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 NOх, углеводороды Сn Нm 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.
