Экотоксикология нефти и здоровье человека
Экотоксикология нефти и здоровье человека
С. Л. Давыдова, доктор химических наук
Разве должно быть иначе:
Мы платим за все, не нужно и сдачи.
И. Бродский
1 Материалы Всероссийской научной конференции «Влияние
загрязнения окружающей среды на здоровье человека» / Под ред. Гичева Ю.П. —
Новосибирск, 2002.
Все процессы в биосфере взаимосвязаны, и человек всего
лишь незначительная часть биосферы, хотя и называет себя Homo Sapiens (человек
разумный). Разум выделил человека из животного мира, дав ему огромное
преимущество. Но на протяжении веков мы стремились не приспособиться к
природной среде, а сделать ее удобной для своего существования. Только за
последние полвека пришло осознание того, что любая деятельность человека
оказывает негативное влияние на окружающую среду, а ухудшение ее состояния
опасно для всех живых существ, в том числе и для него самого. Увы, в настоящее
время хозяйственная деятельность человека все еще остается основным источником
загрязнения биосферы. Различные газообразные, жидкие, твердые химические
вещества, находящиеся в сырье и отходах, попадая в почву, воздух или воду,
переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую и оказываются в конце
концов в организме человека1.
Человек загрязняет атмосферу в течение тысячелетий.
Однако последствия от употребления дров, древесного угля в раннем периоде были
незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешает дыханию, что сажа
ложится черным покровом на стенах жилища. Само загрязнение воздуха не
представляло проблемы, ибо люди обитали небольшими группами в обширной
нетронутой природной среде. Так было вплоть до начала XX в. За последнюю сотню
лет при развитии промышленности появились такие производственные процессы, последствия
которых человек не мог предвидеть. Возникли города- миллионеры Мехико, Шанхай,
Каир, Дели, Нью-Йорк с населением порядка 20 млн. чел., рост которых теперь уже
нельзя остановить. Практически все города России с населением более миллиона
человек (включая Санкт-Петербург и Москву) должны быть отнесены к I или II
категориям («наиболее высокое» и «очень высокое») экологического
неблагополучия.
Медики и экологи установили прямую связь между ростом
числа людей, болеющих аллергией, бронхиальной астмой, раком и другими
заболеваниями, и ухудшением экологической обстановки в данном регионе.
Вещества, загрязняющие природную среду, разнообразны.
В зависимости от своей природы, концентрации, времени действия на организм
человека они могут вызывать самые неблагоприятные последствия. Кратковременное
воздействие небольших концентраций таких веществ может вызывать головокружение
и тошноту. Попадание в организм человека больших концентраций может привести к
потере сознания, острому отравлению и даже к смерти. Примерами подобного
действия могут являться смог от выхлопа машин, образующийся в крупных городах в
безветренную погоду, или аварийные выбросы в атмосферу от нефтедобывающих и
нефтеперерабатывающих предприятий. Признаками хронического отравления являются
нарушение нормального поведения и привычек, а также нейропсихические
отклонения: быстрое утомление или чувство постоянной усталости, сонливость или
бессонница, апатия, ослабление внимания, рассеянность, сильные колебания
настроения.
Атмосферные загрязнители разделяют на первичные
(поступающие непосредственно в атмосферу) и вторичные (являющиеся результатом
превращения последних в атмосфере). Так, поступающий при нефтепереработке
сернистый газ SO2 окисляется в атмосфере до серного ангидрида SO3, который
взаимодействует с парами воды и образует серную кислоту. Подобным образом в
результате химических, фотохимических, физико- химических реакций между
загрязняющими веществами и компонентами атмосферы образуется большое количество
веществ. Главными источниками загрязнения на планете являются сегодня тепловые
электростанции, нефтехимические предприятия, котельные установки, потребляющие
более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива, — они-то и дают
основные вредные вещества пирогенного происхождения.
2 Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Нефть как топливный
ресурс и загрязнитель окружающей среды. — М.:Изд-во РУДН,2004.
Предприятия нефтяной отрасли при соответствующих
условиях загрязняют окружающую среду множеством опасных веществ разной
токсикологической значимости. В качестве загрязнителей, помимо собственно
природных углеводородов и продуктов их переработки, рассматриваются также
катализаторы, ингибиторы, щелочи и кислоты. К этому списку нужно добавить и
вещества, образующиеся при химическом превращении нефтей и нефтепродуктов, а
также поверхностно-активные и иные вспомогательные вещества, применяемые при
добыче и переработке сырой нефти2.
Токсичность нефтепродуктов и выделяющихся из них газов
определяется, главным образом, сочетанием углеводородов, входящих в их состав.
Тяжелые бензины являются более токсичными по сравнению с легкими, а токсичность
смеси углеводородов выше токсичности ее отдельных компонентов. Значительно
возрастает токсичность нефтепродуктов при переработке сернистых нефтей.
Наиболее вредной для организма человека является комбинация углеводорода и
сероводорода. В этом случае токсичность проявляется быстрее, чем при
изолированном их действии.
Все углеводороды влияют на сердечно-сосудистую систему
и на показатели крови (снижение содержания гемоглобина и эритроцитов), также
возможно поражение печени, нарушение деятельности эндокринных желез.
Особенности воздействия паров нефти и ее продуктов связаны с ее составом.
Нефть, бедная ароматическими углеводородами, по своему действию приближается к
бензиновым фракциям. Большое воздействие оказывает жидкая нефть на кожу,
вызывая дерматиты и экземы.
При попадании паров автомобильного бензина через
дыхательные пути или в результате всасывания в кровь из желудочно-кишечного
тракта, происходит частичное растворение жиров и липидов организма. Бензин
поражает центральную нервную систему, может вызвать острые и хронические
отравления, иногда со смертельным исходом. Все виды бензина обладают выраженным
действием на сердечно-сосудистую систему. Раздражение рецепторов вызывает
возбуждение в коре головного мозга, которое вовлекает в процесс подавления
органы зрения и слуха. При остром отравлении бензином состояние напоминает
алкогольное опьянение. Оно наступает при концентрации паров бензина в воздухе
0.005-0.01 мг/м3. При концентрации 0.5 мг/м3 смерть наступает почти мгновенно.
В результате частых повторных отравлений бензином развиваются нервные
расстройства, хотя при многократных воздействиях небольших количеств может
возникнуть привыкание (понижение чувствительности).
Общее действие керосина сходно с действием бензина,
хотя раздражающее влияние его паров на слизистые ткани значительно сильнее. По
токсическим концентрациям пары керосина близки к парам бензина, но они
воздействуют и на кожу подобно мазутам, газойлям, смазкам, вызывая дерматиты и
экземы.
Предельные углеводороды химически наиболее инертны, но
все же являются токсикантами. С увеличением числа атомов углерода сила
наркотического воздействия их растет, зато собственное воздействие ослабляется
ничтожной растворимостью в воде и крови. Характерна неустойчивость реакций
центральной нервной системы, возникающая под влиянием паров углеводородов. Это
проявляется не только при высоких, но и при низких (пороговых) концентрациях.
Токсичность усиливается в присутствии H2S и при повышении температуры.
Природный газ обычно рассматривается как безвредный,
но по действию он идентичен влиянию предельных углеводородов, и главная
опасность его связана с удушьем при недостатке кислорода. Это может происходить
при большом содержании СИ, в воздухе, когда парциальное давление и удельное
содержание кислорода резко уменьшаются. Природные газы, содержащие H2S, очень
токсичны. Известно большое число смертельных отравлений такими газовыми
смесями. Освобожденный от H2S природный газ при концентрациях около 20% не дает
токсического эффекта.
Сероводород H2S — газ с неприятным запахом, который
ощущается даже при незначительных концентрациях (10-6 моль/л), хотя прямой
пропорциональности между его концентрацией и интенсивностью запаха не наблюдается.
Плотность H2S по отношению к воздуху составляет 1.912, ввиду чего он
скапливается в низких местах (ямах, колодцах, траншеях). Он легко растворяется
в воде и переходит из свободного в растворенное состояние. В организм
сероводород поступает через органы дыхания и в небольших количествах через кожу
и желудок. Он реагирует при соприкосновении с влажной (слабо щелочной)
поверхностью слизистых оболочек, и образующиеся сульфиды оказывают прижигающее
действие.
H2S действует на центральную нервную систему,
окислительные процессы и кровь. В небольших количествах сероводород угнетает
центральную нервную систему, в умеренных — возбуждает, в больших — вызывает
паралич дыхательного и сосудистого центров. H2S оказывает также отрицательное
воздействие на механизмы окислительных процессов, снижает способность крови
насыщаться кислородом. При хроническом отравлении H2S способность гемоглобина к
поглощению кислорода уменьшается до 80-85%, при остром — до 15%, наблюдается и
снижение окислительной способности тканей. Привыкания к сероводороду не
наступает, но повышается чувстви тельность. После перенесенных легких
отравлений повторные становятся возможны при меньших его концентрациях. При
комбинированном воздействии в сочетании с различными углеводородами может
изменяться характер его токсического влияния. Суммарный эффект комбинированного
действия смеси из отдельных компонентов превосходит сумму действия этих
компонентов в отдельности (так называемое синергическое действие).
Органические меркаптаны RSH — высокотоксичные
соединения. Они образуются при термическом воздействии на содержащуюся в нефти
серу. Меркаптаны обнаруживаются в воздухе нефтегазопромысловых и
перерабатывающих заводов в меньших концентрациях, чем сероводород. Меркаптаны
обладают ярко выраженным специфическим запахом, благодаря чему они могут быть
обнаружены в воздухе даже при концентрации 2 · 10-9 мг/м3, поэтому их
используют для одорирования природного газа.
Диоксид серы SO2 — бесцветный газ с резким запахом,
раздражает дыхательные пути, образуя на влажной их поверхности серную и
сернистую кислоты. Порог раздражающего действия диоксида серы находится на
уровне 20 мг/м3, но острое токсичное действие оказывают более высокие его
концентрации. При концентрации 20-60 мг/м3 SO2 влияет на слизистые дыхательных
путей и глаз, при 120 мг/м3 вызывает одышку. Человек может переносить это
только в течение 3 мин. При воздействии в течение 1 мин в концентрации 300
мг/м3 человек теряет сознание.
Доказана зависимость частоты острых респираторных
заболеваний и хронических заболеваний легких у взрослых и детей от загрязнения
атмосферного воздуха именно диоксидом серы. Порог рефлекторного действия на
состояние коры головного мозга лежит на уровне 0.6 мг/м3.
Большинство людей ощущают запах газа в концентрации
2.6 мг/м3, а наиболее чувствительные — 1.6 мг/м3 Таким образом, ПДК 0.5 мг/м3
SO2 лежит ниже порога ощущения запаха и рефлекторного влияния на дыхание. При
одновременном присутствии в воздухе SO2 и SO2 ПДК обоих веществ соответственно
снижается. Токсичность SO2 резко возрастает при одновременном воздействии SO2 и
СО.
При концентрации сернистого ангидрида в воздухе 26
мг/м3 хвойные деревья погибают в течение нескольких часов; при 5.2-25.0 мг/м3
наблюдается острое отравление хвойных и лиственных пород, а при 1.8-5.2 мг/м3
происходит хроническое их отравление.
Диоксид азота NO2 — красно-бурый газ с удушливым
запахом, легко сжижается при температуре (-20)°С в бурую жидкость. При
температуре выше 140°С начинает распадаться на NO и O2, а при температуре 600°С
распадается полностью. Диоксид азота воздействует непосредственно на
дыхательные ткани и препятствует работе легких. При продолжительном нахождении
в среде с концентрацией NO2 0.8-5 мг/м3 развиваются хронический бронхит,
эмфизема легких и астма. Повышение содержания оксидов азота в воздухе действует
не только на людей , но и на весь растительный мир. Воздействие на окружающую
среду кислотных дождей, представляющих собой слабые растворы серной и азотной
кислот, вызывает закисление почв и снижение продуктивности сельскохозяйственных
и садовых угодий.
Высокоопасными (санитарный класс 2) ядовитыми
компонентами нефти и газа являются меркаптаны, оксиды азота, сероводород;
умеренно опасными — метанол. Диоксид серы относится к санитарному классу 3.
Оксиды углерода и все предельные углеводороды относятся к малоопасным
(санитарный класс 4). Чрезвычайно опасными (санитарный класс 1) являются
ванадий, никель и другие тяжелые металлы нефтей.
По характеру воздействия на человека токсиканты
нефтепромышленности разделяют на три вида: 1) нервные (тяжелые углеводороды,
сероводород, меркаптаны, тетраэтилсвинец); 2) раздражающие (оксиды азота и
серы); 3) кровяные (монооксид углерода, образующий стойкий карбоксигемоглобин).
Человек, как и другие виды живых организмов, способен
адаптироваться к условиям окружающей среды. Адаптацию человека к новым
природным и производственным условиям можно охарактеризовать как совокупность
социально-биологических свойств и особенностей, необходимых сегодня для
устойчивого существования организма в конкретной экологической среде. И жизнь
каждого человека можно рассматривать как постоянную адаптацию, хотя наши
способности к этому имеют определенные границы (как и способность
восстанавливать свои физические и душевные силы).
В настоящее время значительная часть болезней человека
связана с ухудшением экологической обстановки в среде его обитания:
загрязнениями атмосферы, воды и почвы, в том числе и нефтепродуктами.
Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека
испытывает состояние напряжения. Напряжение — это мобилизация всех механизмов,
обеспечивающих определенную деятельность организма человека. В зависимости от
величины нагрузки, степени подготовки организма, его функционально-структурных
и энергетических ресурсов, снижается возможность функционирования организма на
заданном уровне, наступает утомление.
При утомлении здорового человека может происходить
перераспределение возможных резервных функций организма, и после отдыха могут
вновь появиться силы. Люди способны переносить самые суровые природные условия
в течение относительно продолжительного времени. Однако человек, не привыкший к
этим условиям и попадающий в них впервые, оказывается в значительно меньшей
степени приспособленным к жизни в незнакомой среде, чем ее постоянные обитатели.
Способность адаптироваться к новым условиям у разных
людей неодинакова. Так, у многих людей при дальних авиаперелетах с быстрым
пересечением нескольких часовых поясов, а также при сменной работе возникают
такие неблагоприятные симптомы, как нарушение сна, падает работоспособность.
Среди людей можно выделить два крайних адаптивных типа человека. Первый из них
— спринтер, характеризующийся высокой устойчивостью к воздействию
кратковременных экстремальных факторов и плохой переносимостью длительных нагрузок.
Обратный тип — стайер.
Интересно, что в некоторых регионах страны среди
населения преобладают люди типа «стайер», что явилось результатом длительных
процессов формирования популяции, адаптированной к местным условиям. Все
сказанное относится и к адаптации людей, проживающих в районах нефтедобычи и
нефтепереработки.
Одним из самых тяжелых химических токсикантов XX в.
стали и продолжают быть свинцовые добавки к автомобильному топливу. Основными
антропогенными источниками поступления свинца в окружающую среду ранее
считались свинцовые краски и литеры, свинецсодержащие пестициды (теперь
запрещены), почва вокруг некоторых промышленных предприятий. Главным источником
загрязнения окружающей среды свинцом к настоящему времени является
автомобильное топливо. Автотранспорт выносит в атмосферу до 80% и более общего
поступления свинца.Использование этилированного бензина с высоким содержанием
свинца приводит к повсеместному загрязнению атмосферного воздуха.
В современных городах, перегруженных автотранспортом, концентрация
свинца в атмосфере превышает фоновые значения в несколько десятков раз, а в
уличной пыли содержится его иногда до 1000 мкг/кг почвы. Оксиды и соли тяжелых
металлов со временем почти не разрушаются, они постепенно накапливаются в среде
обитания человека. Из атмосферы через почву и воды ионы РЬ+4 мигрируют в
растения, а из них по пищевым цепям в организмы животных и человека. Сейчас уже
достоверно известно, что алкилированию под действием бактерий (как аэробных,
так и анаэробных) и почвенных грибов подвержен и свинец, который способен
переходить в высокотоксичные, очень летучие и гибельные для живого организма
формы (даже в нанограммовых количествах). И накопление в природе свинца
приводит ко все возрастающему количеству его токсичных соединений в
биологических объектах. К 2000 г. количество автомобилей на земном шаре
увеличилось примерно в 1.5 раза (в России — в 4 раза). Усугубился и выброс
свинца с выхлопными газами, что представляет серьезную угрозу для человека,
особенно для детей.
|
Мифы и реальности перехода
на неэтилированный бензин
Мифы
Реальности
Свинцовое отравление не
является проблемой, заслуживающей внимания
Воздействие свинца на
здоровье человека чрезвычайно опасно и не подлежит сомнению
Применение этилированного
бензина не является причиной свинцовых отравлений
Прямое соотношение между
масштабами применения этилированного бензина и содержанием свинца в крови
человека хорошо известно
Старые автомобили не могут
использовать неэтилированный бензин
Интенсивные исследования и
практический опыт подтверждают, что все автомобили могут работать на
неэтилированном бензине
Единственный заменитель
свинца — бензол является известным канцерогеном
Добавки к бензину
большинства известных заменителей тетраэтил свинца делают неэтилированный
бензин более безопасным (по сравнению с этилированным)
Переход на неэтилированный
бензин требует огромных материальных затрат
Переход на неэтилиро ванный
бензин экономически эффективен для владельцев автомоби лей,
нефтеперерабатывающих предприятий и общества в целом
Переход на неэтилированный
бензин — практически неосуществимая задача для развивающихся стран
Переход на неэтилированный
бензин несет в себе реальные преимущества именно для развивающихся стран
Похожие работы на - Экотоксикология нефти и здоровье человека
|