ВНИМАНИЕ, БЕНЗ(А)ПИРЕН! Канцерогенный бенз(а)пирен как продукт неполного сгорания углеводородов

Реакция образования и риск воздействия

Факт образования бенз(а)пирена как продукта неполного сгорания углеводородов подтверждается посредством проведения cпециального камерального эксперимента в строго контролируемых условиях. При этом основными причинами неполного сгорания углеводородов являются недостаток окислителя (кислорода), пониженная температура в камере сгорания или недостаточное время пребывания продуктов сгорания в ее высокотемпературной зоне. Образование бенз(а)пирена при горении, в частности метана (CH₄), как основного составляющего вещества природного газа (до 70-99%), согласно Н.В. Лаврова и соавторов (1972) описывается реакцией вида:

Установлено, что образование бенз(а)пирена может быть представлено тремя группами реакций, связанных с продуцированием ацетилена (C₂H₂), малых ароматических молекул и дальнейшим ростом ароматических колец. Формирование первого ароматического кольца связано в основном с образованием радикала C₆H₅ и его последующей циклизацией в фенил (-C₆H₅). Дальнейшая циклизация происходит при взаимодействии фенила и молекул ацетилена в ходе последовательных реакций полимеризационного типа.

Бенз(а)пирен может поступать в окружающую среду, например, при возгорании аварийных разливов нефти и нефтепродуктов или сжигании на факельных установках некондиционных газовых и газоконденсатных смесей, образующихся при работе соответствующего оборудования или аварийных сбросах. Именно в этих условиях происходит нерегулируемое горение углеводородов, которое обуславливает их неполное сгорание и, как следствие, образование бенз(а)пирена. Установлено, что более 80% аэротехногенно выделяющегося бенз(а)пирена мигрирует в сорбированном на частицах сажи и пыли состоянии с воздушными потоками, в результате чего данное вещество обнаруживается в достаточно высоких концентрациях на значительных расстояниях (до 5-10 км) от источника загрязнения. Упомянутая здесь сажа (С) представляет собой мелкодисперсное вещество с размером частиц менее 1 мкм и является конечным продуктом неполного сгорания углеводородов.

О высоком геоэкологическом риске загрязнения окружающей среды бенз(а)пиреном свидетельствует его предельно допустимая концентрация (ПДК), разработанная для различных компонентов окружающей среды (табл. 1).

ТАБЛИЦА 1. Содержание бенз(а)пирена в различных компонентах окружающей среды на территории г. Челябинска. В скобках минимальное и максимальное содержание вещества

Между тем нередки случаи загрязнения бенз(а)пиреном атмосферного воздуха и почвы в количествах до десятков раз больше его ПДК, что представляет высокий риск воздействия данного канцерогенного вещества на человека при попадании в его организм через вдыхаемый воздух или пищевые цепи. Так, исследованиями С.А. Мун и соавторов (2006) установлена прямая существенная корреляционная связь (r = 0,81-0,97) между годовыми среднесуточными концентрациями бенз(а)пирена в атмосферном воздухе и стандартизированными показателями заболеваемости раком легких и желудка у мужчин и женщин, а также раком кожи, щитовидной железы и яичников у женщин. Повышение частоты заболеваемости злокачественными новообразованиями пищевода и молочной железы отмечено в некоторых регионах добычи нефти, вследствие загрязнения окружающей среды бенз(а)пиреном. Это не случайно, так как недавние исследования Г.С. Серковской (2011) показали значительное содержание (240-8050 мкг/кг) бенз(а)пирена в нефти различного месторождения. Именно воздействием данного вещества можно также объяснить возникновение рака почки и мочевого пузыря при многолетнем контакте с такими нефтепродуктами как бензин и керосин. Следует отметить, что наибольший риск воздействия бенз(а)пирена на человека создается в густонаселенных районах с плотным размещением предприятий нефтегазовой отрасли.

Загрязнение окружающей среды

В связи с вышесказанным важное значение имеет оценка загрязнения окружающей среды бенз(а)пиреном как продуктом неполного сгорания углеводородов, что необходимо для оперативного принятия профилактических мер, позволяющих максимально избежать риск воздействия данного канцерогенного вещества на человека. В качестве объекта исследования была выбрана территория г. Челябинска, где на предприятиях теплоэнергетики (ГРЭС, ТЭЦ и котельные) сжигается природный газ и топочный мазут. Получаемая в этих условиях информация по образованию бенз(а)пирена и загрязнению данным веществом окружающей среды вполне приемлема для экстраполяции на ситуацию, складывающуюся, например, при возгорании аварийных разливов нефти и нефтепродуктов или сжигании на факельных установках некондиционных газовых и газоконденсатных смесей.

Карта-схема исследуемой территории: I – г. Челябинск; II – г. Копейск; III – водоемы: проточное Шершневское водохранилище (а), озеро Первое (б) и другие озера; IV – участки отбора проб дождевой воды (4), поверхностной воды (1-4), растений (1-4) и почвы (1-12).

С этой целью в районе озера Первое отбирали пробы дождевой воды, в реке Миасс и водотоке, впадающем в озеро Первое – пробы воды (с глубины до 20 см), в прибрежной полосе реки и озера – пробы растений в виде коры тополя серебристого (Populus alba) и надводной биомассы тростника обыкновенного (Phragmites communis), и, наконец, в прибрежной полосе реки Миасс и озера Первое, а также на садово-огородных участках и сельскохозяйственных угодьях в окрестностях города - пробы почвы (из слоя 0-15 см). Далее специально подготовленные пробы в виде их гексановых вытяжек анализировали на содержание бенз(а)пирена хромато-масс-спектрометрическим методом.

Одним из доказательств загрязнения атмосферного воздуха бенз(а)пиреном явилось его обнаружение в дождевой воде в количестве 0,022 мкг/л, что в 4,4 раза превышает ПДК для воды. Это не случайно, так как ранее на исследуемой территории службой Росгидромета было зафиксировано содержание бенз(а)пирена в атмосферном воздухе в количестве 97 ПДК. Данное канцерогенное вещество обнаруживалось также в воде одного из участков реки Миасс в количестве в 2,4 раза больше ПДК, что могло произойти, в частности в результате его поступления в водный объект промышленными стоками. Другим доказательством загрязнения атмосферного воздуха бенз(а)пиреном явилось его обнаружение в многолетней фитомассе - коре тополя, где вещество накапливалось за счет внешнего захвата из воздушной среды. Известно, что кора древесной растительности отличается высоким содержанием липидов (жироподобных веществ) и накапливает на каждый квадратный см поверхности до сотни раз больше липофильного бенз(а)пирена, чем листья. Несколько меньшее содержание бенз(а)пирена обнаруживалось в надводной биомассе тростника, как представителя нижнего яруса местной флоры.

Бенз(а)пирен обнаруживался также в почвах прибрежной полосы реки Миасс и озера Первое, что свидетельствует об аэротехногенном пути поступления данного канцерогенного вещества посредством его выпадения с атмосферными осадками и в адсорбированном на частицах сажи и пыли состоянии (табл. 2).

Миграцию бенз(а)пирена с воздушными потоками на значительные расстояния от источников загрязнения подтверждает факт обнаружения вещества в почвах садово-огородных участков и сельскохозяйственных угодий, находящихся в окрестностях города. При этом максимальное содержание бенз(а)пирена отмечалось на садово-огородных участках южного направления, а минимальное содержание – в западном направлении. Это могло быть обусловлено местами размещения объектов теплоэнергетики и направлениями ветров. Если содержание бенз(а)пирена в почвах садово-огородных участков и сельскохозяйственных угодий превышало ПДК до 13,6 раз, то в почвах прибрежной полосы реки Миасс - до 28,8 раз, а озера Первое – 5,2 раза. Между тем территория, дренируемая рекой Миасс, оказалась более загрязненной бенз(а)пиреном, чем район озера Первое, так как содержание этого вещества в почвах прибрежной полосы реки было больше в 5,6, в коре тополя – в 1,7 и воде – в 2,7 раза.

Таким образом, оценка загрязнения окружающей среды бенз(а)пиреном как продуктом неполного сгорания углеводородов, проведенная на примере территории г. Челябинска, установила высокий риск поступления данного канцерогенного вещества в количествах превышающих его ПДК. Это служит веским основанием, во-первых, для осуществления гигиенического контроля содержания бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, воде и почве, подтверждающего возникновение неблагополучной геоэкологической ситуации, например, в связи с возгоранием аварийных разливов нефти и нефтепродуктов или сжиганием на факельных установках некондиционных газовых и газоконденсатных смесей, во-вторых, для оперативного принятия профилактических мер, позволяющих максимально избежать риск воздействия этого вещества на человека.

ТАБЛИЦА 2. Предельно допустимая концентрация (ПДК) бенз(а)пирена в различных компонентах окружающей среды