2.2. Нормирование качества окружающей природной среды (опс)

В соответствии с действующим природоохранительным зако­нодательством Российской Федерации нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установле­ния предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводст­во природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяй­ственной деятельности.

Определенная таким образом цель подразумевает наложение граничных условий (нормативов) как на собственно источники и факторы воздействия (прежде всего, обусловленные хозяйст­венной деятельностью), так и на характеристики среды и откли­ки экосистем. Принцип антропоцентризма верен и в отношении истории развития нормирования: значительно ранее прочих были установлены нормативы приемлемых для человека условий среды (прежде всего, производственной). Тем самым было поло­жено начало работам в области санитарно-гигиенического норми­рования. Однако человек не самый чувствительный из биологи­ческих видов, и принцип «защищен человек — защищены и экосистемы», вообще говоря, неверен. Экологическое нормирова­ние предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой нагрузкой считается такая, под воздей­ствием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вы­зывает нежелательных последствий у живых организмов и не ве­дет к ухудшению качества среды. К настоящему времени извест­ны лишь некоторые попытки учета нагрузки для растений суши и для сообществ водоемов рыбохозяйственного назначения (не­сколько слов об этом будет сказано в разделе, посвященном нормированию качества воды).

Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое норми­рование основаны на знании эффектов, оказываемых разнооб­разными факторами воздействия на живые организмы. Одним из важных понятий в токсикологии и в нормировании является понятие вредного вещества. В специальной литературе принято называть вредными веществами все вещества, воздействие кото­рых на биологические системы может привести к отрицательным последствиям. Кроме того, как правило, все ксенобиотикн (чужеродные для живых организмов, искусственно синтезиро­ванные вещества) рассматривают как вредные.

Установление нормативов качества окружающей среды и продуктов питания основывается на концепции пороговости воздействия. Порог вредного действия — это минимальная доза вещества, при воздействии которой в организме возникают из­менения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология. Таким образом, пороговая доза вещества (или поро­говое действие вообще) вызывает у биологического организма отклик, который не может быть скомпенсирован за счет гомеостатических механизмов (механизмов поддержания внутреннего равновесия организма).

Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанав­ливаются и утверждаются специально уполномоченными госу­дарственными органами в области охраны окружающей природ­ной среды, санитарно-эпидемиологического надзора. Они по­этапно совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов. В основе санитарно-гигиенического нормирования лежит понятие предельно допустимой концентрации.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) — нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.

Таким образом, санитарно-гигиеническое нормирование ох­ватывает все среды, различные пути поступления вредных ве­ществ в организм, но редко отражает комбинированное действие (одновременное или последовательное действие нескольких ве­ществ при одном и том же пути поступления) и не учитывает эф­фектов комплексного действия (поступление вредных веществ в организм различными путями и с различными средами — с воз­духом, водой, пищей, через кожные покровы) и сочетанного воз­действия всего многообразия физических, химических и биоло­гических факторов окружающей среды. Существуют лишь ограничейные перечни веществ, обладающих эффектов суммации при их одновременном содержании в атмосферном воздухе.

Для веществ, о действии которых не накоплено достаточной информации, могут устанавливаться временно допустимые кон­центрации (ВДК) — полученные расчетным путем нормативы, рекомендованные для использования сроком на 2—3 года.

В публикациях иногда встречаются и другие характеристики загрязняющих веществ. Под токсичностью понимают способность веществ вызывать нарушения физиологических функций организ­ма, что, в свою очередь, приводит к заболеваниям (интоксикаци­ям, отравлениям) или в более тяжелых случаях — к гибели. Факти­чески, токсичность — мера несовместимости вещества с жизнью.

Степень токсичности веществ принято характеризовать вели­чиной токсической дозы — количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызы­вающим определенный токсический эффект. Чем меньше токси­ческая доза, тем выше токсичность вещества. Различают средне-смертельные (ЛД₅₀), абсолютно смертельные (ЛД₁₀₀), минималь­но смертельные (ЛД_0-10) и др. дозы. Цифры в индексе отражают вероятность (%) появления определенного токсического эффек­та (в данном случае смерти) в группе подопытных животных. Следует иметь в виду, что величины токсических доз зависят от путей поступления вещества в организм. Доза ЛД₅₀ (гибель поло­вины подопытных животных) дает значительно более определен­ную в количественном отношении характеристику токсичности, чем ЛД₁₀₀ или ЛД_0-10. В зависимости от типа дозы, вида животных и пути поступления, выбранных для оценки, порядок располо­жения веществ на шкале токсичности может меняться. Величина токсической дозы не используется в системе нормирования.

Санитарно-гигиенические и экологические нормативы опре­деляют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность. Требования, предъявляемые собственно к источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы. К таковым относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС соответст­венно), лимиты размещения отходов, а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следуюший принцип: при условии соблюдения этих нормативов пред­приятиями региона содержание любой примеси в водных объек­тах, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.

Научно-техническое нормирование предполагает введение ог­раничений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения окружающей среды, иными словами, определяет предельно допустимые потоки вредных веществ, которые могут поступать от источников воздействия в воздух, воду, почву. Стро­го говоря, от предприятий требуются не собственно гарантии не­превышения значений тех или иных ПДК в окружающей среде, а соблюдение пределов выбросов и сбросов вредных веществ, уста­новленных для объекта в целом или для конкретных источников, входящих в его состав. Зафиксированная картина загрязнения ОС или установление того, что в воздухе, воде, грунте содержатся вредные вещества в количествах, превышающих установленные нормативы, могут служить лишь косвенным свидетельством от­клонений функционирования предприятия от приемлемых, с экологической и технологической точек зрения, стандартов.

Подходы к научно-техническому и экологическому нормиро­ванию в настоящее время активно развиваются; готовятся Феде­ральные законы «О питьевой воде и питьевом водоснабжении», «О водоснабжении», «О водоотведении»; рассматривается воз­можность установления региональных стандартов, пределов варь­ирования различных параметров.

Основная литература: 1 [397-402],

Контрольные вопросы:

1). Вспомните, что означает ПДК и как она устанавливается.

2). Какие требования должны обязательно содержаться в государ­ственных стандартах, разрабатываемых для продукции, работ или услуг, затрагивающих вопросы охраны ОС?

3). Что такое биотестирование и какие организмы используются в качестве биотестов?

4)Какие показатели регистрируются у различных биотестеров?

5)Что означают аббревиатуры ПДС, ПДВ, ВСВ?

Тема лекции 3: Оценка опасности химических веществ

Методы оценки токсичности среды

Одной из главных причин негативных последствий антропогенного загрязнения природных сред является токсичность загрязняющих веществ для биоты. Именно присутствие токсикантов в окружающей среде приводит - к гибели всего живого, выпадению из состава сообществ организмов — обитателей чистых зон и замене их эврибионтными видами.

Что же такое токсичность? Сам термин «токсичность» означает ядовитость (от греч. «toxicon» — яд), т. е. способность оказывать вредное или даже смертельное воздействие на живой организм. Представления о ток­сичности рассмотрим на примере оценки токсичности воды.

Вода

Усиление антропогенного воздействия на реки, озера и водохранилища, в которые поступает большое количество различных химических соединений, изменяет среду обитания водных организмов, ухудшает качество воды, приводит к снижению продуктивности промысловых объектов. Сточ­ные воды, сбрасываемые в водоемы, даже после очистных сооружений, содержат токсичные химические вещества, которые могут нанести значи­тельный ущерб водной экосистеме и, в конечном итоге, здоровью населения.

Токсичность воды может быть обнаружена с помощью химических и биологических методов.

Биологические методы можно условно разделить на методы биоинди­кации и бнотестнрования. В табл. 3.1 представлены основные характеристи­ки этих методов, позволяющие сравнить их между собой. Каждая группа методов имеет свои достоинства и недостатки.

Химические методы измерения концентраций загрязняющих веществ в воде позволяют проверить соответствие их установленным нормативам качества воды для конкретных видов водопользования (рыбохозяйственного, рекреационного, питьевого и т. д.).

Таблица 3.1. Основные характеристики методов оценки токсичности вод

Признак	Химические методы	Биологические методы
		Биоиндикация	Биотестирование
Тип индикации	Индикация воздействия	Индикация отклика	Индикация воздействия
Объект анализа	Вода	Водные сообщества	Вода
Цель анализа	Измерение концентраций химических веществ	Оценка состояния природных сообществ	Интегральная оценка токсичности на тест-организмах*
Показатели токсичности	Превышение установленных регламентов	Негативные изменения в сообществах	Развитие патологических (вплоть до гибели) изменений у тест-организмов
Регламенты	Предельно допустимые концентрации	Не установлены	Отсутствие острого и хронического токсического действия
Метрологиче­ские харак­теристики	Погрешность, сходимость, вос­производимость и др.	Не установлены	Сходимость, воспроизвод -имость

* Тест-организмы чаще всего культивируют в лаборатории.

Химические методы дают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему. Их недостатком является невозможность оценки реальных биологических эффектов как отдельных загрязняющих веществ, так и их комплексов, а также продуктов их трансформации и метаболизма. Кроме того, число химических соединений, загрязняющих водную среду, так велико, что трудно поддается контролю, и перспектива в этом отно­шении весьма пессимистична, В настоящее время, по оценкам некоторых специалистов, контролируется всего около 0,3 % поступающих в окружа­ющую среду химических веществ.

Методы биоиндикации, которые представляют собой традиционные гидробиологические способы, позволяют получить данные, характеризу­ющие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие. В боль­шинстве случаев гидробиологи (особенно а государственных службах мониторинга вод) регистрируют отклик, который формируется за опре­деленный достаточно длительный промежуток времени. Большинство гид­робиологических показателей обладает известной «консервативностью» И не позволяет выявить возможные адаптационно-приспособительные из­менения в сообществах, отличить межгодовые циклические колебания от влияния антропогенного фактора.

Методы биотестирования. в отличие от биоиндикации, представля­ют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. С помощью этих методов можно получить данные о токсичности конкрет­ной пробы воды, загрязненной химическими веществами — антропогенными или природного происхождения. Таким образом, методы биотести­рования, будучи биологическими, близки к методам химического анализа вод. В то же время, в отличие от химических методов, они позволяют дать реальную оценку токсических свойств воды или другой среды, обуслов­ленной присутствием комплекса загрязняющих химических веществ и их метаболитов.

Согласно принятому определению, биотестирбвание воды — это оценка качества воды по ответным реакциям водных организмов, являющихся тест-объектами.

Биотестирование представляет собой классический экспериментальный методический прием, используемый в токсикометрии для разработ­ки нормативов концентраций химических веществ,

Методы и приемы биотестирования используются в настоящее время по нескольким различным назначениям. Сведения об области их приме­нения даны в табл. 23.

В настоящее время общество осознало опасность токсического за­грязнения окружающей среды и пришло к необходимости введения в прак­тику мониторинга совершенно новых нетрадиционных подходов, в част­ности биологического тестирования.

. Биотестирование является основным приемом в разработке ПДК. хи­мических веществ и, в конечном итоге, в оценке их опасности для окру­жающей среды и здоровья населения. В ходе разработки ПДК определяют параметры, характеризующие токсичность: максимальные недействующие концентрации, ЛК₅₀ или ЭК₅₀. Биотестирование на гидробионтах проводят в случае разработки рыбохозяйственньгх ПДК, когда оценивают опасность загрязнения водных экосистем.

Таблица 3.2

Область применения методов биотестирования токсичности водной среды

Объект био­тестирования	Параметры токсичности, норматив	Цель биотестирования	Тест-организм
Химические вещества	Концентра­ции: ЛК50, МНК, ПДК, ОБУВ, ЭК50	Рыбохозяйственное нормирование; контроль токсичности в международной торговле	Гидробионты — представители основных трофи­ческих уровней водных экосистем., Стандартный набор ! тест-организмов
Производствен­ные, техноло­гические и сточные воды (точечные источники загрязнения)	Коэффициент (кратность) разбавления	Оценка эффективности очистки, выявление опасных компонентов, регламентация сброса, экологическая паспортизация предприятий	Наборы биотестов
Природные воды (неточечные источники загрязнения)	ОТД, ХТД, ЛВ50	Проверка соответствия качества воды установ­ленным регламентам. Оценка токсикологиче­ского состояния водных объектов. Выявление зон экологического бедствия и чрезвы­чайных ситуаций	Набор биотестов

Условные обозначения: ЛК₅₀ — летальная концентрация для 50 % т организмов; ЭК₅₀ — эффективная концентрация для 50 % тест-организмо; МНК — максимальная недействующая концентрация; ПДК — предел допустимая концентрация; ОБУВ — ориентировочно безопасный уровень воздействия; ОТД — острое токсическое действие; ХТД — хроническое токсическое действие; ЛВ₅₀ — время гибели 50 % тест-организмов

Биотестирование используют для оценки токсичности промышленных сточных вод на разных этапах их очистки, чаще всего при внедренииновых технологий, а также для разработки предельно допустимого сбросов (ПДС) предприятий. ПДС включены в экологический паспорт предпри­ятия.

Биотестирование природных вод стало широко применяться в науч­но-исследовательских работах, в том числе прикладной направленно­сти, с начала 80-х годов. Это объясняется существенным увеличением уровня загрязненности водных объектов и надеждами специалистов на то, что биотестирование сможет хотя бы частично заменить химический анализ вод.

В 1991 г. биотестирование введено как обязательный элемент контро­ля качества поверхностных вод, что предусмотрено «Правилами охраны поверхностных вод» (1991). Показатели биотестирования природных вод включены в перечень показателей для выявления зон чрезвычайной эко­логической ситуации и зон экологического бедствия.

Тем не менее мониторинг токсического загрязнения на основе дей­ствующей в России системы предельно допустимых концентраций (ПДК) химических веществ представляет определенные трудности. Прежде всего они связаны с большим перечнем загрязняющих веществ, попадающих в экосистемы, и невозможностью их контроля, в том чис­ле веществ, образующихся в самой экосистеме в результате ее метабо­лизма. Кроме того, даже измерение концентраций загрязняющих ве­ществ не позволяет с высокой степенью достоверности судить об их реальном воздействии на биоту из-за неопределенности знаний об их совместных комбинированных эффектах, влиянии других факторов окружающей среды.

Под токсичностью и токсикологическими показателями иногда под­разумевают концентрации токсичных загрязняющих веществ в воде. Именно так, в частности, трактуются эти термины в ГОСТе на питьевую воду. Более обоснованным представляется понимание токсичности воды как интегральной характеристики ее свойств, обусловленных присутствием в воде токсичных для биоты загрязняющих химических веществ, которую измеря­ют с помощью биотестирования.

Работ по биотестированию водной среды опубликовано множество, но они были сделаны главным образом с целью оценки токсичности вновь синтезированных химических препаратов, препаратов, приобретаемых по импорту, а также при разработке регламентов на химические соединения, Гораздо меньше публикаций по биотестированию сточных вод и еще мень­ше — по биотестированию природных вод.

Следует заметить, что за рубежом; особенно в индустриально разви­тых странах, биотестирование сточных и природных вод применяется до­статочно широко и входит в программы работ, контролирующих качество вод организаций.

Большое разнообразие методик и процедур, использованных разными авторами, создает определенные трудности в анализе и систематизации материалов: исследуются разные химические вещества, разные наборы методик и тест-организмов, разные условия токсикологических экспери­ментов, которые не всегда стандартизированы. Даже единицы измерения часто несопоставимы. В этой связи были проведены специальные работы по систематизации, отбору и апробации методов биотестирования при­родных вод в рамках ряда государственных научно-технических программ при участии ведущих специалистов по водной токсикологии.

Интегральный показатель токсичности, помимо общего неспецифического влияния на гидробионтов, в некоторых случаях позволяет выде­лить некоторые специфические реакции на отдельные химические веще­ства или группы веществ. Так, например, ртуть является сильным ингибитором клеточного деления у водорослей, что позволяет по измене­нию соответствующих показателей судить о наличии ртути в водной среде. Были сделаны попытки создать своего рода шкалу для идентификации групп загрязняющих веществ по различным проявлениям токсического влияния, в частности по поведенческим реакциям у дафний. Шкала, од­нако, не имела популярности у специалистов.

В настоящее время хорошо известны методы биотестирования, ори­ентированные на определение токсичности водной среды, обусловленной присутствием определенных групп химических соединений, в частности фосфорорганических (ФОС). Ингибирующее воздействие ФОС на холинэстеразы известно давно. Наиболее апробирован на природных водах фер­ментативный метод В. И. Козловской. Сейчас установлено ингибирующее влияние на холинэстеразу и других химических соединений хлороргани-ческих (ХОС), тяжелых металлов; на этой основе разрабатываются эксп­рессные методы биотестирования с использованием иммобилизованных ферментов и электродной техники.

Следует подчеркнуть, что идентификация природы загрязняющих веществ не является задачей биотестирования и остается прерогативой химического анализа.

В отличие от биотестирования токсичности химических веществ (c целью разработки ПДК), биотестирование природных вод представляет собой оценку токсичности водной среды неизвестного состава и имеет в связи с этим ряд особенностей. Однако даже если специалисту известны источники загрязнения водного объекта и он может предполагать, какие химические вещества присутствуют в пробе природной воды, результат биотестирования не может быть точно предсказан по этим данным. Он будет зависеть от ряда факторов: комбинированного эффекта воздействия комплекса присутствующих загрязняющих веществ, трансформации и метаболизма, гидрохимического режима. Таким образом только биотестирование может дать ответ о реальной токсичности пробы природной воды для гидробионтов и получить данные об опасности токсического загряз нения водной экосистемы.