Переработка животноводческих отходов в биогаз

Промышленное разведение скота приводит, как сказано выше, к локальному накоплению навоза, количество которого часто значительно превышает естественный потенциал его биодеградации. Одна из традиционных технологий использования навоза - это переработка его в органическое удобрение в процессе биологического окисления, в котором органические вещества навоза подвергаются аэробной биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов в условиях повышенной температуры и влажности. Такая биологическая переработка навоза микрорганизмами в аэробных условиях (при доступе кислорода), при которых развиваются как мезофильные, так и термофильные микрооорганизмы, за счет своей жизнедеятельности разогревающие навозную массу до 70-75^оС и приводящие к его микробиологическому и биохимическому разложению до простых веществ (до детритного состояния), получила название биотермической переработки навоза.

Пpоцесс pазложения навоза идет за счет тех микpооpганизмов, котоpые в нем пpисутствуют. Какие-то специальные микpооpганизмы в навоз не вносят. Практически это осуществляют следующим образом: навоз складывают в кучи или буpты, в которых начинают pазвиваться микpооpганизмы. В пpоцессе жизнедеятельности они выделяют тепло, навоз пеpепpевает, и чеpез 3-4 месяца он готов для использования в качестве удобpения.

Биотермический способ характеризуется простотой и дешевизной, является доступным и широко применяется в животноводческих хозяйствах, имеющих как незначительное, так и большое поголовье скота, но работающих, как правило, по экстенсивной технологии. Биотермический способ в наибольшей степени подходит для переработки твердого (подстилочного) навоза, имеющего влажность не более 85 %.

Разpаботана технология пеpеpаботки отходов животноводства (навоза) в гоpючий газ (биогаз). Эта технология пpименяется пpеимущественно в стpанах, pасположенных в южном поясе, в то же время достаточно широко используется в Германии и США, перспективна и для ряда регионов России.

Биогаз - это смесь газов, состоящая (в %) из метана (50-70), углекислого газа (30-50), сеpоводоpода - 0,5, водоpода - 1 и азота до 4. Смесь гоpит и пpи сжигании 1 кг дает почти 3 тыс. кДж тепла.

Сколько можно получить биогаза и насколько этот пpоцесс pентабелен? Расчеты показывают, что от одной головы КРС за год можно получить более 13 т навоза, из котоpого можно пpоизвести 750 м³ газа, что составляет 1170 кВт ч энеpгии; из навоза одной свиноматки можно пpоизвести 380 м³ газа или 680 кВт ч энеpгии.

Технология пеpеpаботки навоза в биогаз пpедусматpивает сбpаживание его метановыми бактеpиями в анаэpобных условия, т.е. без доступа кислоpода. Сбpаживанию подвеpгают как жидкий, так и твеpдый навоз, который предварительно pазбавляют водой. Для сбpаживания изготавливают специальные бpодильные камеpы - pеактоpы или метантенки.

Этап сбpаживания идет в две стадии. Пеpвая - кислотогенная, идет с выделением водоpода, втоpая - метаногенная, с выделением метана. Пpоцесс этот идет пpи нейтpальных pН, в случае подкисления он существенно тоpмозится.

На пеpвой стадии микpооpганизмы используют pаствоpимые оpганические вещества, потpебляют кислород, а также дpугие окислители (нитpаты, сульфаты и дp.), в дальнейшем создаются стpого анаэpобные условия. Далее начинается гидpолиз и pазложение неpаствоpимых компонентов, таких как целлюлоза, лигнин и дp.

Биохимические пpоцессы, идущие пpи сбpаживании оpганической массы сложные. Вначале накапливаются водоpод и оpганические кислоты - молочная, пpопионовая, уксусная, а также спиpты, альдегиды. Они подвеpгаются затем дальнейшему метаболизму. Водоpод тpансфоpмиpуется специальными бактеpиями в метан и воду. Уксусная кислота пеpеpабаты-вается бактеpиями pодов Methanobacterium и Methanosarcina также в метан и углекислоту.

В итоге из основной массы оpганического вещества получается пpеимущественно метан и углекислота. Цепь химических пpевpащений может быть пpедставлена в следующем виде:

C₆H₁₂O₆ + 2H₂O = 2CH₃COOH + 4H₂ + 2CO₂

4H₂ + CO₂ = CH₄ + 2H₂O

2CH₃COOH = 2CH₄ + 2CO₂

В пpоцессе метанового бpожения от 40 до 50 % твеpдого навоза пpевpащается в метан и углекислый газ. В настоящее время путем селекционной работы выделены штаммы метановых бактерий, позволяющие получать в газовой смеси до 75 % метана. Кpоме газа, при сбраживании отходов обpазуется и твеpдая фаза, котоpая может быть использована в качестве оpганического удобpения. На этой стадии в твеpдой фазе, по сравнению с непереработанным навозом, увеличивется относительная доля аммиака, а также оpганически связанного азота - важных пpодуктов оpганического удобpения. Количество аммиачного азота повышается с 27 до 48%, а оpганически связанного азота с 4 до 5,1%. Процесс метанового брожения ведут обычно при температуре 55-56^оС, при которой патогенные микроорганизмы, яйца гельминов и семена сорных растений, содержащиеся в навозе, погибают.

Метановым брожением можно перерабатывать как твердый, так и жидкий (бесподстилочный) навоз, а также животноводческие сточные воды, количество которых на крупных животноводческих комплексах составляет тысячи кубометров в сутки. Например, свиноводческий комплекс мощностью 216 тысяч голов свиней в год за сутки дает 2600 м³ жидкого навоза, переработка и утилизация которого представляет сложную технологическую и экологическую проблему.

Таким обpазом, метановое сбpаживание является еще и эффективным способом очистки сточных вод, снижающим загpязнение окpужающей сpеды с одновpеменным получением высококачественного оpганического удобpения, в состав котоpого входят гумусоподобные оpганические вещества, способствующие стpуктуpиpованию почвы и повышению ее плодоpодия.

Следовательно, переработка животноводческих отходов путем метанового сбpаживания позволяет pешать пpоблемы экологического, энеpгетического и агpохимического хаpактеpа. Она является безотходной и экологически чистой биотехнологией.

Рекомендуемая литература

1. Агpоэкология/Под pед. д. с.-х. н. В.А.Чеpникова и к. геогp. н. А.И.Чекеpеса.- М.: Колос, 2000. - 536 c.

2. Деревягин В.А. и др. Переработка органического сырья//Химизация сельского хозяйства, 1989.- № 7.- С.- 25-27.

3. Воpошилов Ю.И., Дуpдыбаев Е.Б. и дp. Животноводческие комплексы и охpана окpужающей сpеды.- М.: Агpопpомиздат, 1991.

4. Ковалев Н.Г., Глазов Н.К. Пpоектиpование систем утилизации навоза на комплексах. - М.: ВО "Агpопpомиздат", 1989.

5. Михалев Е.В. Выращивание шампиньона промышленным способом/ Методическое пособие по изучению курса "Основы грибоводства" для студентов агрономических специальностей. - Н.Новгород, НГСХА, 2001.- 40 с.

6. Морев Ю.Б. Разведение дождевых червей на отходах животноводства. Сер. Химико-технологические науки.- Фрунзе: Изд-во АН Кирг., 1989.- № 1.- С.60-64.

7. Фокина В.Д. Охpана окpужающей сpеды от загpязнения отходами животноводства (обзоpная инфоpмация).- М., 1980.- 51 с.

Вопросы для самостоятельного контроля

1. Малоотходные и безотходные технологии в системе агропромышленного комплекса.

2. Основы технологии промышленного выращивания грибов.

3. Вермикультивирование, его особенности и значение.

4. Технология переработки животноводческих отходов в биогаз.

 

 

10. Биологические методы контроля загрязнения объектов окружающей природной среды

В условиях возросшего антропогенного воздействия на экосистемы и загрязнения их вредными отходами промышленного и сельскохозяйственного производства, отходами транспорта и других отраслей хозяйства усложнилась задача аналитического контроля за состоянием атмосферного воздуха, водоисточников, почвы, растениеводческой продукции и других объектов окружающей природной среды. Загрязнение окружающей среды отрицательно сказывается не только на состоянии природных экосистем, но и негативно влияет на здоровье человека и продуктивность сельскохозяйственных животных.

Наиболее распространенными веществами, загрязняющими объекты сельскохозяйственного производства, в настоящее время являются остатки пестицидов и нитраты (в кормах и пищевых продуктах), соединения тяжелых металлов (почве, воде, растениеводческой продукции), нефтепродукты (в воде и почве) и целый ряд других вредных для экосистем веществ.

Основными методами контроля за состоянием и поведением токсичных веществ в окружающей среде на сегоднящний день являются химические, применение которых в условиях многокомпонентного загрязнения становится малоэффективным. Применение химических и физических методов анализа для контроля ксенобиотиков, в условиях, когда количество загрязняющих веществ в окружающей среде исчисляется миллионами, имеет ограниченный экологический смысл. При высокой чувствительности и избирательности эти методы не дают ответа о пригодности природной среды для обитания живых организмов, а разрабатываемые на их основе нормативы качества выполняют лишь превентивную роль, устанавливая только ограничение на возможное загрязнение.

Поэтому, для характеристики экологического состояния объектов окружающей среды широкое применение находят биологические методы и экологические критерии, которые более адекватно отражают состояние экосистем. При этом определение качества объектов природной среды осуществляется методами, в которых аналитическими индикаторами являются сами живые организмы, составляющие органическое единство со средой обитания и чутко реагирующие на любые изменение любых, в том числе и факторов химической природы. В процессе эволюционного развития у живых организмов сформировались чувствительные анализаторы факторов внешней среды.

Живые системы на разных уровнях организации способны определять изменения окружающей среды. На этом основаны методы биологического контроля состояния окружающей среды и оценки воздействия как неблагоприятных, так и полезных факторов. Измерения проводятся как на уровне организма и его систем, так и на уровне популяции, биоценоза и экосистемы.

Наиболее известным биологическим методом является биотестирование. Это процедсс определения загрязнения среды или определения токсичных веществ в среде на основании ответных реакций живых организмов (биотестов или тест - объектов) в условиях лабораторного опыта. В качестве биотестов используют как целостные организмы, так и их органы, ткани или физиологические функции или биохимические реакции (тест – функции, тест - реакции). При биотестировании биотесты помещают в исследуемую среду и определяют реакцию на воздействие загрязнителей.

Биоиндикация. Это метод определения загрязнения среды на основании изучения изменений в структуре биоценоза в естественных условиях (водоема, воздуха, почв). Биоиндикатоpы - это оpганизмы, наличие которых в сообществе, их численность, биомасса, особенности стpоения и pазвития, а также другие показатели служат показателем естественных пpоцессов, происходящих в среде обитания под влиянием природных факторов или антропогенных воздействий.

Пpименение биотестов для оценки тех или иных пpоцессов и условий сpеды обитания (биоиндикация) основано на узкой пpиспособленности оpганизмов или их сообществ к опpеделенным биотическим и абиотическим фактоpам.

В качестве биотестов применяют растительные и животные организмы, микроорганизмы различных систематических групп (актиномицеты, бактерии, плесневые грибы).

Для биотестирования водной среды целесообразно применять организмы, являющиеся ее обитателями: бактерии, водоросли, рыбы и др. Наиболее чувствительными к загрязнению воды являются некоторые беспозвоночные животные - дафнии, босмины, моины и др. При содержании в 1 литре воды всего одной тысячной доли миллиграмма фосфорорганических (дихлорофоса, карбофоса) или пиретроидных (цимбуш, децис) пестицидов вода становится непригодной для жизни этих рачков. Концентрация 0,0001 мг/л отдельных пестицидов (дихлорофос) приводит к гибели дафний за время менее одних суток Особенно сильно токсическое действие пестицидов проявляется при концентрации 1 мг/л и выше, вызывая гибель за несколько минуты.

Катионы тяжелых металлов оказывают аналогичное действие, хотя эффект развивается медленнее.

Ракообразные обладают высокой чувствительностью и к другим химическим веществам: молекулярному хлору, цианидам, фенолу -, тем или иным путем попадающим в водоемы.

Обладая высокой чувствительностью к загрязнителям, эти животные служат индикаторами качества воды, в связи с чем нашли применение в методах биологического контроля как водной, так и других сред. Наиболее часто для этой цели используют дафний, для которых хорошо разработана методика лабораторного культивирования. Из других животных в качестве биотестов используют одноклеточных, коловраток, ткани и органы многоклеточных животных, а из растительных - одноклеточных водорослей, представителей высших растений: проростки горчицы, огурца, ячменя. Более выгодным представляется использовать для этой цели животных, обладающих раздражимостью (одноклеточные) или развитой нервной системой (многоклеточные животные), и поэтому наглядно и быстро дающие ответную реакцию на химический раздражитель (химическое вещество), что позволяет оперативно выполнить биологический анализ.

Методы биотестирования во многих отношениях близки химическим методам определения вещества, но отличаются от них своей интегральностью и экологической информативностью. Живой организм отвечает на раздражитель комплексом сходных реакций, независимо от природы воздействующего химического вещества. Интегральность ответа биотеста следует рассматривать как достоинство метода биотестирования, так как в процессе выполнения всего одной операции достигается определение в водной среде многих токсикантов различной химической природы. Биотестирование позволяет определять пригодность воды для жизнедеятельности конкретного организма и степень риска для других обитателей водоема, а в ряде случаев решать вопрос о пригодности воды для питьевых целей.

Определение токсичности водной среды выполняют в двух сосудах, один с чистой природной водой, не содержащей токсичных веществ, другой - с водой, содержащей токсичные вещества. Первый из них служит контролем, другой - опытом. В оба сосуда помещают дафний в количестве от 5 до 10 особей одного возраста и определяют выживаемость животных в течение определенного времени (от нескольких минут до 96 часов). Сравнение тест-реакции животных в контроле (отсутствие реакции) и опыте (гибель животных или их иммобилизация, т.е. обездвиживание) дает основание судить о наличии в воде токсичных веществ. Скорость наступления ответной реакции биотеста в опыте является показателем степени загрязнения воды токсикантом - чем она выше, тем вода токсичнее.

Методом биотестирования можно определять токсичность почвы, наличие примесей в растениях, кормах и пищевых продуктах. В случае определения токсичных веществ в таких средах анализируемое вещество предварительно экстрагируют органическим растворителем, его полностью удаляют выпариванием и остаток переводят (растворяют или диспергируют) в водную фазу. Все дальнейшие операции анализа осуществляют обычным путем, как и при биотестировании токсичных веществ в воде.

Метод биотестирования прост в выполнении, не требует сложного аппаратурного оснащения и дорогих реактивов, может быть выполнен в условиях лаборатории, располагающей стандартной химической посудой и соответствующим тест-объектом.

Из методов с растительными тест-объектами с точки зрения простоты выполнения, особенно в условиях учебной лаборатории, наибольшего внимания заслуживают методы биотестирования с проростками растений (огурца, ячменя, белой горчицы, других культур). Принцип этих методов заключается в установлении разницы удлинения колеоптиля прорастающих семян в среде без токсикантов, и среде, токсичной для растений. Данные методы более всего пригодны для установления токсичности почв.

Методы биоиндикации также находят применение в установлении антропогенных воздействий на объекты окружающей природной среды. Установлено, например, что лишайники чрезвычайно чувствительны к загрязнению воздушной среды сернистым газом, которое приводит к выпадению из биоценотического состава многих видов. Наблюдения за составом лишайников в природных биоценозах, особенно в условиях антропогенного ландшафта крупных городов и промышленных центров (парковые зоны), позволяет осуществлять биологический мониторинг состояния атмосферного воздуха (Максимова, 1997).

Слежение за изменением видового состава гидробионтов в водоемах во времени служит показателем их экологического состояния. Данный метод биоиндикации легко использовать в целях установления экологического благополучия водоемов, расположенных на сельскохозяйственных территориях.

Между биотестированием и биоиндикацией нет резкой границы, однако, если биотестирование, как метод, позволяет осуществлять токсикологический контроль за происходящим загрязнением, то биоиндикация регистрирует конечные изменения, происходящие в экосистеме в результате природных процессов или антропогенного воздействия.

Рекомендуемая литература

1. Макpушин А.В. Биоиндикация загpязнений внутpенних вод//Биол.методы оценки пpиpодной сpеды.- М:Наука, 1978.- С.126.

2. Максимова Н.Л. Биодиагностика промышленных загрязнений. -Н.Новгород, Медицинский колледж, 1988. - 88 с.

3. Методы биотестиpования вод. Сб. - Чеpноголовка: БИ, 1988.- 127 с.

4. Постнов И.Е., Калачев Н.Н. Биотестирование токсичных примесей в воде, почве и других средах с помощью дафний: Метод. указания по выполнению лабораторных и самостоятельных работ в курсе "Охрана окружающей среды" для студентов сельскохозяйственного института. - Н.Новгород: ГСХИ, 1991.- 30 с.

 

Вопросы для самостоятельного контроля

1. Какие недостатки характерны для физико-химических методов контроля качества природной среды.

2. В чем заключается достоинство биологических методов контроля качества природной среды.

3. Что такое биотест и в чем состоит сущность метода биотестирования. Какие организмы применяются в качестве биотестов.

4. Биоиндикация как метод контроля загрязнения объектов природной среды, возможность использования биоиндикации для оценки состояния агроэкосистем.

 

11. Окружающая среда и здоровье населения

Согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) под здоровьем понимается не только отсутствие болезни и физических дефектов, а состояние полного физического, духовного и социального благополучия. Здоровье населения - это всеобъемлющее отражение качества жизни, которое формируется под влиянием факторов окружающей природной и социальной среды. С учетом степени их влияния здоровье зависит на:

50% - от образа жизни,

20 % - от наследственной предрасположенности,

10 % - от качества медицинской помощи,

20 % - от состояния окружающей природной среды.

Виды антропогенного загрязнения окружающей природной среды многообразны: химическое, физическое, механическое, акустическое (звуковое) и т.д. Многочисленные антропогенные загрязнители окружающей среды всегда опасны для человека. В организме эволюционно сформировались множественные системы защиты от ксенобиотиков, обеспечивающие в конечном счете его гомеостаз. Однако антропогенный рост нагрузок превышает возможности механизмов защиты, что позволяет говорить об экологическом отравлении организма. Влияние неблагоприятных факторов на организм может проявиться на генетическом, субклеточном, клеточном, организменном и популяционном уровнях.

Неблагоприятное влияние на здоровье населения может оказывать не только загрязнение окружающей среды ксенобиотиками, но и наличие геохимических аномалий. Это территории, характеризующиеся повышенным или пониженным содержанием в почве (воде) некоторых химических элементов, имеющих важное значение для жизнедеятельности организмов. Существуют территории с аномально низким содержанием йода, фтора, селена. Недостаток этих элементов в почве ведет к дефициту их в растительных продуктах и, в конечном счете, к развитию различных болезней. Такие болезни получили название эндемических, т.е. приуроченных к определенной территории. При этом проблемы со здоровьем могут быть связаны не только с недостатком, но и с избытком химических элементов.

Широко известна зависимость здоровья человека от дефицита йода. Низкий уровень его в почве ведет к низкому содержанию этого элемента в растениях и подземных водах. Недостаток йода в пищевых продуктах может вызвать заболевание щитовидной железы: эндемический зоб, кретинизм и пр. Эндемический зоб – самое распространенное проявление йодной недостаточности. При недостаточном поступлении йода в организм происходит увеличение массы щитовидной железы – формируется зоб. Профилактика йодной недостаточности – искусственное введение йода в некоторые продукты питания (чаще путем использования йодированной поваренной соли).

Недостаток фтора в некоторых местностях ведет к кариесу зубов. Поэтому, для профилактики заболевания фтор добавляют к питьевой воде.

В некоторых провинциях Китая нехватка селена является причиной распространения сердечно - сосудистых заболеваний и инфаркта миокарда. Такие данные есть и по некоторым регионам России.

Молибден - важный для жизни элемент, кторый входит в состав ряда ферментов. Избыток его приводит к накоплению в организме человека

мочевой кислоты и отложение солей в суставах. Это заболевание известно как подагра. В почвах Армении, где содержание этого элемента более 4 мг/кг, заболеванию подагрой подвержены не только люди, но и животные.

Важное значение для здоровья человека имеет сбалансированное содержание в объектах окружающей среды кальция, магния, калия, железа, а также таких элементов как марганца, кобальта, цинка, меди, бора и других, относимых к группе микроэлементов. Эти так называемые биофильные

элементы, т.е. имеющие сродство с жизнью, и являющиеся жизненно-необходимыми для организма. Повышенный геохимический фон даже биофильных, и тем более токсичных металлов, таких как ртуть, кадмий, свинец, таллий, может оказывать неблагоприятное влияние на здоровье человека.

Загрязняющие окружающие среду вещества многообразны, и они могут оказывать свое неблагоприятное влияние на здоровье человека на различных уровнях организации организма: на наследственно-генетическом, клеточном, тканевом, органном и на уровне целостного организма. Некоторые вещества способны вызывать мутации (мутагенный эффект), канцерогенное действие (раковые заболевания), оказывать аллергическое действие на организм и др.

Широко известными канцерогенами являются полициклические углеводороды (ПАУ), среди которых наиболее известен бенз(а)пирен (БП). Канцерогенные ПАУ широко распространены в окружающей среде, основными техногенными источниками их являются промышленность и транспорт. Повышенный уровень БП отмечается вблизи автомагистралей. БП и другие ПАУ вызывают опухоли кожи, легких, бронхов, желудка и других органов.

Другие группы химических канцерогенов - ароматические амины (к ним принадлежат некоторые красители), N-нитрозосоединения (НС, нитрозоамины). Нитрозосоединения могут образоваться в кишечнике человека при соединении аминов с нитритами, которые в свою очередь образуются из нитратов, поступающих в организм с продуктами питания.

В последние годы научно доказана канцерогенность многих хлорорганических соединений, по этой причине использование этого класса веществ в промышленности и сельском хозяйстве сокращено или даже запрещено (применение хлорорганических пестицидов в защите растений). В питьевом водоснабжении отказались от хлорирования воды с целью обеззараживания, поскольку хлор способен образовывать с органическими загрязнителями воды вредные для здоровья человека хлорсодержащие соединения (Журков В.С.,1998).

Стоит помнить о канцерогенности никотина и других продуктов, содержащихся в табачном дыме, который является существенным загрязнителем бытовых и общественных помещений.

Канцерогенным действием обладают и тяжелые металлы – ртуть, свинец, кадмий, а также бериллий. Источниками поступления тяжелых металлов в окружающую среду является антропогенная деятельность, связанная с развитием индустрии, автотранспорта, теплоэнергетики, а также работа мусоросжигающих установок и сельскохозяйственное производство.

Основные отрасли промышленности, загрязняющие окружающую среду тяжелыми металлами, - черная и цветная металлургия, добыча твердого и жидкого топлива, горнообогатительные комплексы, стекольная, керамическая, электротехническая и другие. Так, свинец, кроме производств, связанных с его получением, используется в производстве аккумуляторов, оболочек электрических кабелей, многочисленных сплавов и красок. Производство минеральных красок, широко используемых в промышленности, строительстве, быту, связано с использованием в этой отрасли различных оксидов металлов, Последующее разрушение окрашенных изделий ведет к масштабному загрязнению различных природных сред, в частности, почвы. Загрязнение почвы тяжелыми металлами происходит в сельскохозяйственном производстве при использовании удобрений и пестицидов.

Сжигание мусора сопровождается поступлением в биосферу кадмия, свинца, хрома, ртути и др. Ртутное загрязнение объектов среды возможно также при использовании ртутных люминесцентных ламп, по окончании срока службы которые чаще всего выбрасываются на свалки (городской мусор), где и подвергаются механическому разрушению.

Токсическое действие металлов на организм многообразно. Многие тяжелые металлы способны избирательно накапливаться в определенных органах и тканях, нарушая их нормальную деятельностью. Вот только некоторые примеры их вредного воздействия на организм человека.

Свинец способен накапливаться в костях. При отравлении свинцом поражаются органы кроветворения, нервная система, органы чувств, почки, пищеварительная и сердечно-сосудистая системы. Загрязнение окружающей среды свинцом в значительной степени связано с использованием его соединений (тетраэтилсвинца) в присадках к автомобильному топливу (этилированный бензин). Считается, что территории, прилегающие к автомобильным дорогам, примерно на 200 м вправо и влево от них сильно загрязнены свинцом.

Кадмий широко используется в промышленности и загрязнение окружающей среды его соединениями представляет большую опасность. Он в 50 раз токсичнее свинца, оказывает неблагоприятное влияние на здоровье людей и животных. В организме кадмий транспортируется с кровью в печень, где накапливается и связывается с гемоглобином крови. Хроническое отравление кадмием разрушает печень и почки.

Ртуть и ее соединения являются очень сильными токсикантами. Загрязнение окружающей среды связано с широким использованием ртути в промышленности. В быту, как уже указывалось, загрязнение ртутью объектов среды имеет место через использование осветительных люминисцентных ламп. Ранее ртутные соединения применялись в сельскохозяйственном производстве, на основе их изготавливались некоторые пестициды (протравитель семян гранозан), Несмотря на сокращение масштабов применения ртутных соединений в последние годы, они по-прежнему представляют экологическую опасность и фактор риска для здоровья человека. Ртуть легко мигрирует по пищевым цепям и может достигать человека. Широко известен факт, когда в Японии в 50-х годах прошлого столетия сброс отходов промышленности, содержащих соединения ртути, в реку Агано и залив Минамата, привел к обогащению ртутью морских обитателей: рыб, крабов, устриц. Потребление их в пищу вызвало массовое заболевание местных жителей, которое получило название «болезнь Минамата» (болезнь сумасшедшего шляпника). Основная часть ртути в организме аккумулируется в почках. Токсичность ее в значительной степени зависит от химической формы.

Мутагенным действием обладают некоторые пестициды, в частности ДДТ, применявшийся ранее в качестве инсектицида, а также многие продукты химического синтеза.

Здесь рассмотрено влияние химических факторов на здоровье человека. Однако здоровье в значительной степени определяется воздействием физических и биологических факторов, величина которых в настоящее время может превышать во много раз их естественный фон.

Многочисленные физические факторы, в частности, различные излучения, связанные работой радио- и телевизионных станций, использование в возрастающих масштабах источников электромагнитных излучений высоких частот и большой мощности, применяемых в науке, промышленности, медицине, военном деле являют собой значительную экологическую опасность для здоровья. Не меньшую опасность таит повышение радиационного фона, связанное с авариями на объектах атомной энергетики, применением радиоактивных веществ в различных отраслях промышленности, науки, медицины и пр., а также наличие в объектах среды радиоактивного газа радона.

Все более актуальным становится вопрос влияния на здоровье акустического фона среды. Шумовой дискомфорт в повседневной жизни испытывает более половины жителей больших городов многих стран мира, где уровень шума значительно превышает санитарно допустимые уровни. Шумовое (акустическое) загрязнение окружающей среды следует рассматривать как глобальный фактор риска здоровью населения.

Рекомендуемая литература

1. Матвеева Н.А. Экологически обусловленные изменения в здоровье населения/ Учебное пособие. – Н.Новгород, Нижегородская ГМА, 2000. – 115 с.

2. Мутагены и канцерогены в окружающей среде. Новые подходы к оценке риска для здоровья. – Санкт-Петербург, 1998. – 171 с.

3. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие. 3-е изд. М.: Финансы и статистика, 2001. – 672 с.

Вопросы для самостоятельного контроля

1.Какие основные группы факторов определяют здоровье человека, статистические показатели их воздействия.

2. На каких уровнях организации биосистем проявляется действие факторов внешней среды.

3. Что такое геохимические аномалии и возможное влияние их на здоровье человека.

4. Болезни, обусловленные недостатком или избытком биофильных химических элементов в почве, воде, пище.

5. Какие классы химических веществ относятся к канцерогенным.

6. Известные болезни, связанные с действием на организм тяжелых металлов.

7. Опасные для здоровья вещества, используемые в промышленности, в сельском хозяйстве, быту.

8. Физические факторы антропогенного происхождения потенциально опасные для здоровья человека.

 

12. Мониторинг окружающей среды

Мониторинг - система наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды с целью разработки мероприятий по ее охране, рациональному использованию природных ресурсов и предупреждению критических ситуаций, вредных или опасных для здоровья людей, живых организмов и их сообществ, природных комплексов и объектов.

Как система наблюдения и контроля мониторинг состоит из трех ступеней:

1) наблюдение за состоянием окружающей среды,

2) оценка состояния окружающей среды,

3) прогноз возможных изменений.

Ю.А.Израэль [1979] предложил универсальную схему системы контроля состояния природной среды (рис. 5).

Информационная система мониторинга Управление

 

 

Рис. 5. Блок-схема системы мониторинга

 

В процессе наблюдения контролируют локальные источники загрязнения, реакцию живых организмов и их сообществ, изменения погоды и климата, состояние здоровья людей. В зависимости от масштабов наблюдения мониторинг подразделяют на глобальный, региональный, локальный, фоновый. При этом представляет интерес выявление доли антропогенных изменений и сравнение с фоновыми процессами в окружающей среде.

В зависимости от объектов наблюдения мониторинг можно подразделить на санитарно-токсикологический, биосферный, экологический.

Санитарно-токсикологический мониторинг предполагает наблюдение за степенью загрязнения природных объектов вредными веществами, за влиянием этих загрязнителей на человека, растительный и животный мир, за наличием в окружающей среде аллергенов, патогенных микроорганизмов, за содержанием в атмосфере оксидов азота и серы, угарного газа, тяжелых металлов, за качеством водных объектов, степенью их загрязнения органическими веществами, нефтепродуктами и минеральными солями.

В процессе биосферного мониторинга проводят наблюдения за глобально - фоновыми изменениями в природе: степенью радиации, наличием в атмосфере углекислого газа, озона, запыленностью, циркуляцией тепла, газовым обменом между океаном и атмосферой, миграцией животных и растений, погодно - климатическими изменениями на планете.

В рамках экологического мониторинга проводят наблюдение за изменениями в экологических системах. В контроле биоты осуществляют наблюдения за видовым составом живых организмов, продуктивностью трофических цепей, загрязнением сельскохозяйственных угодий, заболеваемостью населения. При наблюдении за состоянием населения оценивают численность и плотность, рождаемость и смертность, возрастной состав, заболеваемость, уровень врожденных уродств и аномалий.

Почвенно-экологический мониторинг необходим для долговременного исследования и прогнозирования возможных изменений свойств почв, так как происходит сукцессия в растительных сообществах, изменение в природопользовании территориями.

Кроме того, в зависимости от проведения наблюдений за абиотической и биотической частью биосферы мониторинг может подразделяться на геофизический и биологический. Круг геофизических наблюдений включает анализ реакций от микромасштабных до реакций глобальных (например, погодных и климатических). Главная задача биологического мониторинга - выявление отклика биосферы на антропогенное воздействие на разных уровнях живого: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, биоценотическом. В рамках биомониторинга можно выделить генетический мониторинг, который соответствует изменениям на молекулярном уровне; биохимический мониторинг, исследующий изменения в ответ на загрязнения на клеточном уровне; физиологический мониторинг - на организменном уровне; экологический мониторинг - на популяционном и биоценотическом уровнях. На каждом уровне возможны изменения, вызванные антропогенной деятельностью.

Хроническое действие сублетальных концентраций загрязняющих веществ обычно проявляется в угнетении функций органов, в которых они накапливаются. Этому предшествует биохимические нарушения на молекулярном уровне. Поэтому важно установить такие отклики на молекулярном уровне, т.е. зарегистрировать их раньше, чем наступят патологические изменения в организме. С точки зрения информативности все виды биомониторинга одинаково ценны и не имеют преимуществ друг перед другом. Ведущее место, тем не менее, признается за экологическим мониторингом.

Особое значение имеет генетический мониторинг, который предполагает наблюдения за возможными изменениями наследственных признаков (структуры нуклеиновых кислот) у различных популяций. Генетический мониториг должен сочетаться со скринингом (отбором) химических соединений на мутагенную активность. Данные исследования особенно важны в популяциях человека.

Для осуществления мониторинга чрезвычайно важно, чтобы используемые методы анализа адекватно отражали причинно - следственные изменения в биосистемах, вызванные состоянием окружающей природной среды.

Агроэкологический мониторинг. Агроэкологический мониторинг представляет систему наблюдения и контроля за состоянием агросистем в процессе сельскохозяйственной деятельности. Его задачей является сбор информации и оценка состояния агроценозов для прогнозирования в