С.А. СоколоваАнализ практических аспектов установления ПДК для воды и их применение в системе выдачи разрешений Возрастающий после 50-х годов поток загрязняющих веществ в окружающую среду привел к необходимости его ограничения и упорядочения с целью уменьшения отрицательного влияния на окружающую среду. К началу 60-х годов началась активная разработка показателей качества среды для отдельных загрязняющих веществ, как природного, так и антропогенного происхождения. Такими показателями являются предельно допустимые концентрации различных веществ в воздухе и водной среде - ПДК. Превышение этих показателей считается загрязнением природной среды, отрицательно влияющим на человека, растительный, животный мир и гидробионтов. Любой водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. Химическое загрязнение водоема представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы) и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно активные вещества, пестициды). Загрязнение водоемов происходит за счет поступления сточных вод различных промышленных предприятий, атмосферных осадков, поступлению водного стока с сельскохозяйственных полей В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разработка и утверждение ПДК загрязняющих веществ в воздухе способствовало его контролю в рабочих зонах. ПДК в воде хозяйственно-бытового и питьевого водопользования направлены на сохранение здоровья человека. ПДК веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение, разрабатываются с целью сохранения условий существования гидробионтов, для которых вода является постоянной средой обитания (для сравнения – человек использует в день 2 литра воды), и для целостности всей водной экосистемы, конечным пищевым звеном которой являются рыбы (отсюда название ПДК – рыбохозяйственная). Величина норматива загрязняющего вещества в водной среде, как правило, несколько выше природного фонового уровня его аналога, не вызывает токсикологических и генетических изменений в живых организмах. Последнее относится также к загрязняющим веществам, синтезированным человеком и несвойственным природной среде (пестициды, гербициды, флокулянты, СПАВ и т.д.). Экспериментальное обоснование рыбохозяйственных ПДК представляет собой систему комплексных (токсикологических, гидрохимических, органолептических и др.) испытаний данного вещества с использованием представителей всех групп водного населения (от бактерий до рыб), включая продуцентов, консументов, редуцентов, а также разные жизненные формы водной биоты (планктон, нектон, бентос). То есть охватываются основные трофические уровни и звенья круговорота веществ в водном объекте. Накопленный к настоящему времени обширный токсикологический материал позволяет выделить минимальный набор тест-объектов, что существенно снижает трудоемкость работ по установлению ПДК и в то же время обеспечивает достаточную надежность конечных результатов. Ниже, в табличной форме, показано как проводится определение рыбохозяйственного норматива (ПДК) вещества. Исследуемые показатели действия вещества при установлении рыбохозяйственного норматива вещества (ПДК) Оценка действия вещества Определяемые тест-параметры Недейст.концентр. мг/л Водная среда. Органолептика Водная среда. ^ Гидрохимические показатели Кислород, pH N-NH4+ N-NO2-N-NO3- Водная среда. Процессы самоочищения Сапрофиты БПК5 Фитопланктон (одноклеточные водоросли) ЭК50 за 72 Численность, Интенсивность фотосинтеза, Кислород, РН среды, Зоопланктон(ракообразные, инфузории, коловратки) ЛК50 за 96 ч Выживаемость, поведение. Плодовитость, Возрастной состав популяций Зообентос ЛК50 за 96 ч Выживаемость, Сроки прохождения стадий развития, Плодовитость, Питание,Размер (масса) ^ Фитобентос (Макрофиты) Выживаемость, Рост стебля, отростков,корней (таллома) Рыбы Ранние стадии развития (икра, предличинки, мальки) Выживаемость, Стадии развития эмбрионов Аномалии развития Сроки выклева предличинокДлина (масса), ^ Взрослые особи Выживаемость, поведение. Патоморфология Гематология Биохимия Органолептика мясаКумуляция вещества Генотоксичность. Мутагенный эффект Стабильность вещества в воде Срок распада вещества на 95% Остановимся подробнее на схеме установления рыбохозяйственных ПДК вредных веществ в водной среде. Прежде всего, определяется устойчивость вещества в воде, то есть время, за которое происходит разрушение вещества на 50 и 95%. Это важно для дальнейших опытов с гидробионтами, где необходимо знать периодичность замены опытных растворов для поддерживания постоянной концентрации вещества в воде. Так, например, с высокостабильными веществами смену растворов в опыте можно не производить, в то время как при малоустойчивом веществе необходима смена опытного раствора через определенное время для постоянного поддерживания его концентрации в воде. Поскольку химико-аналитическое определение не позволяет оценить остаточную суммарную токсичность вещества и продуктов его превращения, при оценке стабильности вещества в воде дополнительно используют токсикологические исследования. Определяют динамику изменения токсичности раствора по ответной реакции зоопланктонных тест-объектов (например, дафнии) и рассчитывают срок убывания токсичности раствора на 50 и 95%. При наличии данных по химической стабильности вещества в растворе, может быть проведено сравнение их с результатами биологических наблюдений и сделан вывод о токсичности продуктов распада вещества. Помимо устойчивости вещества в воде, определяется влияние различных концентраций вещества на химический состав и процессы самоочищения водной среды (изменения рН, растворенного кислорода, азота нитратов и нитритов, аммонийного азота, БПК5, численности сапрофитной микрофлоры), проявление органолептических свойств вещества в воде и рыбе. При необходимости - определяется способность вещества к функциональному и материальному накоплению в гидробионтах и передачи его по пищевой цепи. Остановимся несколько подробнее на исследованиях на представителях трофических звеньев пресноводного водоема. При оценке влияния различных концентраций вещества на процессы первичного продуцирования, используют в качестве тест-объектов культуры массовых видов одноклеточных водорослей (хлорелла, сценедесмус и др.). Регистрируется в разных концентрациях вещества изменение скорости деления и численности клеток, нарушение интенсивности фотосинтеза, пигментного состава и изменение ряда других параметров культуры фитопланктона в течение не менее двух-трех недель. Влияние вещества на высшие водные растения проводят, как правило, на элодее и ряске. Учитывают выживаемость, общее состояние растения (изменение окраски, повреждение и отмирание точек роста, потеря тургора), прирост основного побега в длину, число боковых отростков, их длину, число корней и их длину. В опытах с простейшими используют различные виды инфузорий - парамецию, стилонихию, тетрахимену. Регистрируют выживаемость, скорость размножения, поведенческие реакции. При исследовании массовых зоопланктонных организмов (дафнии, цериодафнии и др.) оценивается влияние вещества на трех поколениях планктонных ракообразных. Регистрируется выживаемость рачков, их плодовитость, физиологические и морфологические аномалии в присутствии исследуемого вещества. На бентосных организмах проводят исследования на личинках хирономид, на брюхоногих моллюсках и др., отмечая помимо выживаемости, различные показатели жизнедеятельности этих организмов.Для рыб исследуются различные стадии развития - от эмбриогенеза до взрослых рыб. Оценивается выживаемость рыб, гематологические, физиологические, патоморфологические и др. изменения в организме. Исследования на рыбах - с икрой и личинками проводят от оплодотворения до начала активного питания (рассасывания желточного мешка), на взрослых рыбах - от 1 до 3 месяцев (при необходимости). Принятые сроки длительности гидрохимических, микробиологических опытов, исследований на одноклеточных водорослях и водных растениях, на беспозвоночных – проводят до 1-го месяца. По результатам экспериментов делается вывод о максимальной недействующей концентрации вещества для каждого исследованного звена, и наименьшее значение этого показателя рассматривается в качестве норматива для воды водного объекта рыбохозяйственного значения (одновременно указывается лимитирующий показатель вредности - токсикологический, санитарный или органолептический). То есть в качестве ПДК для всей пищевой цепи от бактерий до рыб принимается наименьшая концентрация токсиканта, которая не вызывает отклонений жизнедеятельности ни в одном из звеньев, не влияет на санитарные показатели воды и гидрохимические параметры. Наиболее чувствительным к данному токсиканту может быть как сапрофитная микрофлора, так и изменение гидрохимических параметров среды или, например, рыбы. Именно это чувствительное звено является определяющим, лимитирующим при установлении величины ПДК вещества, поскольку выпадение данного звена из общей сбалансированной экологической системы может вывести водную экосистему из равновесия. Из сказанного ясно, что превышение величины ПДК может быть губительно в первую очередь для звена лимитирующего. В одних случаях это рыбы, в других водоросли, бентос, зоопланктон, сапрофитная микрофлора, гидрохимические или органолептические параметры среды. К рыбам величина ПДК чаще всего имеет опосредованное отношение. Поэтому при превышении ПДК загрязняющего вещества в воде рыбаки ловят рыбу, однако при этом отдельные, чаще всего кормовые организмы в водоеме находятся в угнетенном состоянии, что приводит к структурным перестройкам сообщества в водоеме и часто не в лучшую для человека сторону, когда промысловые организмы начинают заменяться на непромысловые малоценные виды рыб, более устойчивые к данному загрязнению. Таким образом, норматив ПДК практически охраняет уязвимое звено в экосистеме. Именно эти уровни ПДК представлены в «Перечне ПДК и ОБУВ...» (1999г.) и используются для контроля качества водной среды, расчета НДС, обоснования допустимой нагрузки на водоем, взимания штрафа и исков за загрязнение. На основании этих материалов при проведении экологической экспертизы принимаются решения о допустимости или недопустимости хозяйственной деятельности на водном объекте, уточнения водовыпуска в водный объект. В нашей стране уже в первых токсикологических работах (Никольский, 1893) закладывались основы хронических экспериментов и, начиная с работ Ельциной (1939) и Строганова (1941), это направление широко внедрялись в водную токсикологию. Именно поэтому и в разработку ПДК загрязняющих веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение, были также заложены хронические эксперименты. В европейских странах при оценке показателей качества воды используются критерии качества воды (ККВ) для гидробионтов, которые разрабатываются в краткосрочных токсикологических экспериментах (медианные летальные концентрации ЛК50 за 24ч, 48ч, 96ч) с учетом различных коэффициентов запаса (Разработка экологических стандартов, 1997). Однако, и там тоже переходят к проведению хронических экспериментов, появляются сведения о хроническом (24 - 30 суток) действии пестицидов, тяжелых металлов и других загрязняющих веществ на водные организмы. Часть тест-организмов, используемых как в России (и бывшем СССР), так и за рубежом, идентичны. Например, среди рыб: радужная форель, карп, окунь, щука; из беспозвоночных - дафния магна, хирономус плюмозус; из планктонных водорослей - сценедесмус, хлорелла. При этом ряд видов аналогичен по токсикорезистентности, поэтому получаемые в обеих странах данные вполне сравнимы. Сопоставление величин ПДК и ККВ, проведенное Л.А.Лесниковым (Лесников, 1979) показывает, что, как правило, цифры либо идентичны, либо близки между собой. Как «рыбохозяйственные ПДК» в России, так и «Критерии качества воды», охраняющие гидробионтов в европейских странах, близки к санитарно-гигиеническим (питьевая вода), но в большинстве случаев оказываются более жесткими. Для примера можно привести сравнение российских нормативов для металлов в воде (ПДК для хозяйственно-бытовых вод и ПДК рыбохозяйственное) и норматив тех же металлов для поверхностных вод в Голландии, по данным исследований общественного российско-голландского Проекта «Волга» (финансовая поддержка европейского Фонда «Тасис»). Нормативы содержания металлов в пробах воды, июнь 1996 г. Микроэлементы мг/л As Cd Cr Mn Mo Cu Ni Pb Zn Hg ПДКх/б 0,05 0,001 0,55 1,0 0,1 0,25 0,1 0,03 1,0 0,0005 ПДКрх 0,05 0,05 0,025 0,01 0,01 0,0012 0,01 0,1 0,01 0,00001 Sпов. вод. Голландия 0,005 0,0005 0,005 0,003 - - 0,009 0,004 0,009 0,00002 ПДКх/б - нормативы для хозяйственно-бытовых вод ПДКр/х - нормативы для воды рыбохозяйственных водных объектов Sпов.вод – норматив для поверхностных вод, ГолландияТаким образом, защищая рыбопродуктивные свойства водоемов, мы защищаем и другие виды водопользования. Защита рыбохозяйственных интересов не является частным, малозначащим моментом в общей стратегии защиты водоемов от загрязнения. Помимо так называемых общероссийских ПДК для воды водного объекта, имеющего рыбохозяйственное значение, в настоящее время в Перечень ПДК начали включаться региональные ПДК загрязняющих веществ, имеющих природные аналоги (в первую очередь химические элементы, встречающиеся в отдельных природных геохимических провинциях в относительно повышенных или пониженных концентрациях). Региональные ПДК должны разрабатываться также для техногенных природных аналогов, сброс которых требует учета типа принимающего водного объекта и особенностей водосборной территории. К таким веществам относятся умеренно-опасные вещества, действие которых проявляется в изменении экологических условий в водоеме, например, повышении сапробности и эвтрофности (утилизируемые органические соединения и соединения биогенных элементов), изменении солевого режима (минерализации) и т.д. В настоящее время при широкомасштабном освоении на шельфе морей углеводородов начали разрабатываться нормативы (ПДК рыбохозяйственные) различных компонентов буровых растворов. Данные нормативы разрабатываются с учетом общих положений, отработанных при разработке ПДК для пресных вод. При этом в качестве тест-объектов используются гидробионты - представители всех трофических звеньев для морских вод. Учитывая все изложенное, можно сделать вывод, что «рыбохозяйственная ПДК» защищает не только популяцию рыб, как это часто представляется, но всю водную экосистему в целом. Поэтому данный норматив наиболее приближен к экологическому. В настоящее время законодательством введен норматив допустимого воздействия (НДВ) в качестве механизма экологического нормирования. Разработан алгоритм расчета, на практике расчет пока не применялся. При разработке этого показателя планируется учитывать при комплексном исследовании бассейна на каждом участке водного объекта все виды загрязнения: со сточными водами, с территорий водного, бассейна, фильтрация, воздушный перенос и т.д. При этом вся совокупность нагрузки относится на объем стока данного участка водного объекта и сравнивается с нормативом качества воды (ПДК). Если нагрузка больше допустимого – хозяйственная деятельность должна ограничиваться, но механизм расчетов и ограничений пока не отработан. На практике действовал ранее расчетный створ. НДС – норматив допустимого сброса. Использовался ПДК из целевого назначения водного объекта: питьевого или рыбохозяйственного. Когда использовался водный объект для тех и других целей – ПДК бралось более жесткое. www.vniro.ru