Оценка микробиологической опасности строительных материалов, при изготовлении которых используются отходы производства и потребления

Проблема утилизации отходов производства и потребления – одна из самых актуальных проблем природопользования в настоящее время. В мировой практике основной тенденцией решения проблемы твёрдых коммунальных отходов (ТКО) и строительных отходов является постепенный переход от полигонного захоронения к промышленной переработке. Переработка отходов – это не только необходимое условие защиты окружающей среды, но и средство глобального ресурсо- и энергосбережения. В начале XXI века на Филиппинах была апробирована технология, известная как «Процесс Палиндженезис» («Process Palingenesis»), позволяющая использовать ТКО и строительные отходы в качестве крупного заполнителя для бетонных блоков [1]. В состав таких блоков входит от 25 до 40 % отсортированных и измельчённых отходов. Для

производства строительных изделий с применением технологии «Процесс Палиндженезис» возможно использовать 61 наименование отходов по Федеральному классификационному каталогу отходов (ФККО). Завод по изготовлению бетонных изделий с использованием строительных и отсортированных коммунальных отходов (экобетона) несколько лет назад был построен и в России (Приморский край, г. Владивосток). Продукция завода – бордюры, плитка, брусчатка, кирпичи – предназначена для строительной промышленности.

Важным преимуществом производства экобетона является его невысокая себестоимость по сравнению с традиционными аналогами. Однако вопрос о безопасности такого материала для человека и окружающей среды до сих пор в России изучен не был. Единственным источником информации по данному вопросу является отчёт об экологической оценке самой технологии, проведённой отделом науки и технологий Института индустриально-технологического развития (ITDI) на Филиппинах в 2005 году [2].

Поскольку «Процесс Палиндженезис» является низкотемпературной технологией, обеззараживание заполнителя производится химическими методами. Химическая обработка измельчённых отходов является частью технологического цикла производства экобетона и осуществляется с использованием патентованных добавок.

Микробиологическая опасность ТКО может быть связана с возможным воздействием на человека и окружающую среду патогенных микроорганизмов, способных сохраняться в отходах (главным образом, в макулатуре, текстиле и пищевых отходах) в течение длительного времени и при определенных условиях вызывать инфекционные заболевания. Например, возрастание температуры в условиях полигона влияет на увеличение интенсивности и скорости роста микроорганизмов и повышает риск распространения патогенных микроорганизмов за его пределами.

В зависимости от влияния, оказываемого на организм человека, микроорганизмы подразделяются на:

– патогенные , которые выступают в качестве потенциальных возбудителей инфекционных заболеваний человека за счёт их способности прикрепляться к клеткам (адгезия), размещаться на их поверхности (колонизация), проникать в клетки (инвазия) и противостоять факторам защиты организма (агрессия);

– условно-патогенные – постоянно обитают в нормальной микрофлоре человеческого организма, никак не проявляясь, но при определённых условиях (изменение условий обитания, снижение защитных сил организма) способны вызывать различные заболевания;

– сапрофиты – никогда не выступают в качестве возбудителей заболеваний человека, что обусловлено их неспособностью к размножению в тканях человеческого организма [3].

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования: образцы измельчённых отходов, образец экобетона, изготовленный по технологии «Процесс Палиндженезис».

Целью работы являлось проведение оценки эффективности химической обработки подготавливаемых для использования отходов и микробиологической безопасности готового изделия.

Для достижения цели решались следующие задачи:

• 1.    изучить количественное содержание микроорганизмов в пробах отходов до обработки;

• 2.    изучить количественное содержание микроорганизмов в пробах отходов после обработки;

• 3.    оценить возможность микробиологической опасности для здоровья человека при использовании бетонных блоков, изготовленных из обработанных ТКО и строительных отходов.

Микробиологическая безопасность экобетона изучалась на Экологическом факультете Рос- сийского университета дружбы народов в рамках инициативной научной темы в 2013-2015 гг.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Анализ количественного содержания микроорганизмов в исследуемых пробах

Исследование микробной контаминации выполнялось в ФГБУ «НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава РФ.

Для микробиологического (бактериологического) исследования образцов измельчённых отходов до и после обработки, смывов с поверхности и с разлома бетонного камня проводили:

• 1)    посев образца отходов в жидкие питательные среды и на чашки Петри с питательным агаром;

• 2)    посев смывов с поверхностей экобетона, сделанных с использованием стерильных тампонов, смоченных в стерильном физиологическом растворе, на чашки Петри с различными питательными средами.

В исследовании использовали следующие среды: Plate Count Agar, Liver Infusion Agar, Blood Agar Base (Дифко) с 5% бараньих эритроцитов, обогащенный питательный агар (Дифко), шоколадный агар, угольно-дрожжевой агар, агар Эндо, сывороточный агар, среду Сабуро, а также селективные среды и API наборы для идентификации выделенных микроорганизмов.

Среды с посевами инкубировали в термостате при температурах 20, 30 и 37 °C в течение 72 часов с проведением учёта чашек Петри ежедневно и в зависимости от свойств исследуемых культур.

Выросшие колонии характеризовали в отношении продукции факторов патогенности: гемолиза, лецитиназы, фосфолипазы [4].

Гемолиз представляет собой процесс разрушения кровяных клеток (эритроцитов) при воздействии веществ – гемолизинов, выделяемых некоторыми микроорганизмами. В зависимости от того, частично или полностью были разрушены эритроциты, гемолиз подразделяется на α -гемолиз (неполное разрушение, с сохранением клеточной стромы) и β -гемолиз (полное разрушение эритроцитов). В качестве примера микроорганизмов, способных к гемолизу, можно назвать представителей рода Streptococcus sp.

Лецитиназа представляет собой внеклеточный фермент, продуцируемый некоторыми микроорганизмами и способный к расщеплению лецитинов (комплекса фосфолипидов), являющихся основными структурными компонентами клеточной мембраны млекопитаю- щих. Среди микроорганизмов, продуцирующих лецитиназу, можно выделить микроорганизмы родов Bacillus, Staphyloccocus, входящие в группу пищевых токсикозов.

Фосфолипаза – фермент-токсин некоторых анаэробных бактерий, способных к разложению нуклеиновых кислот, лецитинов и других фосфоглицеридов, входящих в состав цитоплазматических клеточных мембран млекопитающих, что приводит к нарушению их проницаемости. Микроорганизмы, способные к продуцированию фосфолипазы – Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка), B. Cereus – патогенный представитель рода Bacillus и др.

В исследовании определяли общее микробное число – показатель, указывающий на число образовавшихся колоний микроорганизмов в определенных объёмах исследуемых проб (в 1 г образца). Результаты исследования выражали в колониеобразующих единицах на 1 г образца (КОЕ/1г).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты количественного содержания микроорганизмов в исследуемых пробах

Анализ количественного содержания микроорганизмов в исследуемых пробах показал, что:

• –    в отходах до обработки их содержание варьирует от 2,2·10⁵ до 1,4·10⁶ КОЕ/г образца;

• –    в отходах после обработки содержание микроорганизмов заметно снизилось – от 3,1·10² до 2,5·10³ КОЕ/г образца;

• –    на поверхности бетона – рост отдельных колоний бактерий – 7 КОЕ/г образца и отдельных колоний грибов – 4 КОЕ/г образца;

• –    на поверхности разлома бетона – рост отдельных колоний бактерий – 3 КОЕ/г образца и отдельных колоний грибов – 2 КОЕ/г образца.

Выделенные микроорганизмы были, в основном, идентифицированы и включали в исходной пробе (до обработки) как представителей сапрофитов (сенная палочка Bacillus subtilis, актиномицеты Actinomyces sp., плесневые грибы Penicillum sp.), не вызывающих заболеваний, так и условно-патогенных микроорганизмов (синегнойная палочка Pseudomonas aeruginosa, дрожжеподобные грибы Candida sp., стрептококки Streptococcus sp.), которые при определённых условиях могут вызывать заболевания человека. Среди выделенных условно-патогенных микроорганизмов наиболее явным источником микробиологической опасности является синегнойная палочка, что обусловлено её способностью к выработке токсинов (эндотоксин, экзотоксин), вызывающих различные инфекционные заболевания, высокой устойчивостью к действию антибиотиков и многих дезинфицирующих средств.

В ТКО и строительных отходах после обработки выделенные микроорганизмы включали только представителей сапрофитной микрофлоры (сенная палочка Bacillus subtilis , актиномице-ты Actinomyces sp. , плесневые грибы Penicillum sp. ). Это указывает на отсутствие микробиологической опасности обработанных отходов для здоровья населения.

На поверхности и на разломе строительных материалов также были выделены только представители сапрофитной микрофлоры (сенная палочка Bacillus subtilis , плесневые грибы Penicillum sp. ). Это указывает на отсутствие микробиологической опасности обработанных отходов и изготовленных из них стройматериалов (бетонных блоков) для здоровья населения.

ВЫВОДЫ

Исследовано количественное содержание микроорганизмов в пробах ТКО и строительных отходов до обработки (2,2·105 до 1,4·10 6 КОЕ/ г образца), после обработки (3,1·102 до 2,5·103 КОЕ/г образца), на поверхности и на разломе строительных материалов (отдельные колонии). Выделенные микроорганизмы были, в основном, идентифицированы и включали в исходной пробе (до обработки) как представителей сапрофитов, так и условно-патогенных микроорганизмов (синегнойная палочка). После обработки отходов строительные материалы содержали только сапрофитную микрофлору.

В ходе проведённого микробиологического исследования содержания микроорганизмов в ТКО и строительных отходах до и после обработки, на поверхности, а также на разломе изготовленных из них стройматериалов, было доказано, что обработка отходов приводит к значительному снижению содержания в них микроорганизмов. Следовательно, бетонные блоки, изготовленные по технологии «Процесс Палиндженезис» не являются источником микробиологической опасности.