Экотоксиканты

Вредные химические вещества, загрязняющие окружающую среду и отравляющие находящиеся в ней организмы. Основными источниками поступления экотоксикантов в окружающую среду являются: предприятия химической, металлургической, нефтедобывающей и других промышленных отраслей, недостаточно использующие методы безотходной технологии и средства очистки газообразных отходов и сточных вод от вредных примесей; автомобильный, воздушный, морской и другие виды транспорта, работающие на жидком, твердом и газообразном топливе; применение в сельском хозяйстве химических средств борьбы (пестициды) с вредителями растений, сорняками, химических удобрений; теплоэлектроцентрали и другие крупные энергетические установки, выбрасывающие в атмосферу окись углерода, двуокись серы, окислы азота, тяжелые смолистые продукты.

Классификация экотоксикантов ( классификация расписана в последней лекции)

Тяжелые металлы

Свинец

Загрязнение окружающей среды свинцом и его соединениями предприятиями металлургической промышленности определяется спецификой их производственной деятельности:

· непосредственное производство свинца и его соединений;

· попутное извлечение свинца из других видов сырья, содержащих свинец в виде примеси;

· очистка получаемой продукции от примеси свинца и т.д.

Анализ источников выброса свинца показал:

- 57% свинца выбрасывается в атмосферу с большими объемами запыленных газов отражательной плавки медного (свинецсодержащего) сырья, которые на всех заводах, использующих эту технологию, направляют в дымовые трубы без пылеочистки;

- 37% свинца выбрасывается с конвертерными газами из-за отсутствия или недостаточности степени очистки их от богатой по содержанию свинца возгонной пыли;

- существенным фактором является недостаточная эффективность существующих на предприятиях цветной металлургии средств пылеулавливания.

Производство аккумуляторов в машиностроении использует половину потребляемого в стране свинца. По данным на 1995 год суммарные выбросы в атмосферу 7 аккумуляторных заводов России, объединенных в АО "Электрозаряд", составили ориентировочно 38,2 т в пересчете на свинец; суммарные сбросы в водные объекты (через канализацию) - 35,3 т.

С переходом на применение в производстве кабелей пластмассовых материалов для оболочек произошло снижение потребления свинца и его сплавов кабельными заводами. Особенности применяемой технологии таковы, что выбросы свинца незначительны.

В топливно-энергетическом комплексе загрязнение окружающей среды свинцом было обусловлено производством этилированных бензинов и сжиганием топлива (прежде всего угля). С 1 июля 2003 законодательством наложен запрет на производство этилированных бензинов.

По степени воздействия на живые организмы свинец отнесен к классу высокоопасных веществ наряду с мышьяком, кадмием, ртутью, селеном, цинком, фтором и бенз(а)пиреном (ГОСТ 17.4.1.02-83).

Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарат свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.); высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец. Однако на практике, как правило, анализируется только общее содержание свинца в различных компонентах окружающей среды, продовольственном сырье и пищевых продуктах, без дифференциации на фракции и идентификации вида соединений.

В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания (от 40 до 70% в разных странах и по различным возрастным группам), а также с питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении, при случайном попадании в пищевод кусочков свинецсодержащей краски или загрязненной свинцом почвы.

С атмосферным воздухом поступает незначительное количество свинца - всего 1-2%, но при этом большая часть свинца абсорбируется в организме человека. В атмосферном воздухе большинства городов, где Росгидрометом проводится контроль за содержанием свинца, среднегодовая концентрация варьирует в пределах 0,01-0,05 мкг/м3, что значительно ниже ПДК - 0,3 мкг/мз. В таких условиях живет ориентировочно до 44 млн. горожан. Около 10 млн. человек проживает в городах с более высоким содержанием свинца - от 0,1 до 0,2 мкг/м3.

В продовольственное сырье и пищевые продукты свинец может поступать из почвы, воды, воздуха, кормов сельскохозяйственных животных по ходу пищевой цепи. Кроме того, определенное значение имеет и возможность прямого загрязнения при производстве готовых изделий. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог.

Свинец обладает кумулятивными свойствами. Поглощенный свинец содержится в крови и других жидкостях организма, накапливается в костях в виде нерастворимых трехосновных фосфатов. Свинец, отложившийся в костях в виде нерастворимого соединения, не оказывает непосредственного ядовитого действия.

Однако под влиянием определенных условий запасы его в костях становятся мобильными, свинец переходит в кровь и может вызвать отравление даже в острой форме. К факторам, способствующим мобилизации свинца, относятся повышенная кислотность, недостаток кальция в пище, злоупотребление спиртными напитками. Правильное функционирование организма, рациональная диета препятствуют отравлению свинцом. Выделение свинца из организма происходит через пищеварительный тракт и почки, причем повышенное содержание свинца в моче (более 0,05 мг/л) служит одним из показателей отравления свинцом. Установлено выделение свинца и с женским молоком.

Свинец более опасен для детей, чем для взрослых, так как:

1) растущий детский организм в большей степени способен абсорбировать свинец;

2) детский мозг и нервная система более чувствительны к вредному воздействию свинца;

3) дети имеют привычку класть в рот руки, а также лизать, жевать и есть различные не предназначенные для питания предметы, на которых может быть свинцовая пыль;

4) маленькие дети значительное время проводят на игровых площадках, почва которых может быть загрязнена свинцом.

При отравлениях соединениями свинца в организме резко нарушаются окислительно-восстановительные процессы, угнетается синтез гемоглобина и повреждаются оболочки эритроцитов. Нарушаются структура и функции нервной ткани, почек, печени, стенок кровеносных сосудов. В результате происходит разрушение эритроцитов, понижается тонус сосудов и повышается их проницаемость, что приводит к отеку головного мозга и множественным кровоизлияниям, к поражению периферических нервов, нарушению работы почек.

При хронических отравлениях отмечаются общая слабость, бледность кожных покровов, боли в животе, так называемая свинцовая кайма по краям десен, анемия, нарушение функции почек. Отмечены также снижение умственных способностей, агрессивное поведение и другие симптомы. Установлено, что хроническая интоксикация наступает при потреблении 1—8 мг свинца в сутки. Отравление свинцом чрезвычайно опасно для маленьких детей, так как он отрицательно действует на развитие мозга и нервной системы. Проведенное тестирование 165 красноуральских детей от 4 лет выявило существенную задержку психического развития у 75 %, а у 7 % детей обнаружена умственная отсталость, включая олигофрению.

Кадмий

Кадмий — элемент высокой токсичности. В определенных условиях ионы кадмия, обладая большой подвижностью в почвах, легко переходят в растения, накапливаются в них и затем поступают в организм животных и человека. Соли кадмия обладают мутагенными и канцерогенными свойствами и представляют потенциальную генетическую опасность. Кадмий блокирует работу ряда важных для жизнедеятельности организма ферментов. Кроме того, он поражает печень, почки, поджелудочную железу, способен вызвать эмфизему или даже рак легких. Вредность кадмия усугубляется его исключительной кумулятивностью. В связи с этим даже при незначительном количестве поступающего элемента его содержание в почках или в печени может через некоторое время достигнуть опасной концентрации. Кадмий плохо выводится, и от 50 до 75 % его от попавшего количества удерживается в организме.

Предельно допустимые концентрации. Предельно безопасная доза составляет 6,7—8,3 мкг/кг.

. Содержание кадмия обнаруживается в растительных продуктах и напрямую зависит от дозы удобрения полей суперфосфатом. Избыток суперфосфата смывается дождями в реку. Туда же несут его и грунтовые воды. Другой источник кадмия — сточные воды гальванических цехов и производств.

Кадмий может накапливаться в печени рыб до весьма значительного количества. Установлено и большое содержание его в устрицах, в печени животных.

Наиболее типичным проявлением отравления кадмием является нарушение процессов поглощения аминокислот, фосфора и кальция в почках. После прекращения действия кадмия повреждения, вызванные его действием в почках, остаются необратимыми.

Учеными доказано, что нарушение процессов обмена в почках может привести к изменению минерального состава костей. Следует заметить, что на токсичность кадмия влияет содержание цинка в пищевых продуктах. При достаточном поступлении цинка в организм токсичность кадмия снижается.

Ртуть

В окружающей среде, за исключением редких геологических провинций, содержание ртути невелико, однако её токсичные соединения весьма подвижны.

Техногенные источники ртути

Люминесцентные газоразрядные лампы могут содержать от 1 до 70 мг ртути

Их рассматривают как важнейший фактор в её распространении.

Ртутный термометр может содержать около 2 граммов ртути.

Ртутно-цинковые гальванические элементы (батареи)

Ртутные лампы (ДРЛ, ДРШ и др.)

Энергосберегающие газоразрядные люминесцентные лампы

Дагерротипия — первый практический способ фотографирования, сейчас используется редко

Сжигание угля и газа в промышленности и быту (содержат незначительные, но значимые при сжигании больших объёмов, количества ртути)

Промышленные источники — потери в ртутных насосах, манометрах, термометрах, электрических выключателях, реле. Большая часть такого оборудования устарела, и в настоящее время заменяется оборудованием, не содержащим ртуть.

Процессы амальгамирования, золочения и др. В настоящее время практически не используются.

Взрывы ртутных вентилей в электросетях (до 50 кг ртути (разогретой) в одном мощном ртутном игнитроне).

Разложение ртутносодержащих пигментов при нагревании или освещении (разложение киновари).

Медицинские и пищевые источники

Вакцины, противоядия и некоторые другие медицинские препараты, содержащие консерванты на основе мертиолята.

Зубные пломбы с амальгамой. В странах СНГ амальгамные пломбы сегодня практически не применяются.

Ртуть и её специфическое отравляющее действие

При вдыхании воздуха, содержащего пары ртути в концентрации не выше 0,25 мг/м³, последняя задерживается и накапливается в лёгких. В случае более высоких концентраций ртуть всасывается неповрежденной кожей. В зависимости от количества ртути и длительности её поступления в организм человека возможны острые и хронические отравления, а также микромеркуриализм. В наибольшей степени к ртутным отравлениям чувствительны женщины и дети.

[править]Острые отравления парами ртути

Острое отравление ртутью проявляется через несколько часов после начала отравления. Симптомы острого отравления: общая слабость, отсутствие аппетита, головная боль, боль при глотании, металлический вкус во рту, слюнотечение, набухание и кровоточивость десен, тошнота и рвота. Как правило, появляются сильнейшие боли в животе, слизистый понос (иногда с кровью). Нередко наблюдается воспаление легких, катар верхних дыхательных путей, боли в груди, кашель и одышка, часто сильный озноб. Температура тела поднимается до 38-40 °C. В моче пострадавшего находят значительное количество ртути. В тяжелейших случаях через несколько дней наступает смерть пострадавшего.

Хронические отравления

Меркуриализмом называется общее отравление организма при хроническом воздействии паров ртути и её соединений, незначительно превышающих санитарную норму, в течение нескольких месяцев или лет. Проявляется в зависимости от организма и состояния нервной системы. Симптомы: повышенная утомляемость, сонливость, общая слабость, головные боли, головокружения, апатия, а также эмоциональная неустойчивость — неуверенность в себе, застенчивость, общая подавленность, раздражительность. Также наблюдаются: ослабления памяти и самоконтроля, снижение внимания и умственных способностей. Постепенно развивается усиливающееся дрожание кончиков пальцев при волнении — «ртутный тремор», вначале пальцев рук, затем ног и всего тела (губы, веки), позывы к испражнению, частые позывы к мочеиспусканию, снижение обоняния (очевидно, из-за повреждения ферментов, имеющих сульфгидрильную группу), кожной чувствительности, вкуса. Усиливается потливость, увеличивается щитовидная железа, возникают нарушения ритма сердечной деятельности, снижение кровяного давления.

Микромеркуриализм — хроническое отравление возникает при воздействии ничтожных количеств ртути в течение 5-10 л

Мышьяк

Мышьяк и все его соединения ядовиты. Доза в 150 мг мышьяка смертельна. При остром отравлении мышьяком наблюдаются рвота, боли в животе, понос, угнетение центральной нервной системы. Сходство симптомов отравления мышьяком с симптомами холеры длительное время позволяло маскировать использование соединений мышьяка (чаще всего, триоксида мышьяка) в качестве смертельного яда. Во Франции порошок триоксида мышьяка за высокую «эффективность» получил обиходное название «наследственный порошок» (фр. poudre de succession). Существует предположение, что соединениями мышьяка был отравлен Наполеон на острове Святой Елены. В 1832 году появилась надёжная качественная реакция на мышьяк — проба Марша, значительно повысившая эффективность диагностирования отравлений.

На территориях, где в почве и воде избыток мышьяка, он накапливается в щитовидной железе у людей и вызывает эндемический зоб.

Работают с мышьяком в герметичных боксах, используя защитную спецодежду. Из-за высокой токсичности соединения мышьяка использовались как отравляющие вещества в Первую мировую войну.

В западных странах мышьяк был известен преимущественно как сильный яд, в то же время в традиционной китайской медицине он почти на протяжении двух тысяч лет использовался для лечения сифилиса и псориаза. Теперь медики доказали, что мышьяк оказывает положительный эффект и в борьбе с лейкемией. Китайские ученые обнаружили, что мышьяк атакует белки, которые отвечают за рост раковых клеток.

Мышьяк в малых дозах канцерогенен, его использование в качестве стимулятора гемопоэза (так называемый «белый мышьяк», например «Таблетки Бло с мышьяком», и др.) продолжалось до середины 1950-х гг., и внесло свой весомый вклад в развитие онкологических заболеваний.

Недавно широкую огласку получила техногенная экологическая катастрофа на юге Индии — из-за чрезмерного отбора воды из водоносных горизонтов мышьяк стал поступать в питьевую воду. Это вызвало токсическое и онкологическое поражение у десятков тысяч людей.

Считалось, что «микродозы мышьяка, вводимые с осторожностью в растущий организм, способствуют росту костей человека и животных в длину и толщину, в отдельных случаях рост костей может быть вызван микродозами мышьяка в период окончания роста»

Считалось также, что «При длительном потреблении небольших доз мышьяка у организма вырабатывается иммунитет: Этот факт установлен как для людей, так и для животных. Известны случаи, когда привычные потребители мышьяка принимали сразу дозы, в несколько раз превышающие смертельную, и оставались здоровыми. Опыты на животных показали своеобразие этой привычки. Оказалось, что животное, привыкшее к мышьяку при его употреблении, быстро погибает, если значительно меньшая доза вводится в кровь или под кожу.» Однако такое «привыкание» носит очень ограниченный характер, в отношении т. н. «острой токсичности», и не защищает от новообразований. Тем не менее, в настоящее время исследуется влияние микродоз мышьяксодержащих препаратов в качестве противоракового средства.

В некоторых живых организмах мышьяк является необходимым элементом, занимая место фосфора в биохимических реакциях. Подробнее см. в статье жизнь на основе мышьяка. В калифорнийском озере Моно была найдена бактерия GFAJ-1, в состав ДНК которой вместо фосфора входит мышьяк

Мышьяк употребляется в ветеринарии, как довольно эффективное противогельминтозное средство для лечения овец.

Загрязнения мышьяком

На территории Российской Федерации в г. Скопин Рязанской области вследствие многолетней работы местного металлургического комбината СМК «Металлург» в могильниках предприятия было захоронено около полутора тысяч тонн пылеобразных отходов с высоким содержанием мышьяка. С учётом того, что пяти миллиграммов мышьяка достаточно, чтобы отравить человека, в могильниках находится более 200 миллиардов смертельных доз мышьяка Известно также о загрязнении отходами военного производства, содержащими мышьяк, в городе Свирск на берегу Братского водохранилища

Нитриты

Нитрит — соль азотистой кислоты HNO2. Нитриты термически менее устойчивы, чем нитраты . Применяются в производстве азокрасителей и в медицине.

Нитриты, например, NaNO2 и KNO2, токсичны, вызывают головную боль, рвоту, угнетают дыхание. При отравлении NaNO2 в крови образуется метгемоглобин, повреждаются мембраны эритроцитов. Возможно образование нитрозаминов из NaNO2и аминов непосредственно в желудочно-кишечном тракте.

Нитриты органические высокотоксичные соединения. Этил- и пентилнитриты учащают пульс, понижают кровяное давление, окисляют гемоглобин в метгемоглобин обладают сосудорасширяющим действием. Изопентилнитрит — противоядие при отравлении синильной кислотой и ее солями.

Нитраты

Нитрат— соль азотной кислоты, содержит однозарядный анион NO3−.

Устаревшее название — селитры — в настоящее время используется преимущественно в минералогии, как название для минералов, а также для удобрений в сельском хозяйстве.

Нитраты токсичны. Неорганические нитраты вызывают отек легких, тошноту, рвоту, острую сердечно-сосудистую недостаточность.

Вдыхание паров органических нитратов, попадание их на кожу и в пищеварительный тракт вызывает головную боль, учащенное сердцебиение. Окисляют гемоглобин в метгемоглобин.

Хладоны

фреоны

хлорфторуглеводороды (ХФУ) - высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в быту и в производстве в качестве хладагентов (в холодильниках, кондиционерах, рефрижераторах) пенообразователей, распылителей в аэрозольных упаковках и т.д. Были синтезированы в 30-х годах, но стали широко применяться в промышленном производстве лишь с начала 60-х годов. Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием соединений, интенсивно разрушающих озон. Чрезмерное применение фреонов, как полагают, привело к истощению озонового экрана. Кроме того, фреоны играют значительную роль в создании "парникового эффекта".

Фураны

Фуран и его производные - 2-метилфуран (сильван), тетрагидрофуран (фуранидин), фурфурол - бесцветные, летучие жидкости. Применяются в органическом синтезе высокомолекулярных соединений, синтетических волокон, в качестве растворителей смол. ПДК для фурана - 0,5 мг/м3; для сильвана - 1 мг/м3; для фуранидина -100 мг/м3; для фурфурола - 10 мг/м3.

Поступают в организм через органы дыхания и кожные покровы. Оказывают местное раздражающее действие. Наркотики.

Описаны случаи интоксикации тетрагидрофураном: резкая слабость, сухость во рту, боль в висках, расстройства зрения, одышка, тошнота, позже - отек лица и шеи, конъюнктивит, ринит, фарингит, понижение слуха.

При хроническом воздействии возможны функциональные расстройства нервной системы, снижение обоняния, симптомы раздражения глаз и верхних дыхательных путей. Отмечена более высокая заболеваемость фурункулезом.

Гептил ( токсичен, канцерогенен)

Бензпирен

Бензпире́н, или бензапире́н — химическое соединение, представитель семейства полициклических углеводородов, вещество первого класса опасности.

Бенз(а)пирен является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды, он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз(а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами не обладающие способностью синтезировать бенз(а)пирен, становятся его вторичными источниками. Бенз(а)пирен оказывает также мутагенное действие.

Международная группа экспертов отнесла бенз(а)пирен к числу агентов, для которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенного действия на людей и достоверные доказательства их канцерогенного действия на животных. В экспериментальных исследованиях бенз(а)пирен был испытан на девяти видах животных, включая обезьян. В организм бенз(а)пирен может поступать через кожу, органы дыхания, пищеварительный тракт и трансплацентарным путём. При всех этих способах воздействия удавалось вызвать злокачественные опухоли у животных.

Хлоруглеводороды( к ним относятся пестициды)

Пестициды и диоксины (описаны в последней лекции)