется по коротким (почва – растения – почва, почва – вода – почва, почва – воздух – почва) и длинным (почва – растения – животные – почва, почва – вода – растения – почва, почва – вода – растения – животные – почва, почва – воздух – вода – растения – животные – почва и другие) миграционным цепям;
– почва формирует химический состав продуктов питания растительного и животного происхождения;
– почва играет важную роль в формировании качества воды поверхностных и подземных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения;
– влияет на качественный состав современной атмосферы;
– имеет эндемическое значение – аномальный естественный химический состав почвы в эндемических провинциях является причиной возникновения и локального распространения эндемических болезней (геохимических эндемий): эндемического флюороза и кариеса, эндемического зоба, копытной болезни, молибденовой подагры, уровской болезни или болезни Кашина-Бека, болезни Кешана, селеноза, борного энтерита, эндемической нефропатии и т.п.;
– имеет эпидемическое значение – может быть фактором передачи возбудителей инфекционных заболеваний и инвазий людей: кишечных инфекций бактериальной (брюшной тиф, паратифы А и В, бактериальная дизентерия, холера, эшерихиоз), вирусной (гепатит А, энтеровирусные инфекции: полиомиелит, Коксаки, ЕСНО) и протозойной этиологии (амебиаз, лямблиоз); зооантропонозов (лептоспирозы: инфекционная желтуха или болезнь Васильева-Вейля, безжелтушный лептоспироз, бруцеллез, туляремия, сибирская язва); микобактерий туберкулеза; спорообразующих клостридий – возбудителей столбняка, газовой гангрены, ботулизма; геогельминтозов – аскаридоза, трихоцефалеза, анкилостомидоза.
– является естественной средой для обезвреживания жидких и твердых бытовых и промышленных отходов благодаря процессам самоочищения (санитарное значение почвы). Самоочищение почвы обусловлено наличием сапрофитных гнилостных, нитри- и нитрофицирующих бактерий, простейших организмов, личинок насекомых, червей, грибков, вирусов, бактериофагов, а также его физико-химическими свойствами. Состоит в способности почвы превращать органические соединения в минеральные вещества, пригодные для усвоения растениями: углеводы – на воду и углекислоту; жиры – на глицерин и жирные кислоты, а затем – также на воду и углекислоту; белки – на аминокислоты, с выделением аммиака, аммонийных солей и дальнейшим их окислением в нитриты и нитраты; серы белков – на сероводород и т.д.
Санитарная очистка населенных мест
Это комплекс мероприятий по сбору, временному хранению, вывозу, обезвреживанию и утилизации отходов, образующихся в населенных местах.
Отходы – это остатки веществ и предметов, которые образовались вследствие бытовой, хозяйственной и промышленной деятельности человека, которые не могут быть использованы на месте образования, а их накопление и хранение ухудшает санитарное состояние окружающей среды. Делятся на жидкие (нечистоты из выгребов туалетов; помои от приготовления пищи, мытье посуды, пола, стирки белья; сточные воды: хозяйственно-бытовые, промышленные, ливневые, городские) и твердые (мусор или домовые отходы; остатки или отходы кухни; отходы лечебно-профилактических учреждений, в том числе специфические (использованный перевязочный материал, использованные одноразовые системы и шприцы, остатки лекарства, останки органов и тканей после операций, трупы лабораторных животных); отходы других общественных учреждений (школ, детских дошкольных учреждений, средних и высших учебных заведений, офисов); отходы предприятий общественного питания; отходы животного происхождения (трупы животных, навоз, пищевые конфискаты); отходы торговых учреждений; отходы промышленных предприятий; шлаки котельных; строительный мусор, городская почва; уличный смет).
Различают три системы удаления отходов:
– сплавную применяют в полностью канализованных населенных пунктах, в которых все жидкие и частично мелкие твердые отходы сплавляют на очистительные сооружения по системе труб (канализация); остальные твердые отходы вывозят спецавтотранспортом;
– вывозную применяют в неканализованных населенных пунктах, в которых и жидкие, и твердые бытовые отходы (ТБО) вывозят к местам их обезвреживания и утилизации специальным автотранспортом. Такой способ удаления твердых отходов получил название санитарной очистки, а жидких – ассенизации;
– смешанную применяют в частично канализованном населенном пункте. При этой системе жидкие отходы из канализованной части населенного пункта удаляют с помощью канализационной сети, с не канализованной – вывозят ассенизационным транспортом, а все твердые отходы вывозят транспортом санитарной очистки.
Санитарная очистка населенного пункта должна быть плановой (осуществляться по утвержденному плану, графику), регулярной (вывоз отходов в теплый период года – ежедневно, в холодный – 1 раз в 1-3 сутки), коммунальной (осуществляться предприятиями коммунального хозяйства) и не зависеть от желания отдельных лиц или учреждений. Предусматривает 3 этапа: I – сбор и временное хранение твердых бытовых отходов; II – их вывоз; III – обезвреживание и утилизацию.
Сбор, вывоз (транспортирование) твердых бытовых отходов. Различают планово-подворную (ТБО собирают в специальные мусоросборники, расположенные на оборудованных площадках на территории домовладений, а затем спецавтотранспортом по графику вывозят к местам обезвреживания) и планово-поквартирную (жильцы собирают ТБО в квартирах и выносят в обусловленное время к мусороуборочной машине) системы планово-регулярной очистки. При планово-подворной системе различают метод “стационарной” (мусоросборники опоражнивают в мусоровозы и затем устанавливают на место) и “сменной” (мусоросборники или контейнеры вместе из ТБО вывозят контейнеровозами к местам обезвреживания, а в замен оставляют пустые чистые) посуды.
Для вывоза мусора и других твердых отходов используют специальные автомашины – мусоровозы. При методе “стационарной” посуды используют мусоровозы 93/М, 53/М, КО-404, КО-413 и прочие. При методе “сменной” посуды – контейнеровозы М-30. Мусоровозы монтируются на шасси грузовых автомашин ГАЗ-93а, ГАЗ-53, МАЗ-500А.
Обезвреживание твердых бытовых отходов. Методы обезвреживания ТБО должны отвечать следующим основным гигиеническим требованиям:
– обеспечивать надежный обезвреживающий эффект, превращать отходы на безвредный в эпидемическом и санитарном отношении субстрат. В эпидемическом отношении ТБО являются чрезвычайно опасными: коли-титр 10-6-10-7, титр анаэробов –– 10-5-10-6, микробное число достигает десятков и сотен миллиардов, содержат патогенные и условно-патогенные бактерии, вирусы, яйца гельминтов. Особенно опасны отходы лечебно-профилактических учреждений, которые приблизительно в 10-100 раз более контаминированы микроорганизмами, по сравнению с бытовыми отходами из жилых зданий;
– быстрым – наилучшим считается такой метод, который разрешает эффективно обезвредить отходы за тот промежуток времени, за который они образовывались;
– должны предотвратить отложение яиц и развитие личинок и куколок мух (Musca domestica) как в отходах во время обезвреживания, так и в полученном вследствие обезвреживания субстрате;
– должны предотвратить доступ грызунов в процессе обезвреживания отходов и превращать отходы в субстрат, неблагоприятный для их жизни и развития;
– должны предотвращать загрязнение воздуха летучими продуктами разрушения органических веществ (ТБО содержат до 80 % органических веществ, из которых 20-30 % в теплый период года легко загнивают и выделяют при этом дурно пахнущие газы: сероводород, индол, скатол и меркаптаны);
– при обезвреживании отходов не должны загрязняться поверхностные и подземные воды;
– должны разрешать максимально и безопасно для здоровья людей использовать полезные свойства ТБО, поскольку они содержат до 6% утиля, при их сжигании можно получать тепловую энергию, при биотермической переработке – органические удобрения, а пищевые отходы использовать для откорма животных.
По конечной цели методы обезвреживания ТБО делятся на: утилизационные (переработка отходов в органические удобрения, биотопливо, выделение вторичного сырья (например, металлического лома) для промышленности, использование как энергетического топлива) и ликвидационные (захоронение в почву, сброс у моря, сжигание без использования тепла).
По технологическому принципу методы обезвреживания делятся на: 1) биологические или биотермические (поля запахивания, усовершенствованные свалки, полигоны складирования, поля компостирования, биотермические камеры, заводы биотермической переработки; в сельской местности в личных хозяйствах – компостные кучи, парники); 2) термические (мусоросжигательные заводы без, или с использованием тепловой энергии, которая образуется при сжигании отходов; пиролиз с получением горючего газа и нефтеподобных смазочных масел); 3) химические (гидролиз); 4) механические (сепарация отходов с дальнейшей утилизацией, прессование отходов в строительные блоки); 5) смешанные.
Наибольшее распространение получили биотермические методы.
Термическое обезвреживание позволяет: 1) разложить сложные органические вещества отходов и продукты их метаболизма (мочевину, мочевую кислоту и прочие) до более простых соединений с тем, чтобы в дальнейшем с помощью специальных микроорганизмов, в присутствии кислорода воздуха, синтезировать новое, стойкое, безопасное в санитарном отношении вещество, называемое гумусом; 2) уничтожить вегетативные формы патогенных и условно-патогенных бактерий, вирусы, простейшие, яйца гельминтов, яйца и личинки мух, семена сорняков.
Эффективность биотермического метода обезвреживания зависит от:
– аэрации отходов (на 1 объем ТБО необходимо подавать 25 объемов воздуха);
– влажности отходов (при влажности < 30 %, ТБО необходимо искусственно увлажнять; если > 70 %, необходимо устраивать устройства для ее уменьшения);
– содержания в отходах органических веществ, способных легко загнивать (должно быть не < 30 %, соотношение углерода и азота 30:1), и неорганических соединений (не > 25 %);
– размера частиц отходов (оптимальный размер 25-35 мм);
– активной реакции (рН) отходов (оптимальной является рН – 6,5-7,6);
– степени исходной контаминации отходов мезофильными и термофильными микроорганизмами (для интенсификации очистки проводят искусственную инокуляцию);
– температурных условий (чем быстрее будет подниматься температура в толще отходов, тем лучше и надежнее состоится биохимическое разрушение органических веществ и отмирание патогенной микрофлоры).
Методика санитарного обследования участка и отбора проб почвы
Санитарное обследование земельного участка включает:
– определение назначения участка (территория больницы, детских учреждений, школ, промышленных предприятий, объектов обезвреживания отходов коммунально-бытового, производственного, строительного происхождения и т.п.);
– визуальное обследование территории участка, определение характера, размещения (отдаленности) источников загрязнения почвы, рельефа местности, направления стока дождевых вод по отношению к этим источникам, направлению движения грунтовых вод;
– определение механического состава почвы (песок, супесь, суглинок, чернозем);
– определение мест отбора проб почвы для анализа: участка возле источника загрязнения и контрольного участка заведомо чистой почвы (на отдалении от этого источника).
Пробы отбираются “методом конверта” на прямоугольных или квадратных участках размером 10х20 или больше метров. В каждой из пяти точек “конверта” отбирают 1 кг почвы на глубину до 20 см. Из отобранных образцов готовят среднюю пробу массой 1 кг.
К отобранной пробе заполняют сопроводительный бланк, в котором указывают: место, адрес и назначение земельного участка, тип почвы, рельеф, уровень стояния грунтовых вод, цель и объем анализа, результаты исследований, выполненных на месте, дату и время отбора, погодные условия предыдущих 4-5 дней, кем отобранная проба, его подпись. Пробы упаковывают в стеклянную закрытую посуду, полиэтиленовые мешочки.
Показатели санитарного состояния почвы
|
Группа показателей |
Показатели |
|
Санитарно-физические |
Механический состав, коэффициент фильтрации, воздухопроницаемость, влагопроницаемость, капиллярность, влагоемкость, общая и гигроскопическая влажность |
|
Физико-химические |
Активная реакция (рН), емкость поглощения, сумма поглощенных основ |
|
Показатели химической безопасности: |
|
|
– химические вещества естественного происхождения |
Фоновое содержание валовых и подвижных форм макро- и микроэлементов чистой почвы |
|
– химические вещества антропогенного происхождения (показатели загрязнения почвы ЭХВ) |
Остаточные количества пестицидов, валовое содержание тяжелых металлов и мышьяка, содержание подвижных форм тяжелых металлов, содержание нефти и нефтепродуктов, содержание серных соединений, содержание канцерогенных веществ (бенз(а)пирена) и т.п. |
|
Показатели эпидемической безопасности: |
|
|
– санитарно-химические |
Общий органический азот, санитарное число Хлебникова, азот аммиака, азот нитритов, азот нитратов, органический углерод, хлориды, окисляемость почвы |
|
– санитарно-микробиологические |
Общее число почвенных микроорганизмов, микробное число, титр бактерий группы кишечной палочки (коли-титр), титр анаэробов (перфрингенс-титр), патогенные бактерии и вирусы |
|
– санитарно-гельминтологичечские |
Число яиц гельминтов |
|
– санитарно-энтомологические |
Число личинок и куколок мух |
|
Показатели радиационной безопасности |
Активность почвы |
|
Показатели самоочищения Почвы |
Титр и индекс термофильных бактерий |
Все показатели делятся на: прямые (позволяют непосредственно по результатам лабораторного исследования пробы почвы оценить уровень ее загрязнения и степень опасности для здоровья населения (Приложение 3) и, косвенные (позволяют сделать выводы о факте существования загрязнения, его давности и продолжительности путем сравнения результатов лабораторного анализа исследуемой и контрольной чистой почвы того же типа, отобранной на незагрязненной территории).
Санитарное число Хлебникова – отношение азота гумуса (собственно почвенного органического вещества) к общему органическому азоту (состоящего из азота гумуса и азота посторонних для почвы органических веществ, которые ее загрязняют). Если почва чистая, то санитарное число Хлебникова равно 0,98-1.
Коли-титр почвы – минимальное количество почвы в граммах, в которой содержится одна бактерия группы кишечной палочки.
Титр анаэробов (перфрингенс-титр) почвы – минимальное количество отходов в граммах, в котором содержится одна анаэробная клостридия.
Микробное число почвы – это количество микроорганизмов в 1 грамме почвы, выросших на 1,5% мясо-пептонном агаре при температуре 370С за 24 часа.
Методика гигиенической оценки санитарного состояния почвы
При составлении вывода по санитарной оценке почвы целесообразно пользоваться схемой (алгоритмом), предусматривающей 6 следующих этапов:
І – определяют цель и задачу. Так, при отводе земельных участков под новые населенные пункты, необходимо дать гигиеническую оценку санитарного состояния естественного почвы. При текущем санитарном надзоре необходимо оценивать санитарное состояние искусственно созданной почвы на земельных участках жилых и общественных зданий, детских и спортивных площадках. При неблагоприятной эпидемической ситуации необходимо определиться, не является ли почва фактором распространения патогенных микроорганизмов. Иногда при расследовании случаев острых и хронических отравлений необходимо определить степень загрязнения почвы токсичными химическими веществами (пестицидами, тяжелыми металлами и т.п.). Санитарное состояние почвы может изучаться с целью оценки эффективности санитарной очистки территории города, во время текущего санитарного надзора за очистными сооружениями канализации и сооружениями по утилизации и обезвреживанию ТБО с целью оценки эффективности их работы.
II – в зависимости от поставленных задач устанавливают необходимый объем исследований. Так, при гигиенической оценке естественной почвы земельных участков, которые отводятся под новые населенные пункты, необходимым является полный санитарный анализ по всем показателями санитарного состояния. При гигиенической оценке искусственно созданной почвы населенных пунктов при условии благоприятной эпидемической ситуации целесообразно проводить исследования по схеме краткого санитарного анализа: определение общей и гигроскопической влажности, санитарного числа Хлебникова, хлоридов, окисляемости почвы, микробного числа, титра бактерий группы кишечной палочки, титра анаэробов, числа яиц гельминтов, числа личинок и куколок мух. При неблагоприятной эпидемической ситуации в схему краткого санитарного анализа обязательно необходимо включить исследование на наличие патогенных бактерий и вирусов. При расследовании случаев острых и хронических отравлений для определения степени загрязнения почвы токсичными химическими веществами достаточно определить механический состав, общую и гигроскопическую влажность и содержание вредных веществ: пестицидов, тяжелых металлов, мышьяка и других (приложения 4, 5).
III – проводят проверку полноты представленных материалов, проверяют наличие данных санитарного обследования, оценивают схему отбора проб почвы, способы их подготовки к анализу, сроки выполнения анализов, условия хранения проб, контролируют наличие результатов лабораторного анализа почвы согласно необходимой программе исследований.
IV – анализируют данные санитарного обследования: а) санитарно-топографическую характеристику участка; б) санитарно-техническую характеристику объектов, оказывающих влияние на состояние участка; в) санитарно-эпидемическую ситуацию. Делают предварительный вывод относительно существования основания подозревать, что почва может быть загрязнена экзогенными химическими веществами или оказаться фактором распространения инфекционных заболеваний.
V – проводят оценку результатов лабораторного анализа почвы по всем показателями, предусмотренных программой исследований. По косвенным показателям на основании сравнения исследуемого участка с контрольной (“чистой”) почвой составляют заключение о факте существования загрязнения, его давности и длительности. По прямым показателям, руководствуясь оценочной шкалой санитарного состояния почвы (приложения 4, 5), оценивают уровень загрязнения почвы и степень ее опасности для здоровья населения.
VI – формулируют общий вывод о санитарном состоянии почвы, степени ее загрязнения и опасности для здоровья населения, прогнозируют возможное влияние загрязнения почвы на здоровье населения в зависимости от ее уровней , предлагают мероприятия по предупреждению дальнейшего ухудшения санитарного состояния почвы и пути его улучшения.
