СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА Российский патент 2004 года по МПК G01N33/00 G01N33/18 

Изобретение относится к области мониторинга окружающей среды, в частности к экологическому обследованию природных и искусственных объектов статистическими, картографическими, биологическими, техническими средствами и методами на предмет их экологической опасности (токсичности).

Известен способ мониторинга участка территории, использующий карту этого участка, отображающую характеристики расположенных на нем объектов для определения возможности и оптимального варианта их хозяйственного использования (Патент РФ №2036516, G 09 В 29/00, 1992).

Недостатком известного способа является отсутствие информации об экологических характеристиках расположенных на нем природных и искусственных объектов (например, зданий и сооружений, земли под ними, воздуха в них и между ними, и т.п.). Отсутствие такой информации приводит к тому, что проживающие и/или работающие на этих участках и в находящихся на них зданиях и сооружениях люди, ничего не зная о присутствующих ядовитых химических веществах (токсикантах), подвергаются их постоянному и длительному действию, болеют, становятся инвалидами и даже преждевременно умирают.

Токсиканты могут присутствовать:

- в строительных и отделочных материалах, составляющих обоев, лаков, красок, линолеумов, древесно-стружечной отделке и мебели, различных моющих и дезинфицирующих средствах и т.п.;

- в химических средствах по уходу за комнатными и дачными растениями и интерьером квартиры, обычно хранящихся в кладовках, на лоджиях и балконах, в квартирах и на дачах;

- в газах и парах на кухне, отходах техногенной деятельности человека (выхлопных газах эксплуатируемого недалеко автотранспорта, авиатранспорта, ж/д транспорта, выбросах из находящихся рядом промышленных предприятий, испытательных станций и полигонов, испарениях из расположенных недалеко складов и заправок ГСМ);

- в веществах, используемых человеком в сельском хозяйстве (как хранящихся на расположенных недалеко складах, так и разбросанных или распыленных над находящимися рядом полями минеральных удобрениях, пестицидах, фунгицидах и т.п.).

Особо следует отметить опасность длительного нахождения человека (проживание, работа) в зданиях и сооружениях старой постройки, при возведении и многочисленных ремонтах которых еще не действовали экологические и санитарные нормы и ПДК вредных веществ и которые из-за обветшания и старения материалов имеют повышенное пылеобразование.

К этому следует добавить, что в старых зданиях обычно присутствуют в большом количестве ядовитые пары ртути, так как за долгое время их эксплуатации в щелях полов обычно скапливается ртуть из разбитых термометров и других ртутных приборов (особенно много паров ртути в старых лабораториях, больницах, поликлиниках, медпунктах, в физических и химических кабинетах учебных заведений и т.п.).

В настоящее время не производят экологической оценки (мониторинга) всей территории населенного пункта и всех находящихся на ней жилых, административных, производственных объектов на предмет наличия или отсутствия в них ядовитых веществ (токсикантов) и их опасного суммарного (интегрального) действия. Службы Госсанэпиднадзора и экологии проводят только выборочную проверку массовой концентрации конкретных вредных химических веществ, причем только на больших действующих промышленных предприятиях, использующих или производящих эти вредные вещества. Это объясняется сложностью приборов и технологии оценки, трудоемкостью, большими расходами средств и времени для такой обширной всеобъемлющей экологической оценки, так как для каждого вида ядовитого химического вещества требуется свой оператор, свой сложный прибор и своя сложная технология. Поэтому проверка всей используемой территории и всех находящихся на ней объектов имеющимися на вооружении Госсанэпиднадзора приборами и технологиями на предмет обнаружения и определения массовой концентрации отдельных многочисленных токсикантов практически невозможна.

Отсутствие такого обширного всеобъемлющего экологического мониторинга населенных пунктов приводит к тому, что практически все население, особенно в крупных населенных пунктах, подвергается суммарному (интегральному) действию большого количества различных вредных веществ (токсикантов), именно из-за этого болеет различными болезнями, получает инвалидность, даже умирает, так и не поняв причин своих болезней.

По этой же причине лечащие врачи, не имея нужной экологической информации о видах и о количестве опасного действия на своих пациентов различных многочисленных вредных химических веществ (токсикантов), определяют у них болезнь практически вслепую и “лечат” их уже от вторичных или даже от неправильно диагностированных болезней, зачастую ухудшая их состояние бесполезными, иногда даже вредными лекарствами.

В настоящее время необходимо срочно вводить в практику принудительно-обязательную регистрацию и статистическое отслеживание видов и количества суммарного (интегрального) действия токсикантов на каждого человека по месту его проживания и работы, а также определять допустимый предел этого суммарного (интегрального) действия с учетом природных особенностей организма каждого человека.

Ко всему вышеизложенному необходимо добавить, что действующие нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ (токсикантов) выбирают априори, то есть без достаточного практического медицинского подтверждения, в связи с чем каждая страна установила и использует свои собственные ПДК, которые значительно отличаются от ПДК других стран (иногда в десятки раз).

Кроме этого необходимо помнить, что все механические приборы, определяющие массовую концентрацию того или иного токсиканта в обследуемом месте, имеют погрешность, могут быть неправильно настроены, могут выйти из строя и дать неверные показания. Каждый оператор, работающий с этими приборами, может непреднамеренно допустить какую-либо ошибку, некоторые из операторов могут оказаться недостаточно подготовленными и даже недобросовестными. Все это вместе взятое часто приводит к неверной оценке степени опасности действия имеющегося в обследуемом месте даже единичного токсиканта.

Суммарное (интегральное) действие нескольких токсикантов даже в незначительных дозах (например, в пределах действующих в настоящее время для каждого из них в отдельности ПДК) может оказаться значительно сильнее и опаснее действия одного токсиканта в большой дозе (за пределами ПДК). В результате суммарного (интегрального) действия нескольких токсикантов даже в незначительных дозах, человек, вроде бы непонятно откуда, получает букет различных болезней, истинную первопричину которых никакой врач определить не может и никакими лекарствами (без устранения этого суммарного действия токсикантов) вылечить не в состоянии.

Это подтверждает давно известный из жизненной практики факт, что лучшим лекарством от всех болезней для человека (конечно же, на определенном этапе заболевания) является отпуск с выездом в другую местность - в деревню, в санаторий, на рыбалку, на охоту, на дачу и т.д. Улучшение состояния здоровья у этого человека наступает именно оттого, что он избавляется от суммарного (интегрального) действия токсикантов, длительное время действовавших на его организм.

Известен способ биологического мониторинга экологических систем и объектов, включающий оценку биологического воздействия вещества проверяемого объекта (суммарного действия имеющихся в веществе токсикантов) тестирующими микроорганизмами (Патент РФ №2125261, G 01 N 33/00, 1997 - прототип).

Основным недостатком известного способа является то, что он предназначен только лишь для лабораторного определения токсичности пробы вещества, не определяет технологии экологического обследования территории и объектов населенного пункта, последовательности действий после выявления экологически опасных участков и объектов.

Известный способ предполагает использование только лишь одного типа живых тестирующих микроорганизмов (Paramecium caudatum), имеет сложную технологию, требующую больших затрат средств и времени на выращивание и применение тестирующих микроорганизмов.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, то есть повышение информативности мониторинга населенного пункта, улучшение его картографического представления (характеристик) в части экологической оценки его территории и находящихся на ней объектов, выявление участков и/или объектов с опасным суммарным (интегральным) действием нескольких токсикантов, снижение затрат средств и времени на определение вида, концентрации, источников этих токсикантов, обеспечение экологической защиты проживающих и работающих на этих участках и объектах людей.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе, включающем его картографирование, оценку биологического воздействия среды и материалов проверяемых объектов на тестирующие микроорганизмы определяют медицинской статистикой и выделяют на карте населенного пункта участки и/или объекты с повышенным процентом заболеваемости населения, берут пробы окружающей среды (почвы, воды, воздуха) на этих участках и/или пробы строительных материалов объектов, находящихся на этих участках, тестируют пробы микроорганизмами на предмет наличия в них опасного суммарного (интегрального) действия токсикантов, по угнетению жизнедеятельности и/или по гибели тестирующих микроорганизмов от суммарного (интегрального) действия имеющихся в пробах токсикантов определяют экологически опасные места, приборами Госсанэпиднадзора определяют в них вид и массовую концентрацию токсикантов, после чего проводят мероприятия по защите населения от наиболее значимых из выявленных токсикантов и/или по устранению их источников, повторным тестированием теми же микроорганизмами подтверждают устранение опасного суммарного (интегрального) действия токсикантов или принимают решение о невозможности использования экологически опасных участков и/или объектов в хозяйственной деятельности населенного пункта и о дальнейших работах по приведению их в нормальное состояние.

В предложенном способе в качестве тестирующих микроорганизмов могут использовать сперму животных, Paramecium caudatum, лиофилизированные культуры люминесцентных бактерий генно-инженерного штамма (например, биосенсоры серии “Эколюм”) и т.д., которые помещают в герметичные емкости с питательным водным раствором, вводят в них отдельно и/или суммарно навески из проб воздуха, почвы, воды, материала строений и т.п., взятых в обследуемом участке и/или объекте. Токсичность исследуемых проб оценивают по уменьшению жизнеспособности (угнетению и/или гибели) находящихся в растворе тестирующих микроорганизмов относительно их жизнеспособности в контрольном питательном водном растворе без исследуемых проб.

В предложенном способе тестируют микроорганизмами все участки и/или объекты населенного пункта на предмет обнаружения мест с опасным для здоровья населения суммарным (интегральным) действием токсикантов, то есть проводят профилактический биомониторинг всего населенного пункта, выявляют участки и/или объекты с опасным суммарным действием токсикантов, отмечают их на карте населенного пункта как биологически опасные и назначают мероприятия по защите населения и/или по устранению источников токсикантов.

Совокупность существенных признаков предложенного способа проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что быстро и без больших затрат средств и времени определяют тестирующими микроорганизмами места действительно опасного суммарного (интегрального) действия токсикантов на участках и/или на объектах населенного пункта, затем приборами и технологиями, применяемыми в Госсанэпиднадзоре и в экологических службах, определяют вид, количество, источник токсикантов, проводят защитные мероприятия или устраняют их источники, после этого проводят повторное (проверочное) обследование бывших опасных мест теми же самыми тестирующими микроорганизмами на предмет отсутствия в них ранее имевшегося опасного суммарного (интегрального) действия токсикантов или принимают решение о дальнейших работах и возможности использования обследуемых мест и/или объектов в хозяйственной деятельности населенного пункта, если тестирующие микроорганизмы повторно показывают наличие опасного суммарного (интегрального) действия токсикантов.

Таким образом, совокупность существенных признаков предложенного способа соответствует критерию “существенные отличия” и “новизна”.

Согласно предложенному способу экологический мониторинг населенного пункта проводят следующим образом.

Готовят статистический материал по заболеваемости людей в обследуемом населенном пункте и определяют зоны с повышенным процентом заболеваемости. Эти зоны обозначают (выделяют) на карте населенного пункта и проводят плановое или экстренное обследование находящихся в них объектов вместе с окружающей их экосистемой на "предмет выявления опасного для здоровья населения суммарного (интегрального) действия токсикантов.

Пробы среды и/или материалов обследуемого места населенного пункта помещают в одинаковые по материалу и по объему емкости (например, в стеклянные пробирки), одинаково заполненные одинаковым по составу водным раствором питательной среды, хорошо их взбалтывают и выдерживают некоторое время (например, не менее 24 часов) для растворения имеющихся в пробе токсичных веществ. Эти емкости называются рабочими емкостями. В часть таких емкостей с водным раствором питательной среды пробы материалов и/или среды не помещают и используют их как контрольные для сравнительного анализа. Эти емкости без проб называются контрольными емкостями. После подготовки рабочих и контрольных емкостей в них вводят одинаковое количество одинаковых живых тестирующих микроорганизмов и выдерживают их при одинаковых внешних условиях (температура, освещение, сила тяжести, вибрации, ориентировка по частям света, электромагнитное поле и др.) в течение одинакового времени.

Обнаружение опасного суммарного (интегрального) действия токсикантов в обследуемых объектах и в окружающей их среде (в пробах материалов и среды) проводят различными тестирующими микроорганизмами.

В качестве тестирующих микроорганизмов могут применять сперму животных (например, крупного рогатого скота), которая в достаточной степени адекватно с человеческим организмом реагирует на интегральное токсичное воздействие вредных химических веществ. Гранулы бычьей спермы, замороженной в парах жидкого азота, получают на станциях искусственного осеменения и хранят в сосудах Дьюара. В качестве питательной среды для сперматозоидов крупного рогатого скота могут использовать водный раствор глюкозы с цитратом натрия. Количество быстро двигающихся (то есть живых, не угнетенных) сперматозоидов в рабочих и в контрольных емкостях, разницу этого количества могут определять автоматически, например, проходящим через водный раствор питательной среды световым лучом (оптическим зондом), уменьшающим свою интенсивность при пересечении с двигающимся сперматозоидом, которую преобразуют фотодиодом в электрический сигнал и фиксируют фотометром, например прибором типа “Анализатор токсичности АТ-4”. Полученную разницу количества двигающихся сперматозоидов переводят затем в условные единицы токсичности.

В качестве тестирующих микроорганизмов интегральной токсичности проб могут использовать Paramecium caudatum (инфузории), которые выращивают в лаборатории в питательной среде, например в водном растворе отвара разнотравного сена в смеси с натрием хлорида, и/или калием хлорида, и/или магнием хлорида, и/или натрием гидрокарбоната, и/или кальцием хлорида. Количество быстро двигающихся (то есть живых, не угнетенных) инфузорий в рабочих и в контрольных емкостях, разницу этого количества могут определять автоматически, фотометром, например прибором типа “Анализатор токсичности АТ-4” (аналогично подсчету количества двигающихся сперматозоидов).

Интегральную токсичность проб обследуемого объекта могут определять лиофилизированными культурами люминесцентных бактерий генно-инженерного штамма (например, биосенсорами серии “Эколюм”), помещенными в дистиллированную воду. Люминесцентные бактерии оптимальным образом сочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных за генерацию биоповреждений (клеточная мембрана, цепи метаболического обмена, генетический аппарат) с экспрессностью, объективным и количественным характером отклика целостной системы на интегральное воздействие токсикантов. Это обеспечивается тем, что люминесцентные бактерии содержат фермент люциферазу, осуществляющую эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных метаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессных и количественных измерений. Оценку интенсивности биолюминесценции биосенсоров в рабочих и в контрольных емкостях могут производить автоматически, люминомерами, например прибором типа “Биотокс-10”. Полученную разницу интенсивности биолюминесценции биосенсоров переводят затем в условные единицы токсичности. Сочетание биохимического датчика с современной электронной аппаратурой позволяет обнаруживать с высокой достоверностью чрезвычайно малые количества токсических соединений и их смесей.

Тестирующие микроорганизмы, помещенные в емкость с питательным водным раствором вместе с пробами исследуемых материалов (носителями вредных веществ - воздухом, водой, почвой, строительными и отделочными материалами и т.д., взятых с обследуемого места), так же, как и человек, воспринимают суммарное (интегральное) воздействие всех имеющихся в пробах материалов вредных факторов и аналогично человеку реагируют на это суммарное (интегральное) воздействие, так как имеют похожую основу жизнедеятельности, присущую всем земным белковым организмам. Поэтому живые тестирующие микроорганизмы реагируют в обследуемом месте именно на то искомое опасное суммарное (интегральное) воздействие всех имеющихся вредных факторов для человека, которое механические приборы обнаружить в принципе не могут, так как оценивают только лишь массовую концентрацию какого-либо одного выбранного заранее вредного химического вещества.

Если тестирующие микроорганизмы через некоторое время (например, через сутки) одинаково нормально живут и в контрольных емкостях только с питательным водным раствором, и в рабочих емкостях со смесью питательного водного раствора с исследуемыми пробами воздуха, почвы, воды, строительных материалов и другими носителями вредных веществ (токсикантов), следовательно, и человек может находиться в обследуемом месте тоже без вреда для своего здоровья.

Если же по прошествии этого времени тестирующие микроорганизмы в какой-либо рабочей емкости с носителями вредных веществ (пробами) угнетены или даже убиты, а эти же микроорганизмы в контрольной емкости с такой же средой, но без носителей вредных веществ живы и нормально двигаются, значит в исследуемом носителе (в воздухе, воде, почве, в строительных материалах и т.п.) обследуемого места (здания) есть опасное для человека воздействие какого-то одного вредного фактора или опасное суммарное (интегральное) воздействие нескольких вредных факторов.

В том случае, когда тестирующие микроорганизмы в рабочей емкости с водным раствором носителей угнетены или убиты, опасное место, откуда взяты эти носители (пробы), дополнительно обследуют приборами, применяемыми в Госсанэпиднадзоре. Этими приборами определяют вид, массовую концентрацию, место нахождения источника вредных факторов, после чего намечают и проводят мероприятия по защите населения от воздействия наиболее опасных факторов и/или по устранению их источников.

После проведения мероприятий по защите населения от единичного или суммарного (интегрального) действия выявленных конкретных вредных факторов и/или по устранению их источников проводят точно такое же повторное (проверочное) обследование этих мест (этими же самыми тестирующими микроорганизмами, по той же самой технологии) на предмет отсутствия в них бывшего (ранее обнаруженного) опасного воздействия токсикантов. Если тестирующие микроорганизмы опять фиксируют наличие опасного суммарного (интегрального) воздействия оставшихся вредных факторов (микроорганизмы опять угнетены или погибли), проводят дополнительные мероприятия, после чего вновь проводят проверочное обследование мест этими же тестирующими микроорганизмами. В случае неэффективности всех принимаемых мероприятий (опасное суммарное действие вредных факторов присутствует, несмотря на все проведенные мероприятия) опасный участок или здание отчуждают, то есть не допускают нахождения в нем животных и/или людей.

Следует отметить, что указанный биологический мониторинг живыми тестирующими микроорганизмами могут проводить не только выборочно, то есть в отмеченных на карте участках и объектах с уже имеющимся большим количеством больных людей, но и на всех остальных (не отмеченных на карте) участках и объектах, где количество больных людей еще не превышает среднестатистического количества по всему населенному пункту. В этом случае такое обследование всего населенного пункта будет профилактическим и позволит не просто подтвердить (определить) причину многих уже имеющихся заболеваний у людей, а предупредить их появление у еще относительно здорового населения.

К такому полному профилактическому обследованию всего населенного пункта (всех его участков и объектов) необходимо стремиться и как можно скорее придти в конце освоения предложенного способа экологического мониторинга.

Вместо карты исследуемого населенного пункта могут использовать его аэрофотоснимки или кадры аэровидеосъемки.

Предложенный способ экологического мониторинга позволит быстро и без больших материальных затрат обследовать все подозрительные места и объекты населенного пункта, выявить места с действительно опасным суммарным (интегральным) действием всех имеющихся на обследуемом месте токсикантов, после чего определить действительные причины повышенной заболеваемости населения в этих местах, провести нужные мероприятия, проверить эффективность проведенных мероприятий. Это позволит сохранить здоровье проживающих и работающих в исследуемом населенном пункте людей, повысить производительность их труда, снизить их заболеваемость, инвалидность.

Предложенный способ экологического мониторинга населенного пункта позволит также быстро, эффективно, без больших материальных затрат провести профилактическое обследование всего населенного пункта и принять необходимые профилактические меры до появления повышенного процента заболеваемости населения на участках и/или объектах от имеющегося там опасного суммарного (интегрального) действия токсикантов.

Предложенный способ опробован с использованием спермы крупного рогатого скота и прибора “Анализатор токсичности АТ-4”. Была обследована часть квартир на участках территории г.Воронежа, в которых статистикой зафиксирован повышенный процент заболеваемости населения. Результаты апробации способа приведены в таблице.

Как следует из таблицы, предложенный способ мониторинга позволил быстро и без больших затрат средств выявить квартиры, в которых присутствуют вредные для здоровья человека токсичные вещества, определить их вид и массовую концентрацию, принять необходимые меры по нейтрализации их действия и/или по устранению их источника.

На первом этапе работ более чем в 50% обследованных квартир была обнаружена суммарная (интегральная) токсичность за пределами допустимой нормы (70-120%). На втором этапе работ приборами Госсанэпиднадзора было выявлено, что в 20% экологически опасных квартир завышены нормативы ГН 2.1.6.695-98 по:

- фенолу (присутствует 0,012-0,048 мг/м³ при ПДК ≤ 0,003 мг/м³);

- формальдегиду (присутствует 0,013-0,042 мг/м³ при ПДК ≤ 0,003 мг/м³);

- азота диоксиду (присутствует 0,097-0,278 мг/м³ при ПДК ≤ 0,04 мг/м³);

- углерода оксиду (присутствует 6,0 мг/м³ при ПДК ≤ 3,0 мг/м³).

На третьем этапе работ были проведены мероприятия по устранению источников токсикантов и/или по нейтрализации их действия. На четвертом этапе работ была произведена проверка эффективности проведенных мероприятий.

Изобретение относится к области мониторинга окружающей среды. Способ включает определение и выделение на карте населенного пункта участка и/или объекта с повышенным процентом заболеваемости населения. На этих участках берут пробы почвы, воды, воздуха и/или пробы строительных материалов объекта, тестируют пробы микроорганизмами на предмет наличия в них опасного суммарного действия имеющихся в пробах вредных веществ, по угнетению жизнедеятельности и/или гибели тестирующих микроорганизмов определяют экологически опасные места. Далее приборами определяют вид и массовую концентрацию вредных веществ, после чего проводят мероприятия по защите населения от наиболее значимых из выявленных вредных веществ и/или по устранению их источников. Затем проводят повторное тестирование. Изобретение позволяет повысить информативность мониторинга населенного пункта, улучшить его картографическое представление (характеристик) в части экологической оценки его территории и находящихся на ней объектов, выявить участки и/или объекты с опасным суммарным воздействием нескольких вредных факторов, снизить затраты средств и времени на определение вида, количества, источника этих вредных факторов, обеспечить экологическую защиту проживающих и работающих людей. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ экологического мониторинга населенного пункта, включающий его картографирование, оценку биологического воздействия вещества проверяемых объектов на тестирующие микроорганизмы, отличающийся тем, что определяют и выделяют на карте населенного пункта участки и/или объекты с повышенным процентом заболеваемости населения, берут пробы почвы, воды, воздуха на этих участках и/или пробы строительных материалов объектов, находящихся на этих участках, тестируют пробы микроорганизмами на предмет наличия в них опасного суммарного действия имеющихся в пробах вредных веществ, по угнетению жизнедеятельности и/или по гибели тестирующих микроорганизмов определяют экологически опасные места, приборами Госсанэпиднадзора определяют в этих местах вид и массовую концентрацию вредных веществ, после чего проводят мероприятия по защите населения от наиболее значимых из выявленных вредных веществ и/или по устранению их источников, повторным тестированием теми же тестирующими микроорганизмами подтверждают устранение опасного суммарного воздействия вредных веществ или принимают решение о невозможности использования экологически опасных участков и/или объектов в хозяйственной деятельности населенного пункта и о дальнейших работах по приведению их в нормальное состояние.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тестирующие микроорганизмы помещают в герметичные емкости с питательным водным раствором, вводят в них отдельно и/или суммарно пробы воздуха, почвы, воды, материала строений и т.п. с обследуемого участка и/или объекта, после чего вредную биологическую активность исследуемых проб в питательном водном растворе оценивают по уменьшению жизнеспособности находящихся в нем тестирующих микроорганизмов относительно их жизнеспособности в контрольном питательном водном растворе без исследуемых проб.3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тестируют микроорганизмами все участки и/или объекты населенного пункта на предмет обнаружения мест с опасным для здоровья населения суммарным (интегральным) действием вредных веществ, то есть проводят профилактический биомониторинг всего населенного пункта, выявляют участки и/или объекты с опасным суммарным (интегральным) действием вредных веществ, отмечают их на карте населенного пункта как биологически опасные и назначают мероприятия по защите населения и/или по устранению источников вредных веществ.