Диоксины

Страница: 4/8

Cl Cl

2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин

Cl Cl

II


Cl Cl

2,3,7,8-тетрахлордибензофуран

Рис.8. Структурные формулы 2,3,7,8-ТХДД и 2,3,7,8-ТХДФ

Ситуация с полигалогенированными бифенилами аналогична. Однороднозамещённые ПХБ XII включают 209 гомологов и изомеров. Столько же соединений входят в ряд полибромбифенилов (ПББ), а также в ряды однороднозамещённых галогенированных азобензолов XIII и их азоксианалогов XIV. Число гомологов и изомеров в ряду галогенированных нафталинов XXIII совпадает с таковым в собственно диоксинах.

В таблице 1 для полноты картины включены также данные о соединениях IX-XI. В принципе ксантены и ксантоны не имеют пока серьёзного значения для природных процессов, тогда как бифенилены могут окисляться до более традиционных ксенобиотиков ПХДД и ПХДФ. Однако и эти классы веществ в последние десятилетия стали объектом рассмотрения как возможные компоненты микровыбросов современных технологий. Однако вопрос о присутствии в микровыбросах новых сложных галогенированных ароматических соединений остаётся предметом обсуждения.

Особо опасными для человека и природы являются главным образом тетра-, пента-, гепта- и октазамещённые диоксины, содержащие атомы галогенов в латеральных положениях 2,3,7,8. В ряду полигалогенированных дибензо-п-диоксинов III, V и VII их всего 351, а в ряду полигалогенированных дибензофуранов IV, VI и VIII число гомологов и изомеров возрастает до 667. И хотя далеко не все из этих 1018 наиболее опасных веществ фактически попадают в сферу человеческого обитания, одни лишь количества свидетельствуют о масштабах трудностей, возникающих в связи с необходимостью идентификации и определения в различных объектах живой и неживой природы наиболее опасных десятков и сотен диоксинов среди тысяч им подобных веществ.

Структурное многообразие диоксиновых ксенобиотиков создаёт определённые трудности в их систематике. В связи с этим сделана попытка упростить проблему путем нумерации веществ каждого ряда. Так, при работе с ПХБ введено цифровое обозначение каждого из гомологов и изомеров. На рис.9 приведены три наиболее токсичных соединения этого ряда и их обозначение в системе IUPAC.

Cl Cl IUPAC 77

Cl Cl

Cl

Cl Cl IUPAC 126

Cl Cl

Cl

Cl

Cl Cl IUPAC 169

Cl Cl

Рис.9. Структурные формулы и обозначения в системе

IUPAC трёх наиболее токсичных соединений ПХБ

Дополнительные трудности могут быть обусловлены наличием в микровыбросах существующих технологий функционально замещённых диоксинов, содержащих вместо атома галогена группы NO2, NH2, Alk и др. В ряде случаев оказалось, что это – высокоопасные вещества. Среди них встречаются, однако, и конкурентные антагонисты высокотоксичных диоксинов, снижающие эффект последних. Это также может привести к увеличению объёмов аналитических работ, их усложнению из-за расширения фона и ограничений на использование биологических методов анализа.

Источники диоксинов

Источники возникновения и пути проникновения их в живую и неживую природу весьма разнообразны.

Серьезных доказательств накопления каких-либо существенных количеств этих ксенобиотиков в донных отложениях рек и озёр, образовавшихся до 1940 г., т.е. до начала масштабного производства гербицидов на основе феноксиуксусных кислот, не найдено. Не обнаружено и серьёзных доказательств биогенного образования диоксинов III-VI или их предшественников непосредственно в живой природе.

В настоящее время считается строго доказанным, что диоксины имеют исключительно техногенное происхождение, хотя и не являются целью ни одной из существующих технологий. Их появление в окружающей среде обусловлено развитием разнообразных технологий, главным образом в послевоенный период, и в основном связано с производством и использованием хлорорганических соединений и утилизацией их отходов. Во всяком случае, ни в тканях эскимосов, замёрзших 400 лет назад, ни в тканях чилийских индейцев, мумифицированных 2800 лет назад, диоксины не обнаружены даже в следовых количествах.

По хозяйственно-территориальным признакам источники удобно подразделять на локальные и диффузионные (пространственно распределённые), а по темпам накопления в окружающей среде и объектах живой природы – на регулярные и экстремально-залповые.

Источники способствующие основным поступлениям диоксинов в живую и неживую природу можно разделить на три группы:

2.1. Получение продукции

Диоксины образуются при функционировании экологически небезопасных, несовершенных технологий производства продукции химической, целлюлозно-бумажной, металлургической и иной промышленности. Для всех них характерны диоксинсодержащие отходы и сточные воды в период регулярной деятельности, а также большие дополнительные выбросы диоксинов в случае аварийной обстановки.

Ксенобиотики диоксинового ряда образуются при производственных процессах, целью которых является получение ароматических и алифатических хлор- и броморганических соединений, неорганических галогенидов. Образуются они и при выпуске иных химических продуктов с промежуточным использованием хлора, неорганических галогенидов, хлор- и броморганических соединений, в том числе в качестве катализаторов и растворителей.

В научных работах систематизированы лишь некоторые виды промышленных технологий, в процессе которых возможно попутное генерирование диоксиновых соединений – ПХДД и ПХДФ:

Процессы производства хлорфенолов и их производных;

Процессы производства хлорбензолов, ПХБ и их замещённых;

Синтез хлоралифатических соединений;

Процессы производства бромированных антипиренов (бифенилы, дифениловые эфиры и т.д.);

Процессы с использованием хлорсодержащих интермедиатов;

Процессы производства неорганических хлоридов;

Процессы с использованием хлорированных катализаторов и растворителей, и т.д.

То же самое может относиться к некоторым процессам броморганической химии.

Значительное количество диоксинов образуется в целлюлозно-бумажной промышленности. При производстве целлюлозы древесную массу хлорируют, чтобы освободить её от лигнина. Это способствует присутствию диоксинов в бумаге, которую используют, кроме всего прочего, для упаковки продуктов питания.

В последние годы выявлена новая группа локальных источников диоксинов. Как оказалось, они образуются на металлургических заводах, при электрохимическом получении никеля и магния из их хлоридов, в сталелитейных производствах, при переплаве лома железа, меди и других металлов, при производстве алюминия и т.д.

При получении стали в мартеновских печах металлолом не отделяют от мусора, пластика и другой органики, что тоже приводит к образованию диоксинов.

Примеси ПХДД и ПХДФ были обнаружены в выбросах нефтеочистных сооружений.

В 1997 г. Госкомэкологией Российской Федерации было завершено выполнение федеральной целевой программы «Диоксин», в рамках которой выявлено в 92 городах наличие 152 основных диоксиноопасных производств.

По числу диоксиновых агрессоров Самарская область занимает одно из первых мест в России – на её территории расположено 8 предприятий с диоксиновыми технологиями. С конца 60-х годов на одном из них – Чапаевском заводе химических удобрений – был организован технологический процесс переработки изомеров гексахлорана с получением трихлорбензола, гексахлорбензола и пентахлорфенолята натрия, который сопровождался образованием высокотоксичного ТХДД. Освоение выпуска этих продуктов затянулось на долгие годы и сопровождалось поражением персонала и населения окружающих районов г. Чапаевска, так как очистка готовой продукции от диоксинов и родственных соединений технологической схемой не предусматривалась. Санитарно-гигиенические условия труда были неудовлетворительными с превышением предельно допустимых концентраций по хлорированным углеводородам в 10 и более раз. Промышленные вредности распространялись за пределы производств в окружающую среду, воздействуя на жителей г. Чапаевска, который был объявлен зоной экологического бедствия.

2.2. Использование продукции

Использование химической и иной продукции, содержащей примеси диоксинов (или их предшественников) и/или образующей их в процессе использования или же в случае аварий, относят ко второй группе источников способствующих основным поступлениям диоксинов в живую и неживую природу.

Диоксинсодержащая продукция различных производств, оказывающаяся в практическом обороте цивилизации, многообразна:

Выхлопные газы автомобилей – пример использования топлива, сопровождающегося возникновением в процессе сгорания диффузного источника диоксинов. Появление диоксинов в данном случае связано с тем, что увеличение октанового числа бензинов, обычно достигается за счёт введения в них токсических тетраэтил- и тетраметилсвинца, одновременно требует соответствующего технологического противоядия. В этом качестве добавляют дихлор- и дибромэтаны и другие броморганические присадки (уловители копоти). В тех условиях, которые возникают в процессе сгорания топлива, последние, обеспечивая решение прямой задачи, одновременно оказываются предшественниками ряда весьма токсичных веществ, в том числе и диоксинов. В выхлопных газах автомобилей при сжигании 1 кг этилированного бензина, содержащего дихлорэтан, общий ТХДД составил 0,12-3,6 нг, а ТХДФ – 0,04-8,0 нг. Диоксины находят также в выбросах автомобилей, использующих регенированные масла.

Среди продукции, используемой в быту, бумага относится к той, что является не источником, а лишь носителем диоксинов. Диоксины на уровне пг/г найдены в фильтровальной (в том числе в фильтрах для кофе и чая) и упаковочной бумаге, бумажных салфетках, детских пелёнках, косметических тканях и т.д. особенно высоко содержание ПХДД и ПХДФ в бумаге изготовленной из вторсырья.

Бытовое использование бумаги неизбежно сопровождается переходом диоксинов непосредственно в пищу (кофе, молоко, жиры, чай и т.д.), а затем в организм.

Особенно опасно применение диоксинсодержащей бумаги в детских пелёнках, гигиенических тампонах, носовых платках и т.д., поскольку кожные покровы и слизистые ткани эффективно извлекают из неё диоксины.

Вода как продукт, который особенно широко используется людьми для самых различных целей, также может быть подвержена загрязнению диоксинами.

Еще в 1980 г. указывалось, что серьёзным источником новообразования диоксинов в водопроводных коммуникациях может стать процесс обеззараживания питьевой воды путём обработки её молекулярным хлором. Тогда же было показано, как в процессе хлорирования питьевой воды образуются соединения, способные трансформироваться в диоксиновые. Как оказалось, находящиеся в воде гуминовые и фульвокислоты – естественные источники фенольных веществ – в процессе хлорирования преобразуются в 2,4,5-ТХФ, ПХФ и другие хлорфенолы. Опасность для жителей резко усиливается в тех населённых пунктах, где, помимо природных, существуют техногенные источники фенолов. Речь идёт о многочисленных городах, где проникновение в водные источники фенольных соединений, регулярно сбрасываемых промышленными предприятиями, стало постоянно действующим фактором экологической обстановки. Подобные предприятия расположены в городах, находящихся на берегах основных рек страны: Волга, Амур, Енисей, Обь, Лена, Дон, Кубань, Печора и т.д. Недавно были опубликованы результаты, полученные как в лаборатории, так и непосредственно на станциях водоподготовки, которые полностью подтверждают определённость высказанных опасений. Как оказалось, хлорирование воды молекулярным хлором при обычных температурных условиях даже без специального подбора катализаторов, например железа, приводит к образованию опасно больших количеств ПХДФ и ПХДД.

Носителями ПХДД и ПХДФ являются полихлорированные дифенилы, используемые в качестве диэлектрических жидкостей в трансформаторах и конденсаторах как в больших установках, так и в небольших электрических изделиях, включая дроссельные катушки во флюоресцентных светильниках. Загрязнение окружающей среды, прежде всего атмосферного воздуха, может происходить во время пожаров, при которых горят трансформаторы и конденсаторы, а также при разливе жидкостей в местах накопления демонтированных установок.

В воздух жилых помещений диоксины поступают при сжигании в домовых печах древесины, угля, мазута, особенно при горении поливинилхлорида и пластмасс (например на свалке). В выбросах электростанций, работающих на угле, образуется 1 пг ТХДД/кг и 8 пг ТХДФ/кг золы. Дополнительным источником загрязнения диоксинами воздуха жилищ являются изделия из древесины, предварительно обработанные полихлорированными бифенилами.

При курении сигарет ТХДД не обнаружены, но образуются другие диоксины (ГексаХДД – 4-8 нг/кг; ГептаХДД – 9 нг/кг и ОктаХДД – 20-50 нг/кг).

2.3. Утилизация отходов

К третьей группе источников способствующих основным поступлениям диоксинов в живую и неживую природу относят несовершенные и небезопасные технологии уничтожения, захоронения или же утилизации бытового мусора, отходов химических или иных производств.

В выбросах в атмосферу из печей сжигания мусора в Англии был обнаружен I в количестве 0,81-204 нг/кг, а ТХДФ – 7,6-282 нг/кг сожжённых отходов, в Швеции – 0,3-0,6 и 4,0-4,5 нг/кг, по данным ВОЗ – 0,1-98 и 12-942 нг/кг соответственно.

По данным литературы средние выбросы в Великобритании содержат ТХДД 570 нг/кг и ТХДФ – 820 нг/кг, а при общем сжигании 2,5 миллионов тонн отходов количество ПХДД и ПХДФ составляют 1,5 и 2,0 кг соответственно. Выбросы из печей сжигания химических отходов в Южном Уэльсе содержали (в нг/м3) ПХДД – 0,01-0,072, ПХДФ – 0,018-0,93, а средние величины составляли соответственно 0,06 и 0,17. В дымовых газах Западной Германии и Бельгии количество ПХДД и ПХДФ были ниже предела обнаружения.

Диоксины в организме

человека и животных

Пищевая цепь является основным путём поступления диоксинов в организм. С продуктами питания в организм поступает 98%, с воздухом – 2%, питьевой водой – менее 0,01% общего поступления диоксинов. Человек массой 70 кг в течение дня получает ТХДД (в пг/кг) с пищей – 0,35, с воздухом – 0,006 и потребительскими товарами – 0,001. По данным агентства по охране окружающей среды США суточное поступление диоксинов составляет 1 пг/кг. По другим источникам среднее поступление диоксинов в организм колеблется в пределах 0,03 – 0,05 нг/сут. В пробах городского воздуха в г. Гамбурге было определено 0,02 пг/м3 ТХДД. Если человек вдыхает 20 м3 воздуха в день, то это составляет 0,006 пг ТХДД.

Из продуктов питания поступает 50% диоксинов с мясом, 27% - с молоком, 10% - с рыбой и 11% - с другой пищей. Установлено, что уровень диоксинов в молоке в 40-200 раз выше чем в тканях организма. Расчеты показывают, что из 1 литра молока организм получает в 12 раз большую дозу ПХДД, чем за счет вдыхаемого воздуха за одни сутки. Значительное количество диоксинов могут поступать с корнеплодами (картофель, морковь, свекла и др.), т.к. большая часть их задерживается в корневых системах растений и только 10% - в наземных частях.

Диоксины чрезвычайно стабильны в живых организмах, следствием чего является их длительное сохранение в биосфере.

Токсико-кинетические исследования последних лет показали, что они очень медленно выводятся из живых организмов, а из организма человека практически не выводятся. В таблице 2 приведены данные о периоде полувыведения высокотоксичного диоксина 2,3,7,8-ТХДД из живых организмов.

Таблица 2

Период полувыведения диоксина 2,3,7,8-ТХДД

из живых организмов

Живой организм

Период полувыведения

(в днях)

Мышь, хомячок

15

Крыса

30

Морская свинка

от 30 до 94

Обезьяна

455

Человек

2120 (5-7 лет)

Реферат опубликован: 8/04/2005 (16275 прочтено)