Вредные химические вещества и зоны их влияния

Среди комплекса негативных воздействий на окру­жающую среду и здоровье человека особое место зани­мают химические вещества и их соединения (далее — вещества), широко используемые в промышленности, сельском хозяйстве и других сферах экономики, а также в быту. В настоящее время известно более 11 млн хи­мических веществ, из них широко производится и ис­пользуется свыше 100 тыс. [23].

Воздействие химических веществ способно вызы­вать практически все известные патологические про­цессы и состояния. Причем по мере углубления и рас­ширения знаний о механизмах токсического действия веществ на человека выявляются все новые виды не­благоприятных эффектов: канцерогенное, мутагенное, иммунно-токсическое, аллергизирующее и др.

5.10.1. Понятия и определения.

Вредным называется хими­ческое вещество, которое при контакте с организмом человека может вызывать травмы, заболевания или от­клонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые со­временными методами как в процессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и после­дующих поколений (ГОСТ 12.1.007—76).

Токсичными называются химические вещества, посту­пающие в количестве и качестве, не соответствующих врожденным или приобретенным свойствам организма и поэтому вызывающие негативные реакции, несовмес­тимые с нормальной жизнедеятельностью организма.

Токсичность — способность химических веществ в относительно малых количествах вызывать нарушение нормальной жизнедеятельности и приводить к прехо­дящим или стойким патологическим изменениям в ор­ганизме.

Одним из центральных понятий токсикологии — науки о вредных веществах — является понятие о яде (синонимы: вредное вещество, токсин, токсикант, ток­сичное вещество, ксенобиотик).

Ядом называется вещество, вызывающее отравление или смерть при попадании в организм в малом коли­честве. Чем меньшее количество яда вызывает отравле­ние и смерть, тем выше его токсичность.

В роли яда может оказаться практически любое ве­щество, попавшее в живой организм в количестве, спо­собном вызвать нарушение его функционирования. По этому поводу еще Парацельс (1493—1541 гг.), знамени­тый врач Средневековья, писал: «Все есть яд, и ничто не лишено токсичности». Одно и то же вещество может быть ядом, лекарством или необходимым для жизни средством в зависимости от его количества (дозы) и ус­ловий взаимодействия с организмом.

Например, в зависимости от дозы по-разному дей­ствуют на организм соединения хрома. Высокие кон­центрации хрома в воздухе могут приводить к раку лег­ких, бронхов, верхних дыхательных путей. Соединения хрома (особенно шестивалентного) оказывают раздра­жающее действие на кожу, вызывают дерматиты и эк­земы. Имеются сведения о мутагенной опасности хрома и влиянии его на репродуктивную функцию и развитие эмбриона.

В то же время хром — биологически активный эле­мент, входящий в состав ферментов, участвует в важных звеньях обмена веществ. Среднесуточная физиологиче­ская потребность взрослых людей в хроме составляет 150...200 мкг. При недостатке хрома наблюдается отста­вание в росте, сокращение продолжительности жизни, отмечается поражение роговицы, нарушается обмен уг­леводов и белков.

Подобно хрому, зоны отрицательного и положи­тельного действия присущи очень многим веществам. Для некоторых веществ зоны положительного воздействия не существует. Это относится, прежде всего, к ксенобиотикам.

Ксенобиотики (от греч. хеnоs — чужой и bios — жизнь) чужеродные для организма соединения. К ним отно­сятся промышленные токсиканты, пестициды, препа­раты бытовой химии, лекарственные средства и т. д. Ксенобиотики не образуются в живых организмах, они искусственно синтезируются. Попадая в окружающую среду, ксенобиотики могут нарушать процессы жизне­деятельности, влиять на популяции и экосистемы.

Патологическое состояние, развивающееся вследст­вие взаимодействия яда с организмом, называется инток­сикацией или отравлением. В соответствии с принятой терминологией отравлением называют только те инток­сикации, которые вызваны экзогенными ядами, т. е. по­ступившими в организм извне. Вредные вещества, об­разующиеся в организме, называются эндогенными.

Зоны влияния химических веществ. На здоровье ра­ботающих влияние химических веществ возможно при многих видах профессиональной деятельности: получе­нии и переработке природного сырья, изготовлении промышленной продукции, работе на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту, при техногенных и природных катастрофах и др.

В условиях города, в сельской местности и в быту вредные вещества также постоянно воздействуют на че­ловека: в городе — выхлопные газы ДВС; в сельском хо­зяйстве — пестициды, удобрения; в быту — поверхно­стно-активные вещества (ПАВ), которые используются человеком при стирке белья, мытье посуды, личной ги­гиене, косметике и т. п.

Источниками выделений химических веществ могут быть негерметичное оборудование, недостаточно меха­низированные (автоматизированные) операции загрузки сырья и выгрузки готовой продукции, ремонтные работы, аварии на производстве. Химические вещества могут поступать в производственные помещения и через приточные вентиляционные системы в тех случаях, когда атмосферный воздух промышленной площадки загрязнен химическими продуктами.

5.10.2. Источники загрязнения атмосферного воздуха

Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество примесей. К примесям, выделяемым естественными источниками, относят: пыль (растительного, вулканического, космического и иного происхождения); туман, дым и газы, например от лесных и степных пожаров; различные продукты растительного, животного происхождения и др. Естественные источники загрязнений бывают либо распределенными, например выпадение космической пыли, либо локальными, например лесные и степные пожары, извержения вулканов. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Загрязненный атмосферный воздух является одним из основных факторов риска для здоровья населения. Сохраняется устойчивая тенденция к снижению загрязнения атмосферного воздуха в населенных пунктах: в 2001 г. доля проб с превышением гигиенических нормативов составила 6,03%, в 2002 г. – 5,58%, в 2003 г. – 4,49% [23].

Техногенное загрязнение атмосферного воздуха создают, в основном, автотранспорт, объекты теплоэнергетики и ряд отраслей промышленности (табл. 10).

Таблица 10

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу Российской Федерации, тыс. т

Источники выбросов	1996 г.	2003 г.
Теплоэлектростанции		3446,6
Металлургические предприятия		5439,9
Нефтяная и газовая промышленность		4412,2
Химическая и нефтехимическая промышленность		403,3
Производства, выпускающие строительные материалы		448,0
Предприятия, перерабатывающие древесину		308,7
Автотранспорт		15178,9

Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы SO₂, оксиды азота NO_х, углеводороды С_n Н_m и пыль. Основные источники веществ, загрязняющих атмосферу, и их ежегодные выбросы приведены в табл. 11.

Кроме приведенных выше веществ и пыли, в атмосферу выбрасываются и другие, часто более токсичные вещества. Так, вентиляционные и технологические выбросы заводов электронной промышленности содержат пары плавиковой, серной, хромовой и других мине­ральных кислот, органические растворители и т. п.

На территории Костромской области в 2003 году было зарегистрировано около 1900 природопользователей, имеющих стационарные или передвижные источники выбросов в атмосферный воздух. Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят промышленные предприятия и автотранспорт.

Наиболее нагруженными в экологическом отношении являются г. Кострома, Буй, Волгореченск, Мантурово, Нерехта, Шарья.

Выбросы загрязняющих веществ на территории Костромской области в 2003 году составили 114,850 тыс. т, что на 1,8 тыс. т больше, чем в 2002 году. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), рассчитанный по пяти приоритетным примесям (без учета бенз(а)пирена), в г. Костроме составил 3,6.

В число пяти веществ, по которым рссчитан ИЗА, вошли формальдегид, фенол, взвешенные вещества, диоксид азота и азот.

Уровень загрязнения воздуха в г. Волгореченске, где расположена Костромская ГРЭС, входящая в десятку наиболее мощных ГРЭС России, составил 6,25 (c учетом бенз(а)пирена) [24].

Таблица 11

Источники выбросов вредных веществ в атмосферу

Вредные вещества	Основные источники	Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м3
Естественные	Техногенные
Пыль	Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары и др.	Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках	В городах 0,04‒0,4
Диоксид серы	Вулканические извержения, окисление среды и сульфатов, рассеянных в море	Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках	В городах до 1,0
Оксиды азота	Лесные пожары	Промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции	В районах с развитой промышлен- ностью до 0,2
Оксид углерода	Лесные пожары, выделения океанов	Автотранспорт, промышленные энергоустановки, предприятия черной металлургии	В городах 1‒50
Летучие углеводороды	Лесные пожары, природный метан	Автотранспорт, испарение нефтепродуктов	В районах с развитой промышлен- ностью до 0,3
Полициклические ароматические углеводороды	-	Автотранспорт, химические и нефтеперерабатывающие заводы	В районах с развитой промышленностью до 0,01

Таблица 12

Ежегодное количество вредных веществ, поступающих в атмосферу Земли

Вещество	Выбросы, млн т	Доля антропогенных вредных веществ в общих поступлениях, %
Естественные	Техногенные
Пыль			27,0
Оксид углерода			5,7
Углеводороды			3,3
Оксиды азота			6,5
Оксиды серы			13,3
Диоксид углерода			3,6

В результате загрязнения атмосферы вредными ве­ществами возможно возникновение следующих нега­тивных ситуаций:

- превышение ПДК многих токсичных веществ в городах и населенных пунктах;

- образование смога;

- выпадение кислотных дождей;

- проявление парникового эффекта;

- разрушение озонового слоя.

5.10.3. Загрязнение водоисточников

Вредные вещества поступают в водоемы с промыш­ленными, поверхностными и бытовыми стоками и с ат­мосферными осадками. К ним относятся: бензол, неф­тепродукты, минеральные удобрения, пестициды, мою­щие средства ПАВ, тяжелые металлы и их соединения (табл. 13). Наиболее опасны свинец, ртуть, кадмий.

Опасны не только первичные загрязнения поверх­ностных вод, но и вторичные, образовавшиеся в резуль­тате химических реакций веществ в водной среде. Так, при одновременном попадании весной 1990 г. в р. Белая фенолов и хлоридов образовались диоксины, содержа­ние которых в 147 тыс. раз превысило допустимые зна­чения.

Загрязнению подвергаются не только поверхност­ные, но и подземные воды. В последнее время было вы­явлено более 1000 очагов загрязнения подземных вод, из которых 75 % приходится на наиболее заселенную часть России.

Таблица 13

Количество сброшенных со сточными водами веществ, загрязняющих водные объекты

Вещества	Доля проб воды, загрязненной выше ПДК, %	Масса сброшенных загрязняющих веществ, тыс. т
Нефтепродукты	40‒45	30,3
Органические соединения	30‒35	-
Взвешенные вещества	-	1203,0
Фенолы	45‒60	0,3
Анион-активные детергенты ‒ ПАВ	6‒8	11,0
Аммонийный азот	25‒40	190,7
Соединения: меди цинка железа	70‒75 30‒35 -	0,8 2,1 49,2

Ухудшение качества подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения, отмечено в 60 городах. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения. Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают нефтепродукты, фенолы, тяжелые метал­лы (Сu, Zn, Рb, Cd, Ni, Нg), сульфаты, хлориды, соеди­нения азота.

Территория Костромской области покрыта густой сетью рек, речек, болот, озер и водохранилищ. По ней протекает 3610 малых и больших рек, общей протяженностью более 35 тыс. км. Главной водной артерией является р. Волга, протяженность которой в пределах области составляет 89 км. Строительство Нижегородской ГЭС и образование Горьковского водохранилища вызвало затопление части Костромской низины и образование обширного Костромского разлива площадью 260 км².

Сброс сточных вод в 2003 году составил 1622 млн м³. К категории загрязненных сточных вод отнесено 63,6 млн м³.

Сброс нормативно-чистых вод составил 1545 млн м³ [24].

С конца 1920-х годов и вплоть до 1995 года большинство рек области использовались для молевого сплава древесины, в результате чего большинству рек нанесен значительный, трудно восстанавливаемый урон: разрушение берегов, обмеление, засорение затонувшей древесиной и, как следствие, ухудшение гидрологического режима.

Все крупные населенные пункты оказывают негативное влияние на состояние водоемов. Источниками загрязнений поверхностных вод являются: смыв загрязнений с территорий населенных пунктов (в том числе осадками и талыми водами) и отсутствие систем ливневой канализации, обеспеченных очистными сооружениями. Особенно заметно это влияние в малых реках, протекающих по территории населенных пунктов. На территории г. Костромы это реки Ключевка, Белилка, Черная.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в реках области является железо (высокий уровень его концентрации связан в основном с природными особенностями), нефтепродукты (основная причина ‒ загрязнение поверхности стока), азотные соединения и органические загрязнения (неудовлетворительная очистка сточных вод), взвешенные вещества (нерациональное ведение сельского хозяйства и ливневые стоки с населенных пунктов).

Качество воды в р. Волге по индексу загрязнения воды (ИЗВ) отнесено к

3-му классу. Загрязнение составляет с превышением ПДК по железу в 3 раза, по сульфатам, нитритам, нитратам, фосфатам в пределах нормы. Наблюдается тенденция увеличения концентраций биогенных элементов (азота, фосфора), что говорит о влиянии сброса с Коркинских и Василевских очистных сооружений.

Река Кострома выше г. Солигалича ‒ загрязнение железом 3-4 ПДК, аммонийными соединениями ‒ 0,4-1,5 ПДК.

Приток Шача выше п. Сусанино загрязнен железом от 1,7 до 5,3 ПДК, медью до 2,7 ПДК, нитритами до 1,6 ПДК.

Река Унжа выше г. Мантурово ‒ загрязнение железом 1,3‒7,4 ПДК, медью 2 ПДК, аммонийными солями до 1,9 ПДК.

Река Ветлуга выше г. Шарьи ‒ загрязнение аммонийными соединениями до 1,9 ПДК, железом 5,6‒8,0 ПДК, медью до 2 ПДК. Биологический показатель кислорода (БПК₅) составляет 0,2‒1,5 ПДК.

Следует отметить, что содержание железа в водах рек бассейна колеблется в широких пределах, но уровень его ежегодно достаточно высок.

Воздействие химических веществ на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

- снижаются запасы питьевой воды (около 40 % контролируемых водоемов имеют загрязнения, превы­шающие 10 ПДК);

- изменяются состояние и развитие фауны и флоры водоемов, нарушается биологическое равновесие;

- нарушается круговорот многих веществ в био­сфере;

- снижается биомасса планеты и, как следствие, воспроизводство кислорода;

- повышается опасность попадания загрязнений сточных вод в зону залегания грунтовых вод.

5.10.4. Загрязнение почвы

Загрязнение земель вредными веществами происхо­дит при добыче полезных ископаемых и их обогаще­нии; захоронении бытовых и промышленных, в том числе и радиоактивных отходов; проведении военных учений и испытаний и т. п. Почвенный покров суще­ственно загрязняется в зонах рассеивания различных выбросов в атмосфере, пахотные земли — при внесении удобрений и применении ядохимикатов (табл. 14).

В Костромской области повсеместно осуществляется перевод земель из одной категории в другую, причем наиболее значительные изменения происходят с землями сельскохозяйственного назначения.

В ходе агрохимических обследований определяется содержание в почве гумуса, подвижного фосфора, калия, азота, кислотность почв, а также содержание тяжелых металлов.

В области преобладают почвы с очень низким содержанием гумуса ‒ 67 %, с низким содержанием гумуса ‒ 31%.

Площадь кислых почв продолжает увеличиваться.

Загрязнение почв солями тяжелых металлов не превышает существующих предельно-допустимых концентраций [24].

Таблица 14

Источники и вещества, загрязняющие почву

Вредные вещества	Источники загрязнения почвы
Про- мыш- ленность	Транспорт	ТЭС	АЭС	Сельское хозяйство
Тяжелые металлы и их соединения(Hg,Pb,Cd и др.)	+	+	+	-	+
Циклические углеводороды, бенза(а)пирен	+	+	+	-	+
Радиоактивные вещества	+	-	+	+	-
Нитраты, нитриты, фосфаты, пестициды	-	-	-	-	+

Воздействие загрязняющих веществ на почву сопровождается:

- отторжением пахотных земель и уменьшением их плодородия;

- чрезмерным насыщением токсичными вещества­ми растений, что неизбежно ведет к загрязнению продуктов питания растительного и животного происхож­дения;

- нарушением биогеоценозов вследствие гибели насекомых, птиц, животных, некоторых видов растений;

- загрязнением грунтовых вод, особенно в зоне свалок и сброса сточных вод.

5.10.5. Химические вещества в быту

С вредными веществами человек сталкивается и в быту. Курение, пища, употребление медикаментов, применение средств личной гигиены и косметики, ис­пользование моющих средств для стирки белья и по­суды, медицинские препараты в кормах для животных, добавление витаминов и пищевых добавок в продукты питания — все это может негативно влиять на здоровье человека и увеличивать риск развития различных забо­леваний.

Питание может быть причиной целого ряда отрав­лений. С особенностями питания связано 40 % случаев рака. Эта цифра включает заболеваемость, связанную с методами приготовления и хранения пищи, с содержа­нием жира в рационе, с употреблением спиртных на­питков и наличием природных токсинов в пищевых продуктах, а также с действием пищевых добавок (консервантов, стабилизаторов, красителей и т. д.).

Средства для мытья посуды тоже могут негативно влиять на здоровье человека. Важным показателем безопасности такого средства является то, насколько оно хорошо смывается с посуды, так как с течением времени оно может накапливаться в нашем организме. Моющие средства, содержащие поверхностно-активные вещества, небезопасны для человека, они могут вызывать аллергию, стать причиной злока­чественной опухоли, депрессии, гипертонии и т. д. Со­стояние современной среды обитания таково, что че­ловек непрерывно контактирует с химическими веществами, поэтому знания об их опасном влиянии крайне необходимы человеку.