Методы анализа и контроля компонентов окружающей среды

ДДТ может вызывать инверсию пола. В одной из колоний чаек в Калифорнии после обработки  гнезд ДДТ появилось в четыре раза больше женских особей, чем  мужских. Когда в яйца чаек впрыскивали  ДДТ, половина мужских зародышей  превратилась в женские. У человека ДДТ аккумулируется прежде всего в мозгу, способность мозга нормально функционировать теряется. ДДТ действует на мозг как нервно-паралитический яд.

Стоит отметить, что ДДТ  одновременно относится к другой известной группе ксенобиотиков – пестицидам. Пестициды (от лат. pestis – зараза и лат. caedo – убиваю) представляют собой химические вещества, используемые для борьбы с вредными организмами. Пестициды объединяют следующие группы таких веществ: гербициды, уничтожающие сорняки; инсектициды, уничтожающие насекомых-вредителей; фунгициды, уничтожающие патогенные грибы; зооциды, уничтожающие вредных теплокровных животных и т. д. Большая часть пестицидов – это яды, отравляющие организмы-мишени, но к ним относят также стерилизаторы (вещества, вызывающие бесплодие) и ингибиторы роста.

Пестициды и диоксины химически очень близки. Некоторые из диоксинов близки к отравляющим веществам типа зарина, замана и табуна. Однако их опасность состоит не в ядовитости как таковой, а в способности вызывать аномалии в работе генетического аппарата организма.

Источники диоксинов:

1. Максимальный вклад вносят предприятия промышленного хлорорганического синтеза тех органических соединений, которые содержат бензольные ядра (например, производство пестицидов).
2. Пиролитическая переработка и сжигание отходов этих производств, сжигание автомобильных шин, покрышек.
3. При электролизе растворов неорганических хлоридов на графитовых электродах возможно образование некоторого количества диоксинов.
4. Заметный вклад в диоксиновый фон вносит целлюлозно-бумажное производство. В ходе использования хлора в процессе отбеливания бумаги возможно образование хлорированных фенолов – предшественников диоксинов. Бумага, упаковка и изделия из нее (салфетки, детские пеленки, носовые платки) являются еще одним источником диоксинов в быту, хотя и на чрезвычайно низком уровне их содержания (≈10^–12 г/кг). Сейчас появились новые технологии изготовления бумаги без использования хлора. На изделиях из такой бумаги делается соответствующая пометка: «chlorine free».
5. Источником диоксинов могут быть и горящая свалка бытовых отходов, содержащих изделия из поливинилхлорида, а также лесные пожары, если они возникли после обработки леса пестицидами.

С 1987 г. мониторинг диоксинов осуществляется в США, Канаде, Японии, в большинстве стран Западной Европы. В России также проводятся эти работы, имеется пять аккредитованных лабораторий мониторинга диоксинов. Определение основано на использовании газожидкостной хроматографии и масс-спектрометра высокого разрешения. Стоимость каждого определения достигает 1-3 тыс. долларов США. Легко видеть, что при таких высоких затратах массовый мониторинг невозможен, а более дешевые методы неэффективны.

Фенол. Фенолы представляют собой производные бензола с одной или несколькими гидроксильными группами. Их принято делить на две группы – летучие с паром фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы, гваякол, тимол) и нелетучие фенолы (резорцин, пирокатехин, гидрохинон, пирогаллол и другие многоатомные фенолы).

Фенолы в естественных условиях образуются в процессах  метаболизма водных организмов, при  биохимическом распаде и трансформации  органических веществ, протекающих  как в водной толще, так и в  донных отложениях.

Фенолы являются одним  из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в поверхностные  воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, сланцеперабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокласочной промышленности и др. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может превосходить 10-20 г/дм³ при весьма разнообразных сочетаниях. В поверхностных водах фенолы могут находиться в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолят-ионов и свободных фенолов. Фенолы в водах могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В условиях природных водоемов процессы адсорбции фенолов донными отложениями и взвесями играют незначительную роль. В незагрязненных или слабозагрязненных речных водах содержание фенолов обычно не превышает 20 мкг/дм³. Быстрее всех разрушается собственно фенол, медленнее крезолы, еще медленнее ксиленолы. Многоатомные фенолы разрушаются в основном путем химического окисления.

Превышение естественного  фона по фенолу может служить указанием  на загрязнение водоемов. В загрязненных фенолами природных водах содержание их может достигать десятков и  даже сотен микрограммов в 1 дм³. Фенолы – соединения нестойкие и подвергаются биохимическому и химическому окислению.

В результате хлорирования воды, содержащей фенолы, образуются устойчивые соединения хлорфенолов, малейшие следы которых (0,1 мкг/дм³) придают воде характерный привкус. В токсикологическом и органолептическом отношении фенолы неравноценны. Летучие с паром фенолы более токсичны и обладают более интенсивным запахом при хлорировании. Наиболее резкие запахи дают простой фенол и крезолы.

Применяется в химической (для создания пестицидов) и в  фармацевтической (лекарства) промышленности, а также при производстве фенолформальдегидных пластмасс. Для водных объектов определяют специальный показатель – фенольный индекс. Определяется как массовая концентрация фенолов в воде, вступающих в реакцию с 4-аминоантипирином и в определенных условиях образующих с ним окрашенные соединения.

Детергенты (ПАВ) – химические вещества, понижающее поверхностное натяжение воды и используемые как моющие средства.

СПАВ уменьшают поверхностное  натяжение воды, образуя хлопья пены на ее поверхности при малейших возмущениях, препятствуют поступлению солнечной  энергии, воздействуя на температурный  режим водоема, снижают поступление  кислорода в воду из атмосферы (при  концентрации СПАВ около 1 мг/л инвазия кислорода уменьшается примерно на 15%). СПАВ не являются высокотоксичными веществами, однако их косвенное воздействие на гидробионты может быть весьма значительным. СПАВ разрушают слизистую оболочку у рыб, замедляют рост и развитие многих видов водной фауны. СПАВ препятствуют разложению сложных искусственных соединений и оказывают ингибирующее действие на процесс нитрификации, что приводит к накоплению в воде высокотоксичных нитритов. Особую проблему представляет поступление в водоемы детергентов, содержащих фосфор, что стимулирует развитие эвтрофирования водоема.

Кроме того, детергенты изменяют проницаемость клеточных мембран и поэтому нарушают транспорт веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, через оболочку микробной клетки, оказывая таким образом противомикробное действие. Последнее свойство активно используют в медицине и в быту.

Главными факторами самоочищения природных вод от СПАВ являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями.

Бензол. Бензол представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом.

В поверхностные воды бензол поступает с предприятий и  производств основного органического  синтеза, нефтехимической, химико-фармацевтической промышленности, производства пластмасс, взрывчатых веществ, ионообменных смол, лаков и красок, искусственных  кож, а также со сточными водами мебельных  фабрик. В стоках коксохимических  заводов бензол содержится в концентрациях 100-160 мг/дм³, в сточных водах производства капролактама – 100 мг/дм³, производства изопропилбензола – до 20000 мг/дм³. Источником загрязнения акваторий может быть транспортный флот (применяется в моторном топливе для повышения октанового числа). Бензол используется также в качестве ПАВ.

Бензол быстро испаряется из водоемов в атмосферу (период полуиспарения составляет 37,3 минуты при 20 ^оС). Порог ощущения запаха бензола в воде составляет 0,5 мг/дм³ при 20 ^оС. При 2,9 мг/дм³ запах характеризуется интенсивностью в 1 балл, при 7,5 мг/дм³ – в 2 балла. Мясо рыб приобретает неприятный запах при концентрации 10 мг/дм³. При 5 мг/дм³ запах исчезает через сутки, при 10 мг/дм³ интенсивность запаха за сутки снижается до 1 балла, а при 25 мг/дм³ запах снижается до 1 балла через двое суток.

Привкус при содержании бензола  в воде 1,2 мг/дм³ измеряется в 1 балл, при 2,5 мг/дм³ – в 2 балла. Наличие в воде бензола (до 5 мг/дм³) не изменяет процессы биологического потребления кислорода, т.к. под влиянием биохимических процессов в воде бензол окисляется слабо. В концентрациях 5-25 мг/дм³ бензол не задерживает минерализации органических веществ, не влияет на процессы бактериального самоочищения водоемов.

При многократных воздействиях низких концентраций бензола наблюдаются  изменения в крови и кроветворных органах, поражения центральной  и периферической нервной системы, желудочно-кишечного тракта. Бензол классифицирован, как сильно подозреваемый  канцероген. Основным метаболитом бензола  является фенол. Бензол оказывает токсическое  действие на гидробионты.

Нефтепродукты. Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее переработки представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ (низко- и высокомолекулярные предельные, непредельные алифатические, нафтеновые, ароматические углеводороды, кислородные, азотистые, сернистые соединения, а также ненасыщенные гетероциклические соединения типа смол, асфальтенов, ангидридов, асфальтеновых кислот). Понятие «нефтепродукты» в гидрохимии условно ограничивается только углеводородной фракцией (алифатические, ароматические, алициклические углеводороды).

Большие количества нефтепродуктов поступают в поверхностные воды при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами. В  результате протекающих в водоеме  процессов испарения, сорбции, биохимического и химического окисления концентрация нефтепродуктов может существенно  снижаться, при этом значительным изменениям может подвергаться их химический состав.

Наиболее устойчивы ароматические  углеводороды, наименее – алканы. Нефтепродукты находятся в различных миграционных формах: растворенной, эмульгированной, сорбированной на твердых частицах взвесей и донных отложений, в виде пленки на поверхности воды. Обычно в момент поступления масса нефтепродуктов сосредоточена в пленке. По мере удаления от источника загрязнения происходит перераспределение между основными формами миграции, направленное в сторону повышения доли растворенных, эмульгированных, сорбированных нефтепродуктов. Количественное соотношение этих форм определяется комплексом факторов, важнейшими из которых являются условия поступления нефтепродуктов в водный объект, расстояние от места сброса, скорость течения и перемешивания водных масс, характер и степень загрязненности природных вод, а также состав нефтепродуктов, из вязкость, растворимость, плотность, температура кипения компонентов. При санитарно-химическом контроле определяют, как правило, сумму растворенных, эмульгированных и сорбированных форм нефти.

Содержание нефтепродуктов в речных, озерных, морских, подземных  водах и атмосферных осадках  колеблется в довольно широких пределах и обычно составляет сотые и десятые  доли мг/дм³.

В незагрязненных нефтепродуктами  водных объектах концентрация естественных углеводородов может колебаться в морских водах от 0,01 до 0,10 мг/дм³ и выше, в речных и озерных водах от 0,01 до 0,20 мг/дм³, иногда достигая 1-1,5 мг/дм³. Содержание естественных углеводородов определяется трофическим статусом водоема и в значительной мере зависит от биологической ситуации в водоеме.

Входящие в состав нефтепродуктов низкомолекулярные алифатические, нафтеновые и особенно ароматические  углеводороды оказывают токсическое  и, в некоторой степени, наркотическое  воздействие на организм, поражая  сердечно-сосудистую и нервную системы. Наибольшую опасность представляют полициклические конденсированные углеводороды типа 3,4-бензапирена, обладающие канцерогенными свойствами. Нефтепродукты обволакивают оперение птиц, поверхность тела и органы других гидробионтов, вызывая заболевания и гибель.

Отрицательное влияние нефтепродуктов, особенно в концентрациях 0,001-10 мг/дм³, и присутствие их в виде пленки сказывается и на развитии высшей водной растительности и микрофитов. В присутствии нефтепродуктов вода приобретает специфический вкус и запах, изменяется ее цвет, рН, ухудшается газообмен с атмосферой.

Гидрохинон. В поверхностные воды гидрохинон попадает со сточными водами производства пластмасс, кинофотоматериалов, красителей, предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

Гидрохинон является сильным  восстановителем. Как и фенол, он обладает слабым дезинфицирующим действием. Гидрохинон не придает воде запаха, привкус появляется при концентрации несколько граммов в 1 дм³; пороговая концентрация по окраске воды составляет 0,2 мг/дм³, по влиянию на санитарный режим водоемов – 0,1 мг/дм³. Гидрохинон при содержании 100 мг/дм³ стерилизует воду, при 10 мг/дм³ – тормозит развитие сапрофитной микрофлоры. В концентрациях ниже 10 мг/дм³ гидрохинон подвергается окислению и стимулирует развитие водных бактерий. При концентрации 2 мг/дм³ гидрохинон тормозит нитрификацию разведенных сточных вод, 15 мг/дм³ – процесс их биологической очистки.

В организме гидрохинон окисляется в бензохинон, который превращает гемоглобин в метгемоглобин тем самым препятствуя связыванию с кислородом.

Метанол. Метанол попадает в водоемы со сточными водами производств получения и применения метанола. В сточных водах предприятий целлюлозно-бумажной промышленности содержится 4,5-58 г/дм³ метанола, производств фенолоформальдегидных смол – 20-25 г/дм³, лаков и красок 2 г/дм³, синтетических волокон и пластмасс – до 600 мг/дм³, в сточных водах генераторных станций работающих на буром, каменном угле, торфе, древесине – до 5 г/дм³.