Исследование возможности использования микроорганизмов для очистки сточных вод от органических загрязнителей - файл n1.doc

приобрести
Исследование возможности использования микроорганизмов для очистки сточных вод от органических загрязнителей
скачать (1635 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1635kb.17.09.2012 18:08скачать

n1.doc

  1   2   3
Введение
Антропогенное воздействие на природную среду приводит к нарушению экологического равновесия экосистем, так как скорость накопления загрязняющих веществ превышает процессы их деструкции при самоочищении природных объектов. Реальную опасность представляет появление в сточных водах стойких синтетических органических соединений, обладающих токсичным действием. Среди этой многочисленной группы значительную часть занимают фенол и его галогенированные производные. Отмечено, что изменения биологических систем в зонах, подвергнутых действию упомянутых веществ, происходят постепенно и имеют необратимый характер.

Органические соединения входят в категорию продуктов, производимых в больших количествах для нужд сельского хозяйства, химической, деревообрабатывающей, лакокрасочной промышленности, целлюлозно-бумажного производства, нефтеперерабатывающей и коксохимической отраслей. Таким образом, они постоянно поступают в окружающую среду, возвращаясь в реки в виде сточных вод.

Основная роль в деградации хлорированных производных принадлежит микроорганизмам - деструкторам способным утилизировать трудноразлагаемые вещества, что обеспечивается наличием в них специфических ферментных систем. Поиск и исследования свойств микроорганизмов, утилизирующих синтетические соединения, в настоящее время привлекают все большее внимание так как биологическая очистка в является наиболее эффективным, и экологически безопасным методом. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, посвященные изучению природных сообществ микроорганизмов и определению их роли в конверсии органических соединений. В связи с этим рассмотрение данной темы является актуальным.

Экономический аспект. Использование биологических технологий представляется наиболее перспективным. Скорость и эффективность процессов конверсии опасных веществ определяется свойствами и активностью микроорганизмов-деструкторов. По оценкам специалистов микробиологический способ примерно в 50 раз дешевле стандартных методов. Использование микроорганизмов позволяет решить проблему вторичных загрязнений, т.к. разрушение ксенобиотиков можно провести без накопления вредных или токсичных веществ. Кроме этого, с использованием специальных штаммов возможно осуществить обезвреживание.

Экологический аспект рассматривает проблемы загрязнения окружающей среды. В последние годы существенно обострились проблемы, связанные с загрязнениями поверхностных вод. Сброс неочищенных или плохо очищенных сточных вод в различные водоемы может привести к исчезновению всякой жизни в воде. Использование микроорганизмов для очистки сточных вод является наиболее простым и часто применяемым методом, позволяя с помощью микроорганизмов превращать органические загрязнения в безвредные продукты окисления.

Этический аспект рассматривает сохранение природных ресурсов, а именно поверхностных вод в естественном виде. Недостаточно очищенные сточные воды - основные источники загрязнения и засорения поверхностных вод. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств, и в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ. Заболевания, связанные с водой – это любые существенные и широко распространенные отрицательные последствия для здоровья человека (такие как смерть, инвалидность, болезнь или расстройство), непосредственным или опосредованным образом вызванные изменениями в качестве любых вод.

Социально-политический аспект заключается в решении проблемы охраны природных вод в масштабах всего человечества при наличии разных социальных систем. Рассматривает рост загрязненных органическими соединениями сточных вод, причиной которого является интенсивное развитие промышленности и увеличение потребностей человечества. Важнейшей задачей государства является обеспечение санитарно – гигиенического и экологического благополучия населения.

Концепция устойчивого развития. Экологические проблемы, такие как изменение климата в результате выброса парниковых газов, недостаток пресной воды и ее загрязнение, исчезновение лесов и опустынивание, сокращение биоразнообразия, рост численности населения (и его перемещение), необходимость удаления отходов, загрязнение воздуха, деградация почв и экосистем, химическое загрязнение, истощение озонового слоя, урбанизация, истощение природных ресурсов, нарушение биогеохимических циклов и т.д. могут, если будет продолжаться стихийное развитие цивилизации, привести к гибели человечества и биосферы. Для устойчивого развития необходима целостность между природой и обществом, которая может также с легкостью нарушится в связи с увеличением объема органических выбросов в поверхностные и сточные воды.

Цель работы исследование способностей микроорганизмов к конверсии органических загрязнителей в сточных водах.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- рассмотреть современное состояние проблемы загрязнения сточных вод органическими загрязнителями;

- охарактеризовать приоритетные органические соединения, поступающих в сточные воды промышленных предприятий;

- оценить способности микроорганизмов к конверсии органических загрязнителей;

- проанализировать биологический метод очистки сточных вод от органических соединений;

- исследовать механизм биодеградации углеводородных загрязнителей, фенола и его производных;

- рассмотреть оборудования для практического применения микроорганизмов;

- проанализировать нормативно-правовые документы в области рационального природопользования водными ресурсами;

- исследовать процесс деградации хлорированных соединений ароматического ряда с помощью микроорганизмов в водной среде.


  1. Исследование возможности использования микроорганизмов для очистки сточных вод от органических загрязнителей


Проблема очистки сточных вод промышленных и сельскохозяйственных предприятий носит многоплановый характер. Это, в первую очередь, комплекс мер, направленных на очистку воды до состояния, в котором она может быть направлена в замкнутый цикл данного предприятия. Во - вторых, снижение концентрации вредных примесей до норм, предусмотренных предельно допустимой концентрацией для сброса сточных вод в хозяйственные водоемы.

Помимо классических стандартных методов очистки сточных вод, в настоящее время во всем мире проводятся работы по применению различных микроорганизмов, микробной биомассы, активного ила очистных сооружений и других биосорбентов.

Очистка сточных вод микроорганизмами подразумевает практически полное биологическое разложение органических соединений в воде. По существующим нормам, содержание органических веществ в очищенной воде не должно превышать 10 мг/л. [1]

Технология использования микроорганизмов для очистки сточных вод от органических соединений универсальна, так как позволяет удалять любые органические вещества, используемые человеком в быту и в промышленности, экологически чиста, так как не использует какие либо химические вещества, проста в эксплуатации. Для глубокой очистки применяется ступенчатая технология, на основе комплексного использования прикреплённых (биоплёнки) и взвешенных (активного ила) культур микроорганизмов. Указанная технология в большинстве случаев позволяет без дополнительного строительства, только за счет реконструкции повысить производительность очистных сооружений до 1,5 раз или повысить эффективность очистки сточных вод до требований для рыбохозяйственных водоёмов. [27]


    1. Современное состояние проблемы очистки сточных вод


Сточные воды - воды, загрязнённые бытовыми отбросами и производственными отходами и удаляемые с территорий населённых мест и промышленных предприятий системами канализации. К сточным водам относят также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков в пределах территорий населённых пунктов и промышленных объектов.

Недостаточно очищенные сточные воды - основные источники загрязнения и засорения поверхностных вод. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств, и в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ.

В зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик загрязнений (примесей) сточные воды подразделяются на 3 основных категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и атмосферные. Бытовые сточные воды загрязнены в основном физиологическими отбросами и хозяйственно-бытовыми отходами.

Производственными сточными водами являются воды, использованные в различных технологических процессах (например, для промывки сырья и готовой продукции, охлаждения тепловых агрегатов и т.п.), а также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых. Производственные сточные воды ряда отраслей промышленности загрязнены главным образом отходами производства, в которых могут находиться ядовитые вещества. В зависимости от количества примесей производственные сточные воды подразделяют на загрязнённые, подвергаемые перед выпуском в водоём (или перед повторным использованием) предварительной очистке, и условно чистые (слабо загрязнённые), выпускаемые в водоём (или вторично используемые в производстве) без обработки.

Содержание органических загрязнений в сточных водах определяется косвенными показателями:

- ХПК (химическая потребность в кислороде) - выражает количество кислорода, необходимое для полного химического окисления органических веществ загрязнений, находящихся в сточных водах;

- БПК (биологическая потребность в кислороде) - выражает количество кислорода, необходимое для биологиче­ского окисления органических веществ бактериями в аэробных условиях (без расхода кислорода на нитрификацию).[1]

Состав и степень загрязнённости производственных сточных вод весьма разнообразны и зависят главным образом от характера производства и условий использования воды в технологических процессах. Компоненты сточных вод можно разделить на несколько основных групп, как это показано в табл 1.
Таблица 1. Состав стоков.

Компонент


Состав компонента стоков


Влияние на окружающую среду

Микроорганизмы


Патогенные бактерии, вирусы и яйца червей


Риск при купании употреблении в пищу обитающих в воде животных


Биоразлагаемые органические вещества

Понижение концентрации кислорода в реках, озерах и фьордах

Сокращение численности водных обитателей (снижение биоразнообразия)


Другие органические вещества

Детергенты, пестициды, жиры, масла и смазки, красители, растворители, фенол, цианид

Токсический эффект, отрицательный эстетический эффект, биоаккумуляция


Макроэлементы

Азот, фосфор, аммоний

Эвтрофикация, исчерпание кислорода, токсический эффект

Металлы


Hg, Pb, Cd, Cr, Cu, Ni


Токсический эффект, биоаккумуляция


продолжение таблицы 1


Другие неорганические вещества

Кислоты (сероводород), щелочи

Коррозия, токсический эффект

Температурные эффекты

Горячая вода

Смена условий жизнедеятельности для флоры и фауны

Запах и вкус

Сероводород

Эстетически неприемлем, токсический эффект

Радиоактивность




Токсичность, накопление


Степень загрязнённости сточных вод оценивается концентрацией примесей, т. е. их массой в единице объёма (в мг/л или г/м3).

Неочищенные сточные воды, содержащие значительные количества органических веществ, попадая в водоём (реку, озеро), нарушают его естественный режим: поглощают растворённый в воде водоёма кислород, ухудшают качество воды, способствуют образованию отложений (осадка) на дне, водоёмы становятся непригодными для питьевого (а иногда и технического) водоснабжения, в них погибает рыба. Кроме того, при загрязнении водоёмов сточными водами ухудшается их эстетический вид и ограничивается возможность использования для купания, водного спорта, туризма и т.п.

Сброс сточных вод не является постоянным, он постоянно меняется. Тем не менее при проектировании и строительстве очистных сооружений необходимо знать объемы сточных вод, а так же их возможные изменения. Общий объем, сбрасываемых производственными предприятиями сточных вод, по сравнению с 2004 г. сократился на 0,9 % и составил 589,1 млн. м3, в том числе 559,6 млн. м3 сброшено в поверхностные воды, из них (рис.1):

- загрязненных – 408, 3 млн. м3 (73 %), в т.ч без очистки – 17,3 млн. м3 и недостаточно очищенных – 392,2 млн. м3;

- нормативно очищенных - 0,7 млн. м3 (0,1 %);

- не требующих очистки – 150,6 млн. м3 (26,8 %) [17].



Рис.1 - Объем сточных вод, сброшенных производственными предприятиями в поверхностные водные объекты РФ в 2005 г., млн. м3
Общий объем сточных вод, сбрасываемых производственными предприятиями в окружающую среду по сравнению с 2005 г. увеличился на 1,1% и составил 588,89 млн. м3, в том числе 546,08 млн. м3 сброшено в поверхностные водные объекты, из них (рис.2):

- загрязненных – 383,03 млн. м3 (70,1%), в т.ч без очистки – 12,62 млн. м3 и недостаточно очищенных – 370,41 млн. м3;

- нормативно очищенных - 4,14 млн. м3 (0,8%);

- не требующих очистки – 158,90 млн. м3 (29,1%) [16].


Рис.2 - Объем сточных вод, сброшенных производственными предприятиями в поверхностные водные объекты РФ в 2006 г., млн. м3
Масса загрязняющих веществ, сброшенных со сточными водами в окружающую среду, составила 1252,1 тыс. и увеличилась по сравнению с 2005-2006 на 42,9 тыс. Со сточными водами сброшено 0,95 т. загрязняющих веществ I класса опасности. Указанный показатель уменьшился по сравнению с предыдущим годом, на 0,03 т. [10]


    1. Характеристика приоритетных органических загрязнителей


Исторически сложилось так, что технология почти всех химических производств разрабатывалась без учета ее влияния на окружающую среду. Разнообразие и большая численность загрязняющих веществ делают практически невозможным контроль за содержанием каждого из них. Поэтому выделяют группу так называемых приоритетных загрязняющих компонентов. Так, в список составленный в начале 1980-х гг. Агенством по охране окружающей среды США и ответственными органами стран Европейского сообщества, входит около 180 соединений, которые можно объединить в 13 групп (табл. 2).
Таблица 2. Приоритетные загрязняющие компоненты

Группа приоритетных загрязнителей

Соединения

1.Хлороорганические пестициды

Алдрин, гексахлорбензол, гекса-хлорциклогексан, дибензофуран, ДДТ, хлорпроизводные диоксина, хлордан и др.

2. Фосфорорганические пестициды

Дисульфотон, карбафос, дихлофос, кумафос, паратион и др.

3. Пестициды на основе феноксиуксусной кислоты

2,4-Д, 2,4,5-Т

4. Летучие хлорорганические соединения

Хлорбензолы, трихлорэтилен, хлоропрен, хлоральдиград и др.

5. Азотосодержащие пестициды на основе триазина и мочевины

Атразин, линурон, монолинурон и др.

6.«Малолетучие» хлорорганические соединения

Дихлорбензолы, хлорнафталины, хлоруксусная кислота и др.

продолжение таблицы 2


7. Хлорфенолы

2,4 – дихлорфенол, пентахлорфенол, трихлорфенол, о-, п-, м-хлорфенолы и др.

8. Хлоранилины и хлорнитро-ароматические соединения

Хлоранилины, хлорнитротолуолы и др.

9. Полихлорированные и полибромированные бифенилы

Хлорбифенилы, бромбифенилы и др.

10. Ароматические углеводороды

Бензол, ксилолы, толуол, этилбензол и др.

11. ПАУ

Антрацен, бенз(а)пирен, нафталин, флуорен и др.

12. Металлорганические соединения

Диметилртуть, метилртуть, ацетат трифенилолова и др.

13. Другие соединения

Бензидин, бифенил, дихлобинзедин, пропанил, пиразон и др.



Из приведенной таблицы видно, что около 60% приоритетных загрязняющих компонентов относится к хлор- и бромсодержащим соединениям. Это связано с их высокой персистентностью и липофильностью. Вследствие этого происходит накопление галогенсодержащих органических соединений в водных экосистемах, биоаккумулирование и экологичекая магнификация.[2]

Рассмотрим более подробно приоритетные органические соединения.
1.2.1. Фенол и хлорфенолы
Достаточно распространенными поллютантами рек промышленно-урбанизированных районов является фенол (рис.3) (ароматический углеводород, в молекуле которого имеется гидроксильная группа, связанная с ароматическим кольцом).


Рис.3 – Структурная формула фенола

Фенолы представляют собой оксизамещенные ароматических углеводородов (бензола, его гомологов, нафталина и др.). Обычно их принято разделять на летучие с водяным паром (фенол, креозолы, ксиленолы и др.) и нелетучие фенолы (ди- и триоксисоединения). По числу гидроксильных групп различают одноатомные, двухатомные и многоатомные фенолы. Фенолы в естественных речных условиях образуются при процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом окислении и трансформации органических веществ.

Фенолы используются для дезинфекции, изготовления клеев и фенолформальдегидных пластмасс. Они входят в состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, присутствуют в больших количествах в сточных водах нефтеперерабатывающих, лесохимических, анилинокрасочных и ряда других предприятий. Высокими концентрациями этих соединений отличаются сточные воды коксохимических производств, в которых уровни содержания летучих фенолов достигают 250-350 мг/л, многоатомных фенолов - 100-140 мг/л.[28]

В природных водах фенолы обычно находятся в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолятных ионов и свободных фенолов. Они могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В природных условиях сорбция фенолов взвесью и донными отложениями обычно несущественна. В зонах техногенного загрязнения этот процесс более значим. Типичные содержания фенолов в незагрязненных и слабозагрязненных водах не превышают 20 мкг/л. В загрязненных водах их содержания достигают десятков и сотен микрограммов в 1 л.

Хорошая растворимость фенолов и наличие соответствующих источников обусловливают высокую интенсивность загрязнения ими речных вод в условиях городских агломераций, где их содержания достигают десятков и даже сотен микрограмм в 1 л воды. Например, в водах рек Рейн и Майн в начале 1980-х гг. стабильно наблюдались повышенные концентрации многих представителей фенолов, поступающих со сточными водами. Надежным показателем степени загрязнения воды фонолами является численность фенолразрушающих бактерий. Сапрофитные анаэробы обычно присутствуют в местах интенсивного разрушения фенола, причем в условиях загрязнения количество собственно фенола (карболовой кислоты, оксибензола) и сапрофитных бактерий в донном иле и в придонном слое воды намного больше, чем в толще воды. Фенолы относительно интенсивно подвергаются биохимическому и химическому окислению, зависящему от температуры воды, величины рН, содержания кислорода и ряда других факторов. В речном потоке наблюдается тесная обратная зависимость между температурой воды и переносом фенолов, которая объясняется микробным окислением этих соединений.

Фенолы обладают токсическим действием и ухудшают органолептические показатели воды. Токсическое воздействие фенолов на рыб заметно возрастает с увеличением температуры воды. Известно, что фенолы играют важную роль в процессах аккумуляции тяжелых металлов высшими водными растениями, изменяют режим биогенных элементов и растворенных в речной воде газов. В процессе биохимической деструкции фенола происходит изменение всех элементов гидрохимического режима: снижение концентраций кислорода, увеличение цветности, окисляемости, БПК, щелочности и агрессивности (по отношению, например, к бетону) воды. Образующиеся в процессах деструкции и трансформации фенола продукты по своим свойствам могут быть более токсичными (например, пирокатехин, который, к тому же, способен образовывать со многими металлами хелаты).[19]

Среди галогенпроизводных фенолов наибольшее практическое использование получили хлорфенолы (рис.4), мировое производство которых, например в 1981 г., составляло около 100000 т, из них половина 2,4-дихлорфенол и около 14000 т пентахлорфенол. В окружающую среду хлорфенолы поступают с атмосферными выбросами и сточными водами производств ядохимикатов, кожевенной, деревоотделочной и мебельной промышленности, целлюлозобумажных комбинатов, предприятий по производству красителей и платификаторов, органического синтеза и др. В поверхностных водотоках хлорфенолы активно сорбируются из воды взвесью и накапливаются в донных отложениях до значительных концентраций. Температура оказывает только отрицательное влияние на процесс адсорбции фенолов взвесью, причем адсорбция их является обратимым процессом. Хлорирование фенолсодержащих сточных вод приводит к образованию хлорфенолов, которые даже при концентрации 1 мкг/л придают воде неприятный запах и вкус.



Рис.4 – Структурная формула хлорфенола
В воде и донных отложениях некоторые хлорфенолы довольно интенсивно разлагаются (на 80-85% в воде и на 77-94% в отложениях); пентахлорфенол (ПХФ) намного более устойчив (в отложениях разлагается лишь на 10-30%), причем в зоне сброса сточных вод он превращается в тетрахлорфенол, гораздо более устойчивый в условиях речной среды. В общем случае интенсивность миграции ПХФ в водах зависит от рН, так как кислотность среды определяет степень диссоциации фенольного протона, сорбцию ПХФ твердыми веществами, а также летучесть недиссоциированного фенола. В кислой среде растворение и диссоциация фенола снижены, что способствует его накоплению в гидробионтах. При сорбции из водного раствора в донных отложениях значение рН уже не играет той роли. Согласно данным, современные содержания ПХФ в поверхностных водах (от менее 0,1 до 2,11 ppb) характеризуют средний уровень техногенного загрязнения. Тем не менее, в отдельных районах его концентрации в поверхностных водах достигают 11 ppb. Высокими содержаниями ПХФ отличаются сточные воды деревообрабатывающих предприятий, в повышенных концентрациях он присутствует в канализационном стоке городов. В водах Рейна в Нидерландах в 1978 г его концентрации колебались от 0,15 до 1,5 мкг/л. Малые различия в концентрациях ПХФ в сточных водах на входе и на выходе с очистных сооружений указывают на очень слабую барьерную роль последних в отношении этих соединений. Содержания ПХФ в речных отложениях составляют 5-11 ppb (Финляндия). 80-360 ppb (Япония) и 1518 ppb (США). Среднее содержание ПХФ в воде р. Рур составляло 0,1 ppb, в иле очистных сооружений - 0,2-10 ppb, в почвах - 184 ppb. В воде в аэробных условиях период полураспада указанного соединения оценивается в 72-80 дней, в почве - от 2 недель до 2 месяцев. Изучение распределения хлорфенолов в Рейне и его притоках в пределах Нидерландов (в 35 пунктах наблюдения) показало, что они мигрируют в водотоках как в растворе речных вод, так и во взвешенном материале. Во взвеси минимальные концентрации монохлорфенолов составили 10 мкг/кг, дифенолов - 0,5 мкг/кг, трихлорфенолов - 0,2 мкг/кг, тетра- и пентафенолов - 0,1 мкг/кг. Установлено, что монохлорфенолы, 2,3- и 2,6-дихлорфенолы, 2,3,4- и 2,3,6-трихлорфенолы и 2,3,5,6-тетрахлорфенолы встречаются очень редко и лишь в незначительных количествах как в воде, так и в осадочном материале. Самое большое содержание хлорфенолов оказалось близ Роттердама, причем в наибольших концентрациях присутствовали 3,4- и 3,5-дихлорфенолы.[29]

Хлорфенолы способны накапливаться в гидробионтах и оказывать на них токсическое действие. Биоаккумуляция ПХФ очень видоспецифична и зависит от дозы и длительности ее воздействия. Длительные малые дозы воздействия приводят к большему накоплению, чем кратковременные, хотя и более высокие дозы. Точно не установлено, идет аккумуляция ПХФ через пищевую цепь или непосредственно из воды. Особенно токсичен ПХФ, причем его токсичность для рыб возрастает при снижении рН и содержания кислорода в воде (частое явление в городских реках). В свою очередь, высокие уровни ПХФ значительно снижают содержание кислорода и фитопланктона в воде. Есть сведения об эмбриотоксическом и канцерогенном действии этого соединения. Токсический эффект ПХФ в значительной степени обусловлен присутствием в техническом продукте диоксинов, дибензофуранов, ПХБ и некоторых других веществ.

В большинстве случаев сброс сточных вод, содержащих фенольные соединения, в водотоки резко ухудшает их общее санитарное состояние, оказывая влияние на живые организмы не только своей токсичностью, но и существенным изменением режима биогенных веществ и растворенных газов. Например, в реках Рурской области средняя концентрация фенолов находится на уровне 0,25 мкг/л, но даже столь малое содержание влияет на вкус воды и мяса рыбы.[11]
1.2.2 Полихлорированные бифенилы (ПХБ)

В промышленных масштабах полихлорированные бифенилы (ПХБ) (рис.5) производились путем прогрессирующего хлорирования бифенила в присутствии подходящего катализатора (путем замещения атомов водорода на атомы хлора). Они включают 10 гомологов (по числу атомов хлора) и более 200 изомеров. Теоретически показана возможность существования 209 изомеров ПХБ и родственных соединений. Коммерческие ПХБ - обычно смеси изомеров этих соединений. Например, такой продукт, как арохлор-1260, включает в себя около 80 индивидуальных полихлорбифенилов. Практически всегда ПХБ содержат различные примеси, среди которых были выделены трихлорбензолы, дибензофураны, дибензодиоксины и нафталины. Различают высоко- и низкохлорированные ПХБ. Стабильность их возрастает с увеличением числа атомов хлора. Полихлорбифенилы, обладающие более чем 4 атомами хлора (высокохлорированные ПХБ), не горят и не окисляются. Молекулярная структура этих полимеризованных соединений близка к структуре ДДТ, что во многом определяет общность поведения их в окружающей среде.


Рис.5 – Структурная формула ПХБ, Х = H и Cl
В свое время важнейшей сферой применения ПХБ являлась электротехническая промышленность (в составе масел и других жидкостей, используемых при производстве трансформаторов, конденсаторов, реостатов, масляных выключателей, в кабельной промышленности, при производстве электроизоляционных материалов и покрытий). ПХБ попадают в биосферу с отходами, содержащими пластмассы, при неполном сгорании этих веществ в мусоросжигателях, с отходами лакокрасочного, резинового производств, электротехнической, электронной, целлюлозо-бумажной промышленности, с бытовыми отходами, осадками сточных вод. [26]

После 1970 г. производство ПХБ резко снизилось; в 1972 г. несколько стран ограничило продажу этих соединений, а в Японии производство и использование их было запрещено. Сейчас во многих странах приняты законы, запрещающие или ограничивающие применение ПХБ; известны международные соглашения в области торговли, применения и хранения этих веществ.

Большинство ПХБ относительно плохо растворяются в воде и отличаются высокой стабильностью в условиях окружающей среды. С эколого-токсикологической точки зрения они опасны тем, что хорошо растворимы в жирах, активно накапливаются в организмах, нарушают функции иммунной и эндокринной систем, особенно те, которые отвечают за воспроизводство и внутриутробное развитие. Из-за химической устойчивости, медленной миграции, и способности накапливаться в тканях организмов ПХБ в свое время были даже названы "биологической бомбой замедленного действия". Особенно интенсивно концентрируются живыми организмами высокохлорированные ПХБ. Устойчивость ПХБ к воздействию многих факторов внешней среды и к микробиологическому разложению, а также значительная летучесть при довольно большом (в свое время) объеме производства обусловили широкое распространение и сравнительно высокий уровень загрязнения ими окружающей среды. Способность живых организмов аккумулировать ПХБ, особенно в жировой ткани, приводит к тому, что эти соединения эффективно перераспределяются по пищевым цепям. В случае попадания в организм в больших количествах они могут приводить к поражению печени, селезенки и почек. Предполагается наличие у них канцерогенных и мутагенных свойств. Согласно оценкам экспертов МАИР, ПХБ относятся к веществам, которые "вероятно канцерогенны для человека". В России они отнесены к веществам "с ограниченными доказательствами канцерогенности для человека". В настоящее время ПХБ является глобальными поллютантами и обнаруживаются во всех природных средах.

ПХБ содержатся почти в каждом элементе глобальной экосистемы и активно включаются в пищевые цепи. При перемещении по пищевой цепочке их концентрации возрастают в сотни-тысячи раз. Важнейшим резервуаром для ПХБ являются донные отложения водных объектов суши и прибрежных районов. В результате окислительных ферментативных реакций, например при гидроксилировании ПХБ, могут образовываться продукты, более биологически активные, чем исходные (так называемая биологическая активация). Р.В. Галиулин и др. приводят данные зарубежных авторов о том, что при использования некоторых гербицидов, не исключается возможность их трансформации в ПХБ. При обследовании территории Самаркандского оазиса установлено, что из-за накопления в донных отложениях хлорорганических соединений общее содержание ПХБ в воде возрастало до 2,5 мкг/л. Тем не менее, есть сообщения о том, что некоторые виды анаэробных бактерий, найденные в речных и эстуарных отложениях, разлагают ПХБ на безвредные составные вещества.[6]

Обобщение, выполненное Ф.Я. Ровинским и др., показывает, что типичные глобальные "фоновые" уровни ПХБ в поверхностных водах составляют от сотых долей нг/л до сотен нг/л, чаще всего в пределах 1-50 нг/л; в донных отложениях пресноводных водоемов, где они вследствие высокой адсорбции и низкой температуры проявляют большую устойчивость к деградации, их концентрации находятся в пределах 0,6-13,5 нг/кг (озера ФРГ). В пробах отложений лимана, отобранных вблизи места выброса ПХБ, содержания их достигали 1,4-61 мг/кг, а в районе завода по производству электротехнического оборудования в Японии - 510 мг/кг (при местном фоне не более 1 мг/кг). Средние уровни ПХБ в природных водах составляют 2-20 нг/л. По данным ВОЗ, в "незагрязненных" пресных водах их концентрации обычно менее 0,5 нг/л, в умеренно загрязненных - 50 нг/л и в сильно загрязненных - до 500 нг/л.[7]

Исследования переноса ПХБ в течение годового цикла в р. Сене в районе Парижа показали, что их содержания, несмотря на ограничения по использованию в промышленности, были выше, чем других хлорорганических соединений. Концентрации в речной воде составляли 25-250 нг/л, а максимальные уровни достигали 990 нг/л. В 88% образцов содержание растворенных ПХБ оказалось выше, чем адсорбированных на взвеси. Установлено, что в растворенном виде переносится до 73% ПХБ, что свидетельствует об их достаточно активной миграции в водных системах. В то же время есть данные, показывающие, что эти соединения находятся в природных водных объектах преимущественно на поверхности взвешенных частиц. В конце 1970-х гг. чрезвычайно высокий уровень загрязнения ПХБ был установлен для экосистемы р. Гудзон (включая оз. Онтарио). Он был обусловлен тем, что в течение 20 лет предприятия компании "General Electric", выпускающие конденсаторы, сбрасывали в реку сточные воды, в которых количество ПХБ достигало 22 кг в день (т.е. общая эмиссия составляет более 160 т). Высокие уровни ПХБ отмечались в водах р. Св. Лаврентия практически на всем ее протяжении. Основанные на результатах динамических наблюдений расчеты показали, что поступление ПХБ из р. Ниагары в оз. Онтарио в период 1979-1981 гг. составляло 2200 кг/год, причем около 40% поступало в составе взвеси. Есть сведения, полученные при исследованиях на р. Рейн, что роль взвешенных веществ в переносе хлорированных углеводородов пренебрежимо мала.

В России высокие уровни загрязнения различных компонентов окружающей среды отмечены около предприятий, производящих или использующих ПХБ (химические, трансформаторные, конденсаторные, металлургические, лакокрасочные заводы). На некоторых участках малых рек, находящихся в зоне воздействия г.Череповца, выявлены ПХБ в концентрациях от 0,2 до 0,33 мкг/л, что на три порядка превышает уровень, рекомендованный ВОЗ для незагрязненных вод. В г.Серпухове уровни ПХБ в воде ручья, принимающего сточные воды завода "Конденсатор", достигали 80,5 мкг/л, что в 80,5 раз выше ПДК для воды водоемов.[14]
  1   2   3


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации