Слайд 1
ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ХИМИЮ
АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
ФАРМПОЛЛЮТАНТЫ
Слайд 2ПЛАН
1. Предмет и задачи экологической химии (ЭХ).
2. Экологические факторы.
3.
Природная среда.
4. Антропогенное загрязнение природной среды.
5. Фармацевтические поллютанты.
Слайд 3Экология - это наука о взаимодействии живых организмов и среды
их обитания.
Слайд 4Экологическая химия - это наука , изучающая химическую основу экологических
явлений. Точнее: ЭХ - наука об антропогенных (вызванных деятельностью человека)
загрязнениях и механизмах их превращений в окружающей среде, а также о последствиях этих превращений.
Слайд 5ЭХ тесно связана с такими науками, как биология, фармакология, аналитическая
химия, биологическая химия, геология, сельскохо-зяйственные науки и др.
Слайд 6Задачи ЭХ
1. Разработка новых химических технологий, имеющих минимальное негативное влияние
на окружающую среду.
2. Создание технологий утилизации и обезвреживания разного вида
отходов, методов очистки сточных вод и восстановления загрязненных почв.
Слайд 73. Разработка критериев и нормирование содержания вредных веществ в окружающей
среде.
4. Конструирование новых экологически безопасных материалов для использования в технике,
медицине, косметике, сельском хозяйстве и др. отраслях деятельности человека.
Слайд 8Основные разделы ЭХ
Исследование распространения в окружающей среде загрязняющих веществ и
продуктов их превращений.
Слайд 9Исследование проблем глобальных и региональных изменений, происходящих в результате антропогенного
нарушения естественного химического равновесия (кислотные дожди, смог и др.).
Изучение
особо опасных загрязнителей (тяжелые металлы, диоксины и др).
Слайд 10Экологические факторы
Экологические факторы (ЭФ) - это условия среды, оказывающее прямое
или косвенное влияние на живые организмы.
По происхождению ЭФ делятся на
3 группы:
Слайд 11Абиотические, т.е. факторы неживой природы
климатические: температура и влажность воздуха,
давление воздуха;
эдафические: механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический
состав почвы;
орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона
Слайд 12 химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность
физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного
излучения
Слайд 13Биотические - факторы, связанные с деятельностью живых организмов:
фитогенные - влияние растений
микогенные - влияние грибов
зоогенные - влияние животных
микробиогенные - влияние микроорганизмов
Слайд 14Антропогенные - факторы, связанные с деятельностью человека:
физические: использование атомной энергии,
перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации
химические: использование
минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта
Слайд 15биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой
обитания или источником питания
социальные: связаны с отношениями людей и
жизнью в обществе.
Слайд 16Природная среда
Термин «природная среда», в трактовке Н.Ф. Реймерса - это
комплекс абиотических и биотических сред, влияющий на человека и его
хозяйство
Слайд 17Природная среда включает 4 составные части: атмосфера, литосфера, гидросфера и
биосфера.
Слайд 18Атмосфера - это внешняя газовая оболочка Земли, гидросфера - водная
сфера, литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, включающая грунты и
почвы, биосфера - оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (15–20 км), верхнюю часть литосферы и всю гидросферу.
Слайд 19Антропогенное загрязнение природной среды – это изменение природной среды в
результате деятельности человека.
Под влиянием хозяйственной деятельности человека биомасса природной
растительности континентов уменьшилась на 25%.
Слайд 20Наиболее опасные токсиканты
К наиболее опасным загрязняющим окружающую среду компонентам относятся:
соединения
тяжелых металлов,
радионуклиды,
3. многие органические вещества, в первую очередь –
полиядерные и полихлорированные.
Слайд 21Соединения тяжелых металлов
Решением Европейской экономической комиссии ООН в группу наиболее
опасных (и приоритетных для целей наблюдения, контроля и регулирова-ния) тяжелых
металлов включены: ртуть, свинец, кадмий, хром, марганец, никель, кобальт, ванадий, медь, железо, цинк, сурьма, а также мышьяк и селен.
Слайд 22Большинство из этих металлов, за исключением цинка, кадмия, ртути и
свинца, относятся к d – элементам. Наличие вакансии в электронных
оболочках d – элемен-тов обуславливает легкость их включения в комплексные соединения, в том числе и с биолигандами.
Слайд 23 В составе комплекса с биомолекулами они участвуют в
переносе кислорода, алкильных групп и во многих других жизненно важных
процессах и реакциях. Однако индивидуальная потребность организмов в тяжелых металлах очень мала. Поэтому поступление из внешней среды избыточных количеств этих элементов приводит к различного рода токсическим эффектам.
Слайд 24Особенно опасными оказываются металлы, не входящие в состав биомолекул: ртуть,
кадмий и свинец. Они образуют прочные соединения с концевыми тиогруппами
белков, и поэтому их называют тиоловыми ядами. Попадание больших количеств ртути в организм приводит к тяжелым нарушениям в ЦНС (болезнь Минамата). Нейротоксическое действие также оказывают соединения свинца. Кадмий вызывает нарушение кальциевого обмена (болезнь итай-итай).
Слайд 25Тяжелые металлы
в атмосфере
Основным антропогенным источником атомов тяжелых металлов для
атмосферы служат промышленные предприятия и автотранспорт.
Главным механизмом очистки атмосферы от
соединений тяжелых металлов является гравитационное осаждение - сухое и влажное.
Слайд 26Тяжелые металлы в водной среде
В водные экосистемы атомы тяжелых металлов
поступают из почв и горных пород в резуль-тате:
1) химического
и микробиологического выщелачивания минералов,
2) с паводковыми и дождевыми водами,
3) при осаждении из атмосферы пылевых частиц и аэрозолей.
Слайд 27В природных водах атомы тяжелых металлов присутствуют в ионных и
молекулярных формах. Формы миграции атомов тяжелых металлов в водных средах:
истинно растворенная, взвешенная и коллоидная.
Слайд 28Важную роль в миграции атомов тяжелых металлов играют растворенные в
воде органические соединения – гуминовые и фульвокислоты, аминокислоты и белковоподобные
вещества. В природных поверхностных водах высокой цветности в качестве основных миграционных форм тяжелых металлов выступают комплексы с гумусовым компонентом.
Слайд 29Ионы тяжелых металлов могут быть включены в состав неорганических полифункциональных
сорбентов – взвесей и коллоидов.
Слайд 30Органические загрязняющие компоненты
В настоящее время в постоянном пользовании человека находится
около 120 тыс. синтетических органических соединений. Многие из них не
входят в естественный биологический круговорот и поэтому причисляются к категории ксенобиотиков, т.е. соединений, чуждых жизни.
Слайд 31Часть из этих соединений обладает нежелательной устойчивостью (персистентностью) к биотическим
и абиотическим факторам и поэтому может обуславливать загрязнение природной среды
на крупнорегиональном и даже глобальном уровнях.
Слайд 32Загрязнение атмосферы органическими соединениями
Интенсивное изучение состава микропримесей атмосферы в 1970
– 1980-х гг. позволило установить постоянное присутствие в ней тысяч
органических соединений.
Слайд 33Наиболее подробно изучен состав летучих органических компонентов воздуха городов. Главный
источник загрязнения - автомобильный транспорт.
1. Основная фракция летучих компонентов воздуха
– токсичные ароматические углеводороды (бензол и его гомологи),
Слайд 342. летучие карбонильные соединения (формальдегид, ацетон, бензальдегид и др.),
3. низшие
спирты,
4.карбоновые кислоты,
5.некоторые дурнопахнущие сернистые и азотсодержащие соединения.
Слайд 35Аэрозольная составляющая воздуха городов
Более 500 органических соединений: алициклические, циклические
и полициклические углеводороды, производные углеводородов – альдегиды, кетоны, спирты, кислоты
и их эфиры, серо-, азот-, и галогенсодержащие соединения. Наибольшее внимание из всех этих соединений привлекают полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ), поскольку многие из них относятся к канцерогенным веществам.
Слайд 36Органические загрязняющие вещества в поверхностных водах
Разнообразие и большая численность загрязняющих
поверхностные воды веществ делают практически невозможным контроль над содержанием каждого
из них.
Слайд 37Поэтому выделяют группу приоритетных загрязняющих веществ. Например, в «черный список»,
составленный в начале 1980 гг. Агентством по охране окружающей среды
европейского сообщества, входит около 180 соединений.
Слайд 38Основную часть из них составляют различные пестициды, хлор- или бромфенолы,
хлоранилины и ароматические углеводороды.
Галогенсодержащие органические вещества отличаются высокой персистенстностью и
липофильностью, поэтому происходит их накопление в водных экосистемах и биоаккумулирование.
Слайд 39Фармацевтические поллютанты
Поллютант - любое химическое вещество или соединение, которое находится
в объекте окружающей природной среды в количествах, превышающих фоновые значения,
и вызывающее тем самым химическое загрязнение.
Слайд 40Фармацевтические поллютанты – это лекарственные средства и их метаболиты, находящиеся
в окружающей среде (воде, почве, воздухе) и вызывающие ее загрязнение.
Слайд 41В подземные и поверхностные воды ФП могут поступать через предприятия
по переработке сточных вод, путем выщелачивания мест захоронения отходов, а
также в результате несовершенных способов утилизации ЛС (например, путем растворения и слива в промышленную канализацию).
Слайд 42Лекарственные средства, пришедшие в негодность у населения, удаляются в коммунальный
канализационный коллектор или оказываются на полигонах для бытовых отходов, откуда
они попадают в грунтовые воды.
Слайд 43Происходит сознательное загрязнение человеком не только естественной среды своегообитания, но
и всей биоты, особенно водной, которая очень чувствительна к биологически
активным химическим загрязнителям. Появление новых технологий производства, разработка и поступление в продажу новых ЛС повышают риски загрязнения источников питьевой воды ранее неизвестными химическими соединениями с непредсказуемым воздействием на состав воды.
Слайд 44Очистные сооружения не всегда рассчитаны на такой тип загрязнителей и
существующие технологические схемы очистки могут не обеспечить достаточный уровень удаления
фармполлютантов. Хлорирование, стандартная процедура при очистке воды, напротив, способно усилить токсичность некоторых содержащихся в ней веществ. Например, парацетамол образует при хлорировании несколько токсичных продуктов реакций.
Слайд 45Так, в 1999 г. Агентство по охране окружающей среды США
обследовало 139 водных источников. В 80% из них обнаружили анальгетики,
антибиотики, вещества гормональной природы и средства для лечения артериальной гипертензии
Слайд 46В 2003 г. рамках исследовательского проекта ЕС на очистных сооружениях
Гётеборга (Швеция) было найдено 14 ЛС. В наибольшей концентрации (7
мг/дм3) обнаружен ибупрофен.
Слайд 47В 2010 г. Гринпис России провёл Волго-Балтийскую экспедицию, в ходе
которой изучалось состояние рек Ленинградской, Вологодской, Ярославской и Московской областей.
В пробах вод очистных сооружений Ярославля, Рыбинска и Москвы был обнаружен фенобарбитал, а в Ярославле ещё и карбамазепин. В 2012 г. карбамазепин был обнаружен в сточных водах в штате Иллинойс (США)
Слайд 48По данным технического доклада ВОЗ "Фармацевтические средства в питьевой воде",
опубликованного в 2012 г., уровни концентрации в поверхностных водах, грунтовых
водах и в частично обработанной воде были, как правило, ниже 0,1 мкг/дм3, а в обработанной воде – ниже 0,05 мкг/дм3. Сделано предположение о присутствии фармацевтических веществ, хоть и в ничтожно малых концентрациях, в водных ресурсах многих стран, куда они попадают из отводов сточных вод.
Слайд 49Хотя непосредственной угрозы здоровью людей от незначительного содержания ФП в
питьевой воде не обнаружено, однако основную обеспокоенность вызывает опасность ФП
для окружающей среды, связанная с их долговременным, субтерапевтическим воздействием (Jones et al., 2005), которое в настоящее время еще не изучено.
Слайд 50В последние годы разработаны Директивы ряда государств (Евросоюз, США, Канада,
Япония), регламентирующие необходимость определения экологической опасности лекарственных средств для окружающей
среды. Проблема определения экологических рисков ЛС актуальна для всего мирового сообщества и для Российской Федерации, в частности, в связи с увеличением потребления лекарственных средств.