Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология продуктов питания. Учебное пособие
.pdf
ния преобразуются в 2,4,5-ТХФ, ПХФ и другие хлорфенолы. Опасность для жителей резко усиливается в тех населенных пунктах, где
помимо природных существуют техногенные источники фенолов. Подобные предприятия расположены в городах, находящихся на берегах
основных рек страны: Волга, Амур, Енисей, Обь, Лена, Кубань и т. д.
7.4. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ДИОКСИНОВЫМИ
ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ
Диоксины являются крайне устойчивыми соединениями – они не
разрушаются кислотами, щелочами, окислителями в некаталитических
условиях, под действием УФ-облучения. Их специфические физические свойства – высокая адгезия к различным поверхностям, биоаккумуляция в жировых тканях и практически полная нерастворимость в
воде – вместе с перечисленными химическими свойствами диоксинов
создают большие трудности для разработки перспективных
методов
борьбы с этими загрязнителями.
Один из эффективных методов борьбы с диоксиновыми загрязнениями –
разработка технологий, исключающих использование хлор-
содержащих окислителей и применение для этих целей пероксидных
соединений и композиций на их основе. В России разработаны новые
бесхлорные дезинфицирующие составы широкого спектра действия на
основе перуксусной кислоты и пероксида водорода, новые технологии
бесхлорной пероксидной отбелки хлопчатобумажных и шерстяных
текстильных изделий в кислых, нейтральных и щелочных средах с использованием перуксусной кислоты
и пероксида водорода, разработаны новые методы синтеза пероксосоединений, которые могут найти
применение в качестве окислителей в различных областях. Ряд аналогичных решений принят и в других странах мира. В Швеции предложен метод получения бездиоксиновой бумаги. Во Франции разработаны антидиоксиновые фильтры. В США, Германии и Японии научились
сжигать отходы
без образования данных ксенобиотиков.
Другим возможным методом разрушения диоксинов может быть
использование для этих целей
высокоэффективных пероксидных
окислителей – диоксиранов, получаемых в результате взаимодействия
соли Каро (КНSO
Радикалами R
) с карбонильными соединениями по схеме (рис. 11).
2
1
и R2 обычно являются CH3 или CF3, однако можно
использовать соединения и с другими заместителями. С использованием этих пероксидных соединений диоксины могут быть окислены до
111
существенно менее вредных продуктов окислительной деструкции по
схеме (рис. 12).
Рис. 11. Схема получения диоксирана – высокоэффективного
пероксидного окислителя
Рис. 12. Схема окисления диоксинов диоксираном
Еще одним способом борьбы с диоксиновыми загрязнениями стало
термическое разложение этих соединений. В Европе для данной
цели используются вращающиеся клинкерные печи, в которых за счет
сжигания природного газа поддерживается температура на уровне
1500 °С. Более совершенен и компактен технологический процесс
плазменного разложения диоксинов, который разработан в 1987 году в
США и уже используется в промышленности.
В России в настоящее время проводятся исследования, направлен-
на создание плазменных технологий разложения диоксинов. Раз-
ные
работаны и изготовлены макетные технологические комплексы, подготовлены специальные плазменные установки совмещенного типа для
разложения диоксинов. Однако положительные результаты по разложению диоксинов в промышленном масштабе с использованием этих
методов пока неизвестны.
Несмотря на достаточную эффективность, вряд ли термические ме-
тоды могут быть
реализованы для удаления диоксинов с поверхности
112
готовой продукции. В этом случае преимущество, видимо, остается за
использованием высокоэффективных пероксидных систем.
Разработки биологических методов разрушения диоксинов в
почве и отходах ведутся в нескольких направлениях. Пока ни один не
может быть признан достаточно эффективным.
Один из них – это
метод разрушения субстрата с помощью энзима,
который выделяют в частности из грибка белой гнили. Грибок оказался
способным к разрушению многих хлорорганических соединений до нетоксичных продуктов. Однако скорость биодеструкции диоксинов этими организмами пока недостаточна.
С целью
экстракции ПХБ из водных растворов применяют водо-
росли некоторых типов. Как оказалось, они способны извлекать ПХБ
из воды на 80…100 %.
Делаются попытки с помощью
генной инженерии приспособить
микроорганизмы, обитающие в почве и на свалках, к разрушению диоксиновых отходов. Недавно в США найден новый способ уничтожения диоксинов с помощью так называемых
экологических бактерий,
поедающих диоксин.
Наряду с разработкой конкретных технических решений, направ-
ленных на снижение диоксинового загрязнения, необходимо иметь
общую стратегию борьбы с данными загрязнителями.
Содержание такой программы должно включать:
проведение анализа на содержание диоксинов в различных объ-
ектах окружающей среды;
создание замкнутых технологических циклов, исключающих по-
тери веществ в окружающую среду;
создание новых технологий, исключающих образование диокси-
новых веществ, новых способов уничтожения мусора и отходов производства;
разработка методов быстрой детоксикации больших площадей;
совершенствование методов очистки и изыскание условий и ка-
тализаторов разложения диоксинов;
закрытие всех диоксиноопасных производств;
замена хлорирования озонированием и УФ-облучением на стан-
циях водоочистки;
постоянные медицинские наблюдения.
Система контроля за содержанием диоксинов в объектах окру-
жающей среды предусматривает:
разработку концепции защиты населения и окружающей при-
родной среды от диоксинов;
113
Промышленное производство
Источники диоксинов
Хлорирование
питьевой
Растения
Газовые
выбросы
фенолы, пестициды
H2O
Почва
Птицы
и млекопитающие
Пища
Жидкие отходы:
хлор-отходы,
Диоксины
Зоопланктон,
рачки, рыбы
Твердые
отходы
Сжигание
Вода,
воздух
Человек
Рис. 13. Схема переноса диоксинов по цепям питания
разработку и внедрение в практику исследовательских и надзор-
ных учреждений аналитических методов обнаружения и количественного определения диоксинов в различных объектах окружающей среды;
разработку экологических нормативов содержания диоксинов в
различных объектах окружающей среды;
114
организацию и проведение экологического мониторинга, выяв-
ление источников и зон диоксиновой опасности, классификацию Российской Федерации по степени загрязнения диоксинами;
разработку и промышленную реализацию технологических схем
по защите окружающей природной среды от поступления диоксинов и
перевод диоксиноопасных производств на безопасные технологии;
реализацию экологических мероприятий по реабилитации за-
грязненных территорий.
Схема переноса диоксинов по цепям питания показана на рис. 13.
Важная роль в устранении опасности загрязнения окружающей
среды диоксинами отводится контролю над их содержанием.
Трудности в определении диоксинов и диоксиноподобных веществ
заключаются в частности в том, что эти соединения присутствуют в
окружающей среде в
ничтожно малых количествах и представлены
различными по составу химическими соединениями. Поэтому их определение требует использования специальных аналитических методов и
сложнейшего оборудования, позволяющих исследовать эти вещества в
количестве 10
–12
г.
Аналитические методы и приборы появились сравнительно недавно. Эти методы включают следующие этапы: экстракция ПХБ из анализируемого образца, очистка полученного экстракта, фракционирование и газохроматографическое определение. Проведение анализа требует дорогостоящего оборудования и определенных навыков работы
на нем.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Какие группы полигалогенированных углеводородов вам из-
вестны?
Укажите источники поступления полигалогенированных углево-
2.
дородов в окружающую среду и продукты питания.
В каких продуктах питания и продовольственном сырье в основ-
3.
ном происходит накопление полигалогенированных углеводородов?
Охарактеризуйте токсическое действие полигалогенированных
4.
углеводородов на организм человека.
Какими способами можно существенно снизить диоксиновое за-
5.
грязнение окружающей среды?
115
8. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИМИ АРОМАТИЧЕСКИМИ
УГЛЕВОДОРОДАМИ (ПАУ)
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – это
большая группа соединений, которые состоят из двух или более соединенных ароматических колец, сформированных исключительно из
углерода и водорода.
Полициклические ароматические углеводороды относятся к наиболее сильным канцерогенным веществам и оказывают отрицательное
действие на живой организм при поступлении с пищей, при вдыхании
с воздухом и при контакте с кожными
таких ПАУ, как бенз(а)пирен (БП), чтобы вызвать опухоли у различных видов животных.
В настоящее время идентифицировано более 200 представителей
данной группы соединений. К наиболее активным канцерогенам относят бенз(а)пирен, дибенз(а,h)антрацен, дибенз(a,i)пирен; к умеренно
активным – бенз(h)флуорантен; к менее активным – бенз(е
бенз(а)антрацен, дибенз(а,с)антрацен, хризен и др.
Самый известный и стабильный представитель ПАУ – бенз(а)пирен. Канцерогенная активность реальных сочетаний полициклических
ароматических углеводородов на 70…80 % обусловлена бенз(а)пиреном. Поэтому по его присутствию в пищевых продуктах и других объектах можно судить об уровне их
ной опасности для человека.
загрязнения ПАУ и степени онкоген-
покровами. Достаточно 0,1 мг
)пирен,
8.1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ИСТОЧНИКИ ПАУ
ПАУ относительно мало растворяются в воде, но хорошо – в жирах. Почти все количество ПАУ попадает в окружающую среду в результате прямых выбросов в атмосферу из природных и антропогенных источников, причем основные выбросы связаны с деятельностью
человека. Ежегодно в биосферу поступают тысячи тонн бенз(а)пирена.
116
ПАУ образуются в результате:
лесных пожаров и извержения вулканов;
сжигания древесины в бытовом секторе;
выбросов от промышленных энергетических установок;
сжигания отходов;
производства асфальта, каменноугольной смолы, кокса;
каталитического крекинга нефти и первичного производства
алюминия;
выхлопов автомобильных бензиновых и дизельных двигателей,
воздушного, водного транспорта.
Установлено, что только за 1 минуту работы газотурбинный двигатель современного самолета выбрасывает в атмосферу 2…4 мг БП.
В атмосферу от этого источника поступает ежегодно 5000 тонн БП.
Важнейшее звено распространения ПАУ в окружающей среде –
воздух. На небольших расстояниях от источника ПАУ присутствуют в
атмосфере в газообразном состоянии или в форме адсорбированных
частиц с относительно низкими темпами распада. Мелкие частицы могут оставаться в воздухе в течение нескольких дней или более и переноситься на дальние расстояния. Фоновый уровень БП (за исключением лесных пожаров) может
время среднегодовые концентрации БП в воздухе большинства городов укладываются в диапазон 1…10 нг/м
быть практически нулевым. В настоящее
3
. Очень высокие концентра-
ции БП возможны в воздухе рабочей зоны.
Наряду с загрязнением ПАУ в атмосфере протекают процессы самоочищения от них: разбавление, деструкция вследствие воздействия
УФ-излучения атмосферного озона, а также вымывание осадками и
осаждение с адсорбировавшими ПАУ частицами. Последние два процесса, очищая атмосферу от ПАУ, приводят к
загрязнению ими водое-
мов, почвы и поверхности растений.
Почва содержит ПАУ природного и техногенного происхождения.
Кроме атмосферных выбросов источниками техногенного загрязнения
почвы ПАУ могут быть применяемые для орошения промышленные
сточные воды, удобрения и пестициды, в которых ПАУ могут содержаться в виде примесей.
Размеры аккумуляции ПАУ в почве незначительны. Часть поступивших в почву ПАУ смывается с осадками в лежащие
глубже горизонты, но не далее 1…1,5 м. Наиболее мощный механизм самоочищения – деструкция ПАУ микрофлорой (грибами, микробами). Причем
117
чем регулярней в почву поступают ПАУ, тем более выражена самоочищающаяся способность почвы за счет размножения соответствующих микроорганизмов. При интенсивном загрязнении почва самоочищается от БП (до естественного фона – 10 мкг/кг) лишь через 2…4 года. В сельской местности средний уровень загрязненности почв разного типа составляет 1…3 мкг/кг, а в
индустриальных районах он возрастает. Так, в пробах, отобранных на расстоянии 200 м от ТЭЦ, определялось БП 1600 мкг/кг, на расстоянии 1000 м – 400 мкг/кг, 5000 м –
76 мкг/кг.
Причиной загрязнения ПАУ
водоемов становятся главным образом
промышленные сточные воды, в которых концентрация БП может достигать 1…50 мкг/л. В незагрязненных природных водах, например
артезианских, концентрация БП составляет около 0,001 мкг/л, в грунтовых – 0,001…0,01 мкг/л, в речной и озерной слабо загрязненной воде – 0,01…0,025 мкг/л, сильно загрязненной – 0,025…0,1 мкг/л и более.
Ароматические углеводороды –
наиболее токсичные компоненты
нефти. Первые сообщения о влиянии нефтяного загрязнения на обитателей водной среды начали появляться еще в конце XIX века. В России
это были работы, связанные с ущербом рыбному хозяйству Волги,
обусловленным интенсивным загрязнением ее бассейна нефтепродуктами. Циклические углеводороды представлены в нефти нафтеновыми
и ароматическими углеводородами. Содержание в нефти
ароматических углеводородов колеблется от 5 до 40 %. В концентрации, равной
всего 1 %, они убивают в воде все растения. Нефть, содержащая от
30 до 40 % ароматических углеводородов, значительно угнетает рост
высших растений.
Ароматические углеводороды трудно поддаются разрушению.
Главный фактор деградации полициклических ароматических углеводородов в окружающей среде, особенно в воде и воздухе, – это фото-
, инициированный ультрафиолетовым излучением. ПАУ наиболее
лиз
чувствительны к фотолизу, так как активно поглощают энергию света.
Свет ускоряет и другие процессы деградации веществ: гидролиз и
окисление. В свою очередь наличие в средах фотооксидантов, таких
как озон, окислы азота, формальдегид, акролеин, органические перекиси, существенно ускоряет процесс фотолиза других поллютантов (показано для
ПАУ). Таким образом уменьшается количество зараженных
рыб и морепродуктов.
ПАУ могут накапливаться в донном песке, отложениях и различных водных организмах: водорослях, планктоне, рыбах и моллюсках.
118
В питьевой воде наблюдались концентрации БП от 0,1 до 23,
3
4 мкг/дм
. В группу приоритетных ПАУ для природных поверхностных
вод входят сильно канцерогенные 3,4-бензфлуорантена и 3,4-бензпирен,
слабые канцерогены 11,12-бензаперилен и 2,3-о-фениленпирен, а также неканцерогенные, но токсичные флуорантен и 11,12-бензфлуорантен. Оценка степени загрязнения окружающей среды ПАУ приводится
в табл. 24.
Таблица 24
по уровню, мкг/кг или мкг/л
Объект изучения
Почва 1…3, до 10 До 20…30 31…100 >100
Растительность 0,01…1 До 10 11…20 >20
Вода – До 0,005 До 0,01 >0,01
Объекты водной среды:
донный песок
высшие водные растения
Атмосферный воздух
(мкг/100 м
в городах
3
)
Фоновое
содержание
–
–
0,00005…
0,0015
0,005…0,05
Умеренная Значительная Большая
До 20…30
До 15…20
Степень загрязнения
До 100
До 0,2
0,3
0,3…1,0
До 50
–
>100
>50
>1,0
–
Накопившийся в почве бенз(а)пирен может переходить через корни
в растения, т. е. растения загрязняются не только оседающей из воздуха пылью, но и через почву. В наземных органах и листьях протекают
процессы деструкции БП. Накопление БП в растениях незначительное.
Обычно в зеленой части растений (стебли, листья) уровень БП на
порядок больше, чем в семенах, а в оболочке плодов и зерен на 10…30 %
выше, чем в сердцевине. По степени накопления БП в съедобных частях растений культуры располагаются в следующем порядке: салат >
редис > картофель > морковь > капуста > огурцы > пшеница. Для каждой культуры существует своя критическая концентрация БП в почве
. е. та, при которой начинает значительно возрастать его содержание
(т
в растениях). Однако, если концентрация БП в почве не превышает
200 мкг/кг, то не наблюдается выраженного накопления его в растениях.
Часто доминирующее значение имеет воздушно-пылевое загряз-
нение ПАУ сельскохозяйственных культур. Они могут прочно удер-
119
живаться на листьях и плодах и вследствие растворимости в липоидах проникать затем в восковидный слой кутикулы. Данные о содержании БП в неподвергнутых обработке растительных продуктах
убеждают в сравнительно невысоком его уровне. В пищевом сырье,
полученном из экологически чистых растений, концентрации БП составляют 0,03…1 мкг/кг. Мойка плодов и овощей
удаляет с пылью до
20 % ПАУ. Незначительная часть углеводородов может быть обна-
ружена и внутри плодов.
Содержание БП в рыбах в среднем составляет 0,2…0,5 мкг/кг.
В организме рыб БП подвергается метаболическим превращениям, но
около 10 % его остается в тканях. Поэтому в загрязненных участках
рек концентрация БП в теле рыб достигает 5…70 мкг/кг
и более.
Наибольшее количество БП накапливается в тканях жирных рыб, ведущих придонный образ жизни. Незначительно содержание БП и в
продуктах животного происхождения – молоке и свежем мясе. В основном в организм животных ПАУ поступают с кормом.
Способ и условия термической обработки пищевых продуктов
существенно влияют на накопление БП. В продукты питания БП может поступать в процессе обжаривания, сушки и копчения.
Жарение лишь немного увеличивает концентрацию БП в продукте,
а копчение – значительно. Так, при правильном обжаривании кофе в
зернах образуется 0,3…0,5 мкг/кг БП, а в солодовом кофе, поджаренном при непосредственном
контакте с дымом, выявлено 15…16 мкг/кг.
Развитие неконтролируемых процессов неполного окисления приводит
к тому, что в копченых продуктах (мясо, рыба, колбаса) содержание
бенз(а)пирена может превышать безопасные нормы. Продукты домашнего копчения могут содержать БП более 50 мкг/кг. При копчении в
наружной части продукта БП в несколько раз больше, чем
во внутренней. При хранении происходит миграция БП из наружных слоев во
внутренние. Поэтому рекомендуется сокращать сроки хранения копченостей.
Также ПАУ образуются при пиролизе жира, капающего на древесный уголь и попадающего в мясо с дымом при копчении. В подгоревшей корке хлеба обнаружено БП до 0,5 мкг/кг, подгоревшем
бискви-
те – до 0,75 мкг/кг.
Высокие концентрации БП встречаются в растительных маслах –
10…30 мкг/кг. Вероятнее всего, загрязнение происходит в процессе
получения масла, так как для его экстракции применяют эмульгатор
или бензин.
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]