Токсичные соединения в сточных водах
Цианиды. Под цианидами понимают неорганические соединения с ионом CN-; органические соединения с цианионом носят название нитрилов. Цианиды являются промежуточными продуктами метаболизма организма животных и человека. Техногенными источниками поступления цианидов в окружающую среду служат производство полимеров, кокса, извлечение благородных металлов, гальванопластика, некоторые технологии органического синтеза.
Циан-ион обладает выраженной реакционной способностью, в результате чего его высокие токсичные концентрации в воде источников водоснабжения крайне редки и связаны с аварийными ситуациями на промышленных предприятиях. При хлорировании питьевой воды в условиях нейтральной реакции и при наличии свободного хлора концентрации цианидов снижаются до очень низких значений. Впервые норматив содержания цианидов в питьевой воде был дан в американском национальном стандарте питьевой воды (1962 г.) на уровне 0,2 мг/л. Этот же норматив был рекомендован и Международным стандартом питьевой воды в 1968 г. Обоснованием норматива служила эмпирически установленная доля допустимой суточной дозы (ДСД) цианидов, поступающая в организм с водой. В Руководстве по контролюкачества питьевой воды (ВОЗ, 1984 г.) норматив цианидов остается, но с учетом коэффициента запаса (немотивированного) снижается до 0,1 мг/л, а во втором издании упомянутого Руководства (ВОЗ, 1993 г.) - до 0,07 мг/л. В стандарте США 1977 г. норматив цианидов исключен как практически нецелесообразный из-за низкого содержания цианидов в используемой питьевой воде. У нас в стране ПДК цианидов в питьевой воде 0,035 мг/л, показатель вредности – санитарно-токсикологический.
Активный хлор. Хлор может существовать в воде не только в составе хлоридов, но и в составе других соединений, обладающих сильными окислительными свойствами. К таким соединениям хлора относятся свободный хлор (Сl2), гипохлорит-анион (СlO-), хлорноватистая кислота (НС1О), хлорамины (вещества, при растворении в воде которых образуются монохлорамин NH2Cl, дихлорамин NHCl2, трихлорамин NCl3). Суммарное содержание этих соединений называют термином «активный хлор».
Содержащие активный хлор вещества подразделяют на две группы: сильные окислители — хлор, гипохлориты и хлорноватистая кислота, содержат так называемый «свободный активный хлор»; слабые окислители — хлорамины, содержат «связанный активный хлор». Благодаря сильным окислительным свойствам соединения, имеющие активный хлор, используются для обеззараживания (дезинфекции) питьевой воды и воды в бассейнах, а также для химической очистки некоторых сточных вод. Кроме того, некоторые содержащие активный хлор соединения (например, хлорная известь) широко используются для ликвидации очагов распространения инфекционных загрязнений. Наиболее широко для дезинфекции питьевой воды используется свободный хлор, который при растворении в воде диспропорционирует по реакции:
СL2+Н2О=Н ++СL - + НОСL
В природной воде содержание активного хлора не допускается; в питьевой воде его содержание установлено в пересчете на хлор на уровне 0,3-0,5 мг/л в свободном виде и на уровне 0,8-1,2 мг/л в связанном виде. В данном случае приведен диапазон концентраций активного хлора, т.к. при меньших его концентрациях возможна неблагоприятная ситуация по микробиологическим показателям, а при больших — превышение непосредственно по активному хлору. Активный хлор в указанных концентрациях присутствует в питьевой воде непродолжительное время ( не более нескольких десятков минут) и нацело удаляется даже при кратковременном кипячении воды. По этой причине анализ отобранной пробы на содержание активного хлора следует проводить немедленно. Интерес к контролю содержания хлора в воде, особенно в питьевой воде, возрос после осознания того факта, что хлорирование воды приводит к образованию заметных количеств хлоруглеводородов, вредных для здоровья населения. Особую опаcность представляет хлорирование питьевой воды, загрязненной фенолом. ПДК для фенолов в питьевой воде при отсутствии хлорирования питьевой воды установлено 0,1 мг/л, а в условиях хлорирования (при этом образуются гораздо более токсичные и имеющие резкий характерный запах хлорфенолы) — 0,001 мг/л. Аналогичные химические реакции могут протекать с участием органических соединений природного или техногенного происхождения, приводя к различным токсичным хлорорганическим соединениям — ксенобиотикам.
Тригалометаны. В питьевой воде городов некоторых стран обнаруживаются так называемые галогенсодержащие соединения ( ГСС), попадающие в источники водоснабжения с промышленными сточными водами некоторых производств. Однако основная причина появления таких веществ в питьевой воде оказалась связанной с процессами обеззараживания питьевой воды, и прежде всего с ее хлорированием. В процессе хлорирования воды образуются сотни галогенсодержащих соединений, качественный и количественный состав которых зависит от исходного содержания в воде предшественников — гуминовых и фульвокислот, хинонов, фенолов и др. Основываясь на данных о максимальной концентрации галогенсодержащих соединений определявшихся в воде, частоте их обнаружения в питьевой воде и воде источников, степени бластомогенной и мутагенной активности и др., составлен список наиболее значимых с гигиенических позиций ГСС, включающий 24 вещества. Из их числа в группу таких соединений вошли: хлороформ, четыреххлористый углерод, дихлорбромметан, дибромхлорметан, трихлорэтилен, тетрахлор-этилен, бромоформ, дихлорметан, 1,1-дихлорэтилен.
ГСС обладают высокой биологической активностью, их воздействие проявляется позднее в образовании злокачественных опухолей, генетических болезнях и т. п. В эпидемиологических наблюдениях за контингентами потребителей водопроводной воды, содержащей ГСС, выявлена повышенная заболеваемость опухолями. Однако этот факт трудно отнести лишь за счет ГСС, так как в той же воде присутствовали и другие вещества, известные как канцерогены. Кроме того, обследованное население испытывало влияние и загрязненного канцерогенами атмосферного воздуха. В экспериментальных отечественных и зарубежных исследованиях на животных канцерогенный эффект отмечался при дозах ГСС в десятки и сотни тысяч раз выше концентраций, которые реально обнаруживаются в питьевой воде. В подобной ситуации окончательный вывод об опасности содержания ГСС в питьевой воде сделать не представляется возможным. Однако следует прислушаться к мнению некоторых ученых, что длительное действие даже следовых количеств канцерогенов, содержащихся в питьевой воде, может усилить все возможные неблагоприятные эффекты этих соединений.
Полициклические ароматические углеводороды ( ПАУ). ПАУ представляют собой большую группу органических соединений, в молекуле которых присутствуют два или более бензольных кольца, кроме того, в составе молекулы ПАУ могут быть и неароматические кольца. ПАУ могут синтезироваться некоторыми бактериями, водорослями и высшими растениями, но гигиенически значимые количества ПАУ поступают в окружающую среду как продукты неполного сгорания органического топлива, побочные и промежуточные продукты органического синтеза. Многочисленные источники ПАУ, связанные с химическим производством и различными процессами сжигания, загрязняют ими все объекты окружающей среды. ПАУ малорастворимы в воде, но обладают высокой способностью к сорбции на глинах и других донных осадках, что ведет к появлению в водной среде более высоких концентраций, чем те, которые возможны на основании представления о растворимости. При воздействии солнечного света с достаточной энергией ультрафиолетового излучения ПАУ подвергаются в водной среде фотолизу. Сведения о хронической токсичности ПАУ при их поступлении в организм немногочисленны. Они могут вызывать различные поражения кожи и ее сальных желез, поражения костного мозга, лимфатической системы.
Среди ПАУ встречаются соединения, обладающие канцерогенными свойствами; потенциально опасными для человека в этом отношении признаны 14 ПАУ. Наиболее сильным канцерогеном, кроме того, обладающим наибольшей относительной стабильностью по сравнению с другими канцерогенными ПАУ, является бенз(а)пирен (БП). Бенз(а)пирен широко известен как безусловный канцероген для человека, наиболее сильный по сравнению с другими канцерогенными ПАУ. Канцерогенная опасность для человека воды, загрязненной бенз(а)пиреном, невелика. При реальном содержании его в неочищенной воде умеренно загрязненных источников водоснабжения в промышленных областях доза потребления его человеком с питьевой водой, по крайней мере, на три порядка меньше, чем поглощаемая с обычным пищевым рационом. Однако бенз(а)пирен считают признанным индикатором присутствия в воде других ПАУ, и с этой позиции целесообразно включить его в программу контроля качества воды водных объектов при их выборе в качестве источников питьевого водоснабжения. По некоторым данным (1985 г.), канцерогенная активность реальных сочетаний ПАУ на 68—79 % обусловлена БП.
Большую опасность для здоровья представляют полихлорированные ПАУ — дибензо-п-диоксины (ПХДД), дибензофураны (ПХДФ) и бифенилы (ПХБФ). Эти вещества обладают высокой стабильностью в окружающей среде и чрезвычайно высокой токсичностью. Расчетные среднесмертельные дозы диоксинов для человека измеряются сотыми долями миллиграмма на 1 кг массы. При длительном воздействии крайне низких доз они способны вызывать канцерогенный, тератогенный, гонадотоксический и иммуносупрессивный эффекты. Эти соединения поступают в водные объекты со сточными водами производств хлорфенолов и их производных, возможно поступление их в грунтовые и межпластовые воды в результате миграции в грунтах на территории захоронения промышленных отходов. Высокая стабильность этих соединений (период полураспада от года до 10 лет в зависимости от местных условий) приводит к их накоплению в объектах окружающей среды даже при поступлении небольших количеств. ПХДД и ПХДФ обнаруживаются в атмосферном воздухе и почве промышленных городов и их пригородов. В донных отложениях различных водных объектов они обнаруживаются часто, однако публикации о наличии этих веществ в воде источников единичны. В организм человека полихлорированные диоксины и дибензофураны поступают в основном с продуктами питания и витающей в атмосферном воздухе пылью. В связи с их накоплением в объектах окружающей среды диоксины и дибензофураны могут появиться в воде источников водоснабжения в биологически значимых концентрациях.
СПАВ. Синтетические поверхностно-активные вещества получили широкое распространение, как в быту, так и в промышленности. В большом количестве, по завершении технологического процесса, их сбрасывают со сточными водами. Несмотря на отбор для производства только способных к биоразложению (так называемых «мягких») СПАВ, сточные воды и после очистки содержат эти соединения в значительных количествах. Поверхностные источники водоснабжения оказались повсеместно ими загрязнены. Главное потребительское свойство этих соединений — поверхностная активность — позволяет им мигрировать через горные породы, являющиеся водоупорами, что приводит к загрязнению СПАВ подземных горизонтов, считающихся надежно защищенными.
Будучи сами малотоксичными, СПАВ способствуют проникновению через биологические мембраны малорастворимых, высокотоксичных ( металлоорганические), либо канцерогенных (ПАУ, производные бензола) соединений. Однако ведущий признак неблагоприятного действия СПАВ на питьевую воду — это изменение органолептических свойств, в первую очередь пенообразование, придание воде привкуса. Наличие СПАВ в воде водного объекта приводит к интенсивному развитию микрофлоры, что изменяет способность водоема к самоочищению от органических соединений. ПДК анионоактивных ПАВ в питьевой воде 0,5 мг/л
Нефтепродукты. Проблема загрязнения водных объектов нефтью и продуктами ее переработки — одна из глобальных проблем XX в. За 100 лет добычи нефти была «сожжена» пятая часть разведанных мировых запасов. В процессе добычи, транспортирования, переработки и потребления нефти и нефтепродуктов загрязняются все элементы среды обитания человека. Известно, что нефть представляет собой сложную смесь алифатических, ароматических и полициклических углеводородов с различными физико-химическими константами (плотность, летучесть, растворимость в воде и пр.). Нефтепродукты могут выпадать в донные осадки, находиться в толще воды в виде эмульсии, быть растворенными в воде, образовывать на поверхности пленку. Наиболее выраженным неблагоприятным эффектом присутствия нефтепродуктов в водном объекте — изменение органолептических свойств воды: появление специфического запаха и радужных пятен на поверхности. Поэтому в природоохранной деятельности и санитарной охране водных объектов получил распространение как один из показателей загрязнения воды термин «нефтепродукты». Показатель «нефтепродукты» — один из обязательных для контроля, так называемых обобщенных показателей качества питьевой воды. Токсические свойства углеводородов, определяющих состав нефтепродуктов, не могут проявиться при потреблении питьевой воды, поскольку токсические концентрации гораздо выше, чем концентрации, при которых человек отказывается от потребления такой воды. Однако практическое значение этого показателя остается весомым, так как обычные приемы водоподготовки не могут полностью устранить «керосиновый» запах воды, загрязненной нефтепродуктами.
Сельскохозяйственные пестициды. Наблюдающаяся во всем мире химизация сельскохозяйственного производства способствует повсеместному загрязнению окружающей среды этими токсикантами. Исходя из назначения пестицидов, для всех них характерна высокая биологическая активность. По химической природе пестициды весьма разнообразны; наиболее часто среди них встречаются хлорорганические и фосфорорганические соединения, карбаматы. Хлорорганические пестициды первых поколений отличались крайне высокой стабильностью и способностью к биоаккумуляции, они и через несколько лет после применения продолжают циркулировать в природной среде. Несмотря на запрещение применения ДДТ в середине 60-х годов, до сих пор его находят в тюленьем жире в Арктике и Антарктике, а также в молоке кормящих женщин, не имевших производственного контакта с пестицидом. Такой же стабильностью обладает и гексахлорциклогексан — действующее начало широко известного инсектицида линдана. Менее стабильны в водной среде фосфорорганические пестициды, но в связи с высокими дозами их применения, а также с широким ассортиментом соединений возможность загрязнения ими источников водоснабжения высока. Поступление пестицидов в источник водоснабжения возможно с поверхностным стоком с обрабатываемых полей, в результате миграции в грунтовые и глубжележащие водоносные горизонты, с производственными сточными водами. Не исключены и залповые поступления при авиаобработке, а также в результате преступно халатного отношения при ликвидации препаратов с истекшим сроком годности. Проблема обезвреживания негодных пестицидов в масштабе страны, до сих пор не решена.
Неблагоприятные эффекты, связанные с постоянным получением с питьевой водой малых доз пестицидов, могут быть различными, но все они, как правило, связаны с нарушением тех или иных ферментных систем: могут развиваться различные болезни обмена веществ, расстройства функций иммунной системы. Особенно опасен длительный контакт с пестицидами женщин в период беременности и детей. Среди населения, подвергавшегося воздействию пестицидов через питьевую воду, было больше случаев вирусного гепатита, чем среди населения, пользовавшегося водой из благополучного по химическому составу источника.
Высокие концентрации пестицидов в воде источника водоснабжения способны влиять на микрофлору воды, изменять устойчивое соотношение между количеством патогенных и санитарно-показательных видов микрофлоры, что необходимо учитывать при трактовке результатов бактериологического анализа и оценке санитарных ситуаций. Еще одна сторона неблагоприятного влияния пестицидов на здоровье — способность многих из них (амины, амиды) к нитрозированию. В связи с высокими дозами азотных удобрений при интенсивных агротехнологиях возникает реальная опасность загрязнения источников водоснабжения нитрозосоединениями, о канцерогенной опасности которых говорилось выше.
Радиоактивные вещества. Особым видом химического загрязнения питьевой воды является присутствие в ней радиоактивных веществ. Хотя влияние природных радионуклидов, присутствующих в питьевой воде, на коллективную дозу облучения населения очень мало, локально имеют место случаи и значительного облучения за счет радона (одного из газообразных продуктов распада урана), содержащегося в некоторых месторождениях пресных подземных вод. Количество радионуклидов техногенного происхождения в питьевой воде обычно весьма ограничено благодаря проведению технологических циклов и постоянному контролю за источниками радионуклидов. Однако около 250 радиоактивных изотопов попадают в окружающую среду в результате работы ядерных установок. Эти радиоактивные частицы вместе с водой, пылью, пищей и воздухом попадают в организмы животных, людей, вызывая онкологические заболевания, врожденные уродства, снижение функции иммунной системы, и увеличивают общую заболеваемость населения. Учитывая широкое использование расщепляющихся материалов в различных отраслях современного производства, нельзя надеяться только на контроль радиоактивного загрязнения на самом производстве; необходим радиационный контроль и за водой источника питьевого водоснабжения
Загрузка ...