Методическое пособие 796

это прием низкомолекулярных антиоксидантов и повышение активности ферментов антиоксидантной системы [4]. А учитывая тот факт, что озон может образовываться и в районах, где уровень концентрации загрязняющих веществ не превышает ПДК, то вопрос о нивелировании его влияния на организм человека становится актуальным и в экологически благополучных регионах.

Таким образом, на примере Санкт-Петербурга показана необходимость в наличие постоянного контроля приземного озона, который в настоящее время в большинстве городов России отсутствует, поэтому и полная картина по озону на территории страны отсутствует. В связи с этим актуальным является разработка новых экспрессных методов, позволяющих проводить постоянный контроль уровня озона в приземном слое атмосферы и с помощью современных сетевых технологий наблюдать за изменением его уровня не только в крупных городах, но и в малонаселенных районах, а также определять основные причины превышения концентрации озона в тропосфере над естественным уровнем.

Литература

1.Nicholson J. P., Weston K. J., Fowler D. Modelling horizontal and vertical concentration profiles of ozone and oxides of nitrogen within high-latitude urban areas // Atmos. Environ. 2001. N 35. P. 2009–2022.

2.Белан Б.Д . Озон в тропосфере. Томск: ИОА СО РАН, 2010. 478 с.

3.Чернов А. В., Механтьев И. И., Масайлова Л. А., Шукелайть А. Б., Рязанцева Л. Т. Некоторые аспекты контроля воздушной среды промышленного мегаполиса // Сборник матер. V межрегион. научнопрактич. конф. молодых ученых и специалистов «Гигиена, экология и риски здоровью в условиях современного производства». 2015. С. 151-156.

4.Рязанцева Л. Т. Ферменты-антиоксиданты: структурно-функциональные свойства и роль в регулировании метаболических процессов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 2. С. 126-129.

1Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Россия 2Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия

L. T. Ryazantseva1, V. P. Oktyabrskiy1, A. A. Pavlenko2

ASSESSMENT OF OZONE POLLUTION IN LARGE CITIES

ON THE EXAMPLE OF SAINT PETERSBURG

The article deals with the problem of ozone formation in the ground atmosphere and the main reasons for increasing its content in the atmospheric air. A negative (inverse) correlation between the concentrations of ozone and nitrogen dioxide in the surface layer of the atmosphere was found. The necessity of state control of ground-level ozone concentrations is shown on the example of Saint Petersburg

1Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Saint Petersburg, Russia

2Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia

211

УДК 504.064:543

Ж. Ю. Кочетова1, С. В. Внукова1, Т. А. Кучменко2

ПЬЕЗОСЕНСОРНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР УТЕЧЕК ТОПЛИВА

Разработан сигнализатор утечек топлива в закрытых помещениях на основе пьезосенсора, модифицированного устойчивым к агрессивным парам легколетучих углеводородов сорбционным покрытием из многослойных углеродных нанотрубок. Оптимизированы конструкция ячейки детектирования, алгоритм считывания аналитического сигнала, высота расположения датчиков над предполагаемым местом утечек (стыки трубопроводов, рукава насосов). Датчик прошел апробацию в сертифицированной лаборатории, которая показала, что изменение влажности и химического состава атмосферного воздуха не влияют на надежность его срабатывания. При изменении температуры окружающего воздуха изменяется интенсивность испарения летучих жидкостей, что необходимо учитывать при программировании порога срабатывания сигнализатора

Для обеспечения безопасного обслуживания самолетов необходим непрерывный контроль состояния техники для заправки топливных баков. Инциденты, связанные с отказом работы насосов и утечками взрывоопасного топлива, могут быть катастрофическими. Они ставят под угрозу безопасность персонала, приводят к повреждениям оборудования, значительному материальному ущербу, оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Эффективность работы систем обнаружения утечек топлива (надежность, быстродействие, количество ложных срабатываний, экономичность) обусловлена в первую очередь эксплуатационными характеристиками датчиков, срабатывающих при возникновении взрывоопасных концентраций авиационного топлива. В качестве чувствительных элементов в сигнализаторах утечек топлива у нас и за рубежом на аэродромах применяются каталитические, инфракрасные, полупроводниковые чувствительные элементы, которые имеют свои преимущества и недостатки, подробно изложенные в публикации авторов [1]. К основному недостатку следует отнести высокую зависимость надежности их работы от параметров окружающей среды. Наиболее надежные и селективные инфракрасные датчики имеют относительно высокую стоимость и не выгодны для оснащения систем обнаружения утечек взрывоопасных жидкостей, где могут одновременно использоваться более 100 измерительных устройств.

Остается актуальной разработка сигнализаторов утечек топлива, характеризующихся надежностью, быстродействием, энерго- и ресурсоэкономичностью, малой зависимостью измерений концентраций паров топлива от перепадов температуры, давления, влажности воздуха. Перспективным направлением в аналитическом приборостроении является разработка миниатюрных пьезосенсоров [2]. В настоящее время они используются для экологического мониторинга атмосферного воздуха в ряде стран ЕС [3], мониторинга воздуха жилых и нежилых помещений [4], экспресс-анализа почв и вод [5], медицинской неинвазивной диагностики [6], определения качества пищевых и не пищевых продуктов [7].

Основные достоинства пьезосенсоров: высокие чувствительность (до 2,5 МГц/мг) и разрешающая способность (10–11 г); надежное функционирование в широком диапазоне температур (от 0 до 550 °С); погрешность микровесов (≤2 %); малые габариты; устойчивость к вибрациям и ударам; химическая и радиационная стабильность; экономичность. Принцип действия пьезосенсора заключается в преобразовании аналитического сигнала, возникающего в результате сорбции паров аналитов с реагентом в околосенсорном пространстве или на его поверхности, в физический сигнал (частота вибрации F, Гц).

Для обеспечения избирательности сорбции паров индивидуальных компонентов необходимо модифицировать электроды сенсора специфическими реагентами. Для этого на электроды пьезокварцев с собственной резонансной частотой колебаний 15 МГц равномерно наносят микрошприцем растворы сорбентов с последующим статическим испарением несвязанного растворителя. Расширение ассортимента чувствительных модификаторов электродов частично решает актуальную задачу - селективное определение компонентов в

212

сложных газовых смесях. Для определения концентрации паров топлива в воздухе протестировано более 40 пленок сорбентов, в том числе стандартные газохроматографические фазы, проявляющие повышенное сродство к углеводородам. Основной проблемой при этом стала низкая устойчивость пленок сорбентов к агрессивным парам керосина: изменялась масса покрытий, их структура и воспроизводимость результатов измерений. Высокой устойчивостью к парам топлива характеризуется покрытие на основе многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ). Их структура не изменяется при проведении более 2500 циклов «сорбция-десорбция» насыщенных паров керосина.

Устойчивые, но неселективные многослойные углеродные нанотрубки синтезировали газофазным химическим осаждением при пиролизе этанола в Черноголовке (рабочая группа С. С. Гражулене). Фуллерены синтезировали в Воронежском государственном университете инженерных технологий (рабочая группа Т. И. Игуменовой). Мелкодисперсный активированный уголь предварительно дегазировали при 250 °С. Для модификации пьезосенсора применяли методики статического испарения растворителя после погружения в ультразвуковую суспензию МУНТ или активированный уголь, как указано в патенте [8]. Основные особенности, позволяющие эффективно применять МУНТ в качестве поглотителя паров керосина, – инертность и развитая удельная поверхность, высокая порозность структуры, что подтверждается микроструктурными исследованиями [9].

Изучены интенсивность и характер дрейфа нулевого сигнала пьезосенсора на основе МУНТ в потоке осушенного лабораторного воздуха. Базовая линия пьезосенсора устойчива в широком диапазоне расхода воздуха (0–2400 см3/мин), что высоко характеризует его эксплуатационные свойства. Методом многокритериального анализа установлено, что оптимальная масса МУНТ при детектировании паров керосина составляет mп=3–4 мкг. Наиболее весомыми параметрами при интегральной оценке оптимальной mп являлись относительная устойчивость и удельная сорбционная емкость покрытия (Δmп10 и а), относительная чувствительность микровзвешивания паров керосина Sm [10].

Регенерация сорбционного покрытия в естественных условиях (без повышения температуры, прокачивания через ячейку осушенного и очищенного воздуха или инертного газа) проводится на «открытом воздухе» при условии, что пары керосина не поступают к сенсору. Время восстановления покрытия электродов прямо пропорционально зависит от содержания паров керосина в воздухе. При проведении параллельных измерений в лаборатории погрешность микровзвешивания паров легких нефтепродуктов на пьезокварце, модифицированном МУНТ с массой 3,7 мкг, составила 3,8 % (n=10, P=0,95).

Установлена чувствительность микровзвешивания индивидуальных углеводородов керосина – гексана и декана, а также оценено мешающее воздействие на сорбцию керосина сопутствующих легколетучих соединений – этанола и этиленгликоля, которые применяются в качестве антиобледенительных средств и являются сопутствующими мешающими детектированию топлива компонентами на аэродромах. Для этого в герметичные колбы помещали жидкие пробы индивидуальных соединений и выдерживали при перемешивании до насыщения их парами свободного газового пространства в колбе. Правильность расчета концентраций смесей, приготовленных в генераторе, контролировали газохроматографическим методом. Высокую чувствительность МУНТ проявляют к спиртам, что мешает определению паров керосина в объектах окружающей среды при условии сопоставимости их концентраций, а это при утечках в реальных условиях исключено.

Для применения пьезосенсорного измерительного устройства в качестве детектора утечек топлива была разработана ячейка детектирования с открытым входом [11], как указано на рис. 1. Корпус ячейки детектирования выполнен без дна и из инертного к парам топлива материала (стекло, нержавеющая сталь). Миниатюрный детектор размещается в местах предполагаемых утечек на высоте 10–15 см (например, над стыком трубопровода). Пары топлива самопроизвольно диффундируют в околосенсорное пространство, при сорбции паров на покрытии электродов пьезосенсора изменяется его частота колебаний, что

213

приводит к срабатыванию сигнального устройства при достижении заданного порога ΔF. Однако апробация сигнализатора утечек в сертифицированной лаборатории ФМБА России показала неприемлемость такого способа детектирования паров керосина из-за высокого дрейфа нулевого сигнала пьезосенсора с течением времени (до 300 Гц/сут) вследствие даже незначительного изменения химического состава окружающего воздуха, в том числе перепадов влажности. Кроме того, возможны ложноположительные срабатывания сигнального устройства при механическом воздействии на датчик. При этом было установлено, что резкие перепады температур (±10 °С) и атмосферного давления на аналитический сигнал детектора не влияют.

1 – корпус детектора; 2 – цифровое табло: световая/звуковая сигнализация; 3 – пьезосенсор, модифицированный МУНТ; 4 – ячейка детектирования с открытым дном

Рис. 1. Схема детектора утечек топлива

Вкачестве аналитического сигнала применялся относительный аналитический сигнал

–скорость сорбции паров топлива на покрытии электродов пьезосенсора (∆F/∆τ, Гц/с), как представлено в патенте авторов на изобретение РФ № 2568331 [12]. При быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового в результате утечки или разлива легколетучих жидкостей скачкообразно возрастает скорость изменения аналитического сигнала. Такой подход позволяет непрерывно контролировать утечки жидкостей и исключает ложные срабатывания сигнализации при изменении состава атмосферного воздуха в помещениях или наружных установках.

Для повышения надежности работы датчика в предполагаемых местах утечек топлива предлагается устанавливать две параллельные ячейки детектирования, оснащенные дополнительно блоками управления устройства и логическими элементами «И» и «ИЛИ», как указано на рис. 2. Блок управления служит для приема информации от логических элементов «И» и «ИЛИ», в соответствии с которой выбирается следующее действие – включить или выключить блок регенерации покрытия электродов пьезосенсора. Фиксирование пролива (утечки) топлива происходит только в том случае, если дифференциальные аналитические сигналы сенсоров изменяются одновременно и однонаправленно. Тогда логический элемент «И» передает сигнал в исполнительное устройство, включающее блоки принудительной регенерации покрытия сенсоров и управления. В блоке управления принимается решение о ликвидации утечки топлива. Если характер изменения сигналов пьезосенсоров не идентичен, то логический элемент «ИЛИ» передает сигнал в исполнительное устройство и следует регенерация покрытия сенсоров, а после восстановления их базовых частот колебания (с дрейфом не более ±10 Гц/мин) идет повтор измерений по выше описанному алгоритму. При работе в штатном режиме (отсутствие пролива топлива) аналитические сигналы двух сенсоров не превышают дрейфа

214

базовой линии (±10 Гц/мин). На предложенное устройство определения утечек летучих жидкостей получен патент на изобретение РФ № 2700740 [13].

1.1, 1.2 – пьезосенсоры; 2.1, 2.2 – частотомеры; 3.1, 3.2 – блоки регистрации скорости изменения колебаний; 4, 5 – логические элементы «И», «ИЛИ»; 6 – исполнительное устройство; 7 – блок управления;

8.1, 8.2 – блоки регенерации Рис. 2. Схема работы датчика утечек топлива с двумя ячейками детектирования

Апробацию сигнализатора утечек топлива проводили в сертифицированной лаборатории ФМБА России (г. Воронеж). В климатической камере исследовали влияние следующих параметров на срабатывание сигнального устройства: перепад температур и влажность воздуха; изменение скорости ветра; расстояние датчика до места разлива; изменение химического состава воздуха путем введения в камеру этилового спирта.

Как указано в монографии Малова В. В., перепад температур на базовую частоту колебаний пьезокварцев практически не влияет [14], однако хорошо известен и тот факт, что с уменьшением температуры интенсивность сорбции возрастает, а скорость испарения жидкостей, напротив, падает. На рис. 3 приведены полученные экспериментально изостеры сорбции паров топлива на пленке МУНТ в климатической камере при неизменных давлении, влажности воздуха, объеме испаряемого керосина.

Рис. 3. Изостеры сорбции паров керосина при атмосферном давлении 760 мм рт. ст., скорости ветра 0 м/c, объеме керосина 15 мл и высоте сенсора до моделируемого разлива керосина 15 см

Из рис. 3 следует, что определяющим фактором является скорость испарения керосина, возрастающая с повышением температуры. Таким образом, устанавливаемый на датчике порог срабатывания сигнализации должен быть обусловлен температурой окружающей среды или выбираться минимальным в зависимости от условий эксплуатации датчика (в данном случае (ΔF/Δτ)min = 18±2 Гц/c). Для паров бензина получена практически идентичная зависимость ((ΔF/Δτ)min = 19±2 Гц/c); для дизельного топлива скорость испарения при отрицательных значениях температуры минимальна и составляет 10±1 Гц/c.

215

Незначительное постепенное изменение влажности воздуха на срабатывание датчика, реагирующего только на резкие перепады концентраций веществ в околосенсорном пространстве, не оказывает влияние благодаря использованию относительного аналитического сигнала. Влияние влажности воздуха на сорбцию паров топлива оценивали путем введения в климатическую камеру жидкой воды объемом 15 см3, моделируя тем самым ее проливы в непосредственной близости от размещенного датчика. Изменение скорости аналитического сигнала при введении индивидуальных компонентов – воды, топлива и их смеси в камеру при 20 °С представлено на рис. 4.

Рис. 4. Хроночастотограммы сорбции паров: 1 – воды, 2 – керосина, 3 – смеси воды и керосина, 4 – этилового спирта

Пик хроночастотограммы сорбции паров воды наблюдается через 3 с от момента пролива, затем скорость сорбции резко уменьшается. При сорбции паров керосина максимальная скорость достигается через 5 с от моделируемого разлива, причем она в 1,8 раз выше, чем у чистой воды. При одновременном введении жидких топлива и воды в камеру датчик срабатывает через 6 с; доминирующий вклад в сорбцию при этом – у паров керосина. Влажность окружающего воздуха и наличие в нем паров этанола незначительно влияют на скорость срабатывания детектора. Однако при установлении нижнего порога срабатывания датчика утечек топлива необходимо принимать во внимание максимальную скорость сорбции паров воды и этилового спирта при заданных температурах, чтобы избежать ложноположительных срабатываний.

Установлено, что высота расположения ячейки детектирования над возможной утечкой топлива в значительной мере влияет на скорость срабатывания сигнализации. Оптимальной высотой, обеспечивающей высокую скорость срабатывания сигнализатора и хорошую воспроизводимость является высота 10–15 см. При размещении ячейки детектирования от места утечки на расстоянии 50 см время срабатывания увеличивается в 2,5 раза и составляет 15–20 с.

Изменение скорости и направления ветра затрудняет использование пьезосенсорного датчика утечек топлива с открытой ячейкой детектирования из-за сложного и непредсказуемого процесса рассеяния легких углеводородов в воздухе. Поэтому на данном этапе исследований разработанный датчик рекомендуется использовать в закрытых помещениях (хранилищах, станциях перекачки топлива).

Литература

1. Кучменко, Т. А. Контроль утечек керосина с применением пьезосенсоров / Т. А. Кучменко, О. В. Тимошинов, Ж. Ю. Кочетова, А. В. Чалый // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности». – Воронеж: ВГТУ, 2017. – С. 157–161.

216

2.Кучменко, Т. А. Применение метода пьезокварцевого микровзвешивания в аналитической химии / Т. А. Кучменко. – Воронеж: ВГТА, 2001. – 280 с.

3.Gardner, J. W. An electronic nose system to diagnose illness / J. W. Gardner, H. W. Shin, E. L. Hines //Sensors and Actuators B: Chemical. – 2000. – Vol. 70. – No 1-3. – P. 19–24.

4.Катралл, Р. В. Химические сенсоры / Р. В. Катралл. – М.: Научныймир, 2000. – 137 с.

5.Маслова, Н. В. Экологический мониторинг нефтепродуктов на территории химически опасного объекта с применением флеш-детектора / Н. В. Маслова, Ж. Ю. Кочетова, А. Н. Данилов, Т. А. Кучменко // Медицина экстремальных ситуаций. – 2017. – Т. 60. – № 2. – С. 83–88.

6.Ермолаева, Т. Н. Проблемы аналитической химии. В 18 кн. Кн. 12. Биохимические методы анализа / Т. Н. Ермолаева. – М.: Наука, 2010. – 391 c.

7.Korenman, Ya. I. Sensor analysis of gases emitted in basic organic synthesis / Ya. I. Korenman, Zh. Yu. Kochetova, T. A. Kuchmenko // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2002. – Vol. 75. – No 11. – С. 1833–1836.

8.Пат. 2379669 RUS, G01N27/12, B82B1. Способ формирования на электродах пьезосенсоров сорбционных покрытий из углеродных нанотрубок / Т. А. Кучменко, Ю. Х. Шогенов. – 2008150975/28. – Заяв. 22.12.2008; Опубл. 20.01.2010.

9.Kuchmenko, T. A. Development of a piezosensor-based transducer, gas analyzer and ammonia detector / T. A. Kuchmenko, R. U. Umarkhanov, Zh. Yu. Kochetova, N. V. Belskikh // Journal of Analytical Chemistry. – 2012. – Vol. 67. – No 11. – P. 930–937.

10.Кочетова, Ж. Ю. Определение легколетучих органических соединений в газовой фазе с применением пьезосорбционных сенсоров на основе синтетических и природных полимеров: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.02 / Кочетова Ж. Ю. – Саратов, 2002. – 143 с.

11.Пат. 2302627 RUS, МПК G01N27/12. Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров / Т. А. Кучменко, Ж. Ю. Кочетова, Ю. Е. Силина. – 2006102742/28. – Заяв. 31.01.2006; Опубл. 10.07.2007.

12.Пат. 2568331 RUS, МПК G01N 27/12. Устройство для определения взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора / Ж. Ю. Кочетова, Т. А. Кучменко, О. В. Базарский, Я. И. Коренман. – 2014117431/28. – Заяв. 29.04.2014; Опубл. 20.11.2015.

13.Пат. 2700740 RUS, МПК G01N27/12; G01М3/20; F17D5/02; Е21В47/10. Устройство для определения утечек топлива / О. В. Тимошинов, Ж. Ю. Кочетова, Т. А. Кучменко, А. А. Кравченко. – 2018140106. – Заяв. 13.11.2018; Опубл. 19.09.2019.

14.Малов, В. В. Пьезорезонансные датчики: монография / В. В. Малов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. –

272 с.

1Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», г. Воронеж, Россия

2 Воронежский государственный университет инженерных технологий, г. Воронеж, Россия

Zh. Yu. Kochetova, S. V. Vnukova, T. A. Kuchmenko

PIEZOSENSOR FUEL LEAK DETECTOR

A piezosensor-based fuel leak detector has been developed that is modified by a sorption coating made of multi-layer carbon nanotubes that is resistant to aggressive vapors of volatile hydrocarbons. The design of the detection cell, the algorithm for reading the analytical signal, and the height of the sensors above the expected leak site (pipe joints, pump hoses) have been optimized. The sensor was tested in a certified laboratory, which showed that changes in humidity and the chemical composition of the air do not affect the reliability of its operation. When the ambient temperature changes, the evaporation rate of volatile liquids changes, which must be taken into account when programming the alarm threshold

1Military Training and Research Center of the Air Force «Air Force Academy Prof. N. E. Zhukovsky

and Yu. A. Gagarin», Voronezh, Russia

2Voronezh State University of Engineering Technologies, Voronezh, Russia

217

УДК [314.14:543.31]:311

С. Н.Тростянский, И.О. Бакланов,Е. С. Григорьев, С.А. Куролап

СТАТИСТИЧЕСКИЙАНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИНАСЕЛЕНИЯ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХПРИМЕСЕЙВ ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ

На основе статистического анализа панельных данных за 2004 – 2012 годы по районам Воронежской области и по городу Воронежу получены количественные зависимости уровня заболеваемости различными классами болезней для разных возрастных категорий населения от концентрации загрязняющих химических веществ в питьевой воде

Одним из существенных факторов, представляющих риски для здоровья населения является загрязнение питьевой воды химическими примесями техногенного происхождения. Для анализа статистики заболеваемости населения различными классами болезней в зависимости от концентрации химических примесей, загрязняющих питьевую воду, использовались панельные данные по 32 районам Воронежской области и по городу Воронеж за период с

2004 по 2012 годы.

Панельные данные по заболеваемости населения составлены на основе официальной статистики Департамента здравоохранения Воронежской области, отдельно для детей (f=1), подростков – от 15 до 17 лет включительно (f=2), взрослых (f=3). Они охватывали для указанных контингентов населения 13 классов заболеваний: общая заболеваемость, болезни крови, новообразования, болезни нервной системы, болезни костно-мышечной системы, болезни системы кровообращения, заболевания мочеполовой системы, заболевания эндокринной системы, кожные заболевания, заболевания органов пищеварения, заболевания репродуктивной системы, болезни органов дыхания и инфекционные заболевания.

Панельные данные по качеству питьевой воды составлены на основе официальной статистики мониторинга состояния источников централизованного водоснабжения в области, регистрируемой аккредитованным испытательным лабораторным центром (АИЛЦ) ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области» на 32 административных территориях области и в городе Воронеж. Мониторинг качества питьевой воды проводился в 64 мониторинговых точках контроля из источников централизованного водоснабжения в ежеквартальном режиме и 181 мониторинговых точках разводящей сети ежемесячно. В мониторинговых точках централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения определялось качество питьевой воды по восьми показателям: содержанию железа, марганца, нитратов, нитритов, общей жесткости, содержанию хлоридов, сульфатов, общей минерализации (сухой остаток).

Для определения количественной зависимости заболеваемости населения от концентрации загрязняющих веществ и показателей качества питьевой воды применялась динамическая модель авторегрессии с панельными данными [1]. Оценки параметров в динамических моделях выполнялись на основе обобщенного метода моментов в рамках подхода Ареллано – Бонда [1, 2]. При этом использовалась программа DPD98 [2].

Были построены линейные динамические модели для описания уровня регистрируемых классов заболеваний за год в зависимости от уровня соответствующих классов заболеваний, взятых с временным промежутком в один год и от концентрации регистрируемых химических примесей в питьевой воде, взятых без временнóго сдвига. При этом считали, что уровни заболеваемости в районах Воронежской области линейно зависят от определяющих факторов.

Рассмотрим модели, связывающие заболеваемость населения с концентрациями химических примесей и показателями качества питьевой воды. Уравнения (1) для различных анализируемых классов болезней отличались индексами «m» у переменных и коэффициентов. Здесь: m=1 – общая заболеваемость; m=2 – болезни крови; m=3 –

218

новообразования; m=4 – болезни нервной системы; m=5 – болезни костно-мышечной системы; m=6 – болезни системы кровообращения; m=7 – заболевания мочеполовой системы; m=8 – заболевания эндокринной системы; m=9 – кожные заболевания; m=10 – заболевания органов пищеварения; m=11 – заболевания репродуктивной системы; m=12 – болезни органов дыхания; m=13 – инфекционные заболевания.

Yfmit d1fmYfmi(t 1) d2 fm X1it d3fm X2it d4 fm X3it d5 fm X4it

(1)

d6 fm X5it d7 fm X6it d8 fm X7it d9 fm X8it Cfm.

Вуравнениях (1) индекс «i» обозначает район, индекс «t» обозначает год. Индекс «f» соответствует следующим возрастным группам населения: f=1 – дети (до 14 лет), f=2 – подростки (15 – 17 лет), f=3 – взрослое население (от 18 лет).

Зависимые переменные в (1) – это количество заболеваний m-го класса за 1 год на 1000 человек Yfmit. Независимые переменные в (1) соответствуют концентрациям следующих химических примесей и показателей качества питьевой воды: X1it – железо; X2it – марганец;

X3it – нитраты; X4it – нитриты; X5it – жесткость; X6it – хлориды; X7it – сульфаты; X8it – минерализация. Концентрации примесей измеряются в мг/дм3. Константы Cfm в соответствующих уравнениях (1) соответствуют неучтенным факторам. Полученные в результате регрессионного анализа уравнений (1) статистические зависимости уровней анализируемых классов заболеваний для различных возрастных групп населения от концентрации химических примесей и показателей качества питьевой воды, представлены в таблице.

Результаты статистического анализа панельных данных по зависимости заболеваемости различных возрастных групп населения в районах Воронежской области и в городе Воронеж от концентрации химических примесей и показателей качества питьевой воды

219

увеличением уровня заболеваний эндокринной системы у детей и ростом концентрации нитратов в питьевой воде. Концентрация нитратов в воде за 2004 – 2012 годы по районам Воронежской области и по городу Воронеж составляла в среднем X3cp=14 мг/дм3 (31,1 % от ПДК [3]). Следовательно, увеличение болезней эндокринной системы за год на 1000 детей составляло в среднем ΔY18=10,24 больных/103 человек·год. Эти выводы согласуются с результатами, полученными в [4].

Также по результатам таблицы и уравнений (1) следует статистически значимая связь между уменьшением уровня болезней крови у детей и увеличением концентрации железа в воде. Значение концентрации железа в питьевой воде за 2004 – 2012 годы по районам Воронежской области и по городу Воронеж составляло в среднем X1cp=0,189 мг/дм3 (63 % от ПДК). При этом уменьшение заболеваний крови за год на 1000 детей составляло в среднем ΔY12=-4,60 больных/103 человек·год, что согласуется с результатами [5].

Из таблицы и уравнений (1) также можно получить статистическую зависимость между увеличением уровня заболеваний крови у взрослых и ростом концентрации нитратов в воде. Концентрация нитратов в питьевой воде за 2004 – 2012 годы по районам Воронежской области и по городу Воронеж составляла в среднем X3cp=14 мг/дм3 (31,1 % от ПДК), и соответственно, увеличение болезней крови за год на 1000 взрослых, составляло в среднем ΔY32=0,35 больных/103 человек·год, что соответствует результатам в [6].

На основе результатов таблицы и уравнений (1), также найдена статистически значимая связь между увеличением уровня заболеваний органов пищеварения и ростом концентрации железа. Значение концентрации железа в питьевой воде за 2004 – 2012 годы по районам Воронежской области и по городу Воронеж составляло в среднем X1cp=0,189 мг/дм3 (63 % от ПДК). Тогда увеличение заболеваний органов пищеварения за год на 1000 взрослых, составляло в среднем ΔY310=7,97 больных/103 человек·год. Эти выводы согласуются с результатами, полученными в [7].

Литература

1.Arellano M., Bond S. Some tests of specification for panel data: Monte Carlo evidence and an application to employment equations // Review of Economic Studies. – 1991. – Vol. 58. – P. 277–297.

2.Arellano M., Bond S. Dynamic Panel Data Estimation Using DPD98 for Gauss: a Guide for Users, mimeo. – London: Institute for Fiscal Studies, 1998. – 46 p.

3.Федеральный закон Российской Федерации «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» № 52-ФЗ от 30 марта 1999 г.

4.Gatseva P. D., Argirova M. D. Iodine status of children living in areas with high nitrate levels in water // Arch. Environ. Occup. Health. – 2005. – № 6. – P. 317–319.

5.Beinner M. A., Lamounier J. A., Tomaz C. Effect of iron-fortified drinking water of daycare facilities on the hemoglobin status of young children // J. Am. Coll. Nitr. – 2005. – Vol. 24, № 2. – P. 107–114.

6.Клейн С. В., Вековшинина С. А., Сбоев А. С. Приоритетные факторы риска питьевой воды и связанный с этим экономический ущерб // Гигиена и санитария. – 2016. – № 95 (1). – C. 10–14.

7.Aamodt G., Bukholm G., Jahnsen J. et. al. The association between water supply and inflammatory bowel disease based on a 1990 – 1993 cohort study in southeastern Norway // Am. J. Epidemiol. – 2008. – Vol. 168, № 9. – P. 1065–1072.

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», г. Воронеж, Россия

220