NAUKA I TECHNIKA W PK


Adam Grochowalski

Nowe spojrzenie na zanieczyszczenie środowiska

 

    Zanieczyszczenie środowiska szkodliwymi związkami chemicznymi powoduje w coraz większym stopniu pogarszanie się stanu zdrowia ludzi i zwierząt. Rozwój cywilizacyjny powinien uwzględniać nie tylko potrzeby wzrastającej populacji ludzi, ale również konieczność utrzymania równowagi ekologicznej środowiska. Jest to warunek dalszego rozwoju cywilizacyjnego, którego nieprzestrzeganie grozi stałym pogarszaniem się zdrowia ludzi oraz wyniszczeniem wielu gatunków zwierząt, wrażliwszych od ludzi na zanieczyszczenia środowiska. Działanie niektórych związków chemicznych, obcych do tej pory naturze (ksenobiotyki), na system rozrodczy ludzi i zwierząt przyczynia się do stałego obniżania się zdolności prokreacyjnych. W latach 90. rozpoczęto intensywne badania naukowe nad poszukiwaniem przyczyny obniżania się żywotności plemników ludzkich. Udowodniono, że występujące w środowisku ksenobiotyki o nazwie dioksyny oraz polichlorowane bifenyle (PCBs) mają na to bezpośredni wpływ. Substancje te powodują zakłócenie funkcjonowania systemu endokrynnego wydzielania hormonalnego, głównie wydzielania progesteronu odpowiedzialnego za utrzymanie ciąży. Niewiele wiadomo w chwili obecnej o mechanizmie działania tych związków na funkcje rozrodcze. Jedną z możliwości jest ich wpływ na zaburzenia pracy jajników, które są gruczołami o złożonej budowie histologicznej, produkującymi szereg substancji białkowych i steroidowych, tworzących optymalne środowisko dla dojrzewającego oocytu. Badania autonomicznej sekrecji hormonów steroidowych jajnika, interakcji izolowanych typów komórek oraz wpływu badanych czynników są możliwe dzięki hodowli in vitro izolowanych typów komórek jajnika. Hodowla izolowanych komórek, takich jak: komórki warstwy ziarnistej, osłonki wewnętrznej oraz komórek lutealnych stwarza możliwość badania ich funkcji niezależnie od złożoności struktury całego gruczołu. Kokultury, czyli hodowle dwóch lub więcej typów komórek w jednym wspólnym naczyniu, dostarczają informacji o ich wzajemnym wpływie na rodzaj i ilość wydzielanych produktów hormonalnych. Tego typu hodowle są bardzo czułym obiektem do badania aktywności biologicznej różnych czynników. W przeprowadzonych w latach 1999 – 2001 badaniach w Instytucie Chemii i Technologii Nieorganicznej PK przy współpracy z Zakładem Fizjologii Zwierząt UJ wykazano, że komórki reagują na dioksyny i PCBs zwiększeniem lub obniżeniem wydzielania hormonów steroidowych, względnie pobudzeniem lub zahamowaniem rozmnażania się komórek. Zależy to głównie od poziomu stężenia ksenobiotyków.
  
Dzięki wyjątkowej wśród wszystkich ssaków zdolności obronnej organizm ludzki szybko dostosowuje się do zachodzących w środowisku zmian jakościowych i ilościowych. Jednak w stosunku do niektórych ksenobiotyków system obronny dąży do uniemożliwienia przedłużenia gatunku; jest to związane z występowaniem naturalnego sposobu selekcji organizmów słabych. U ludzi jest to proces powolny i głównie z tego powodu nie był do tej pory zauważany. Jednakże pod koniec lat 90. zaobserwowano wzrost przypadków bezpłodności i poronień. Na terenach uprzemysłowionych Polski (głównie na Śląsku) problem ten występuje nawet u ponad 30 proc. kobiet. Często z powodu braku informacji o mechanizmach toksycznego działania dioksyn porównuje się je do cyjanków, strychniny, kurary i innych silnych trucizn o działaniu natychmiastowym (porównania spotykane niekiedy w literaturze popularnonaukowej). Jest to porównanie niewłaściwe i wywołujące niepożądane emocje.
  
Jedną z metod zapobiegania wzrostowi emisji dioksyn i PCBs do środowiska jest poszukiwanie i uszczelnianie źródeł ich emisji. W tym celu niezbędne są właściwe metody kontroli zawartości dioksyn w strumieniach spalin, ścieków, pyłów i odpadów uwalnianych do środowiska, a także niektórych produktów przemysłowych. Ponad 90 proc. masy dioksyn i PCBs dostaje się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem. Dlatego żywność i półprodukty do jej wytwarzania stają się podstawowym przedmiotem kontroli zawartości dioksyn.
  
Z dniem 1 czerwca 1997 r. dioksyny zostały uznane przez Międzynarodową Agencję do Badań nad Nowotworami (IARC) w Lyonie za kancerogen grupy A, co w zakresie ich potencjalnego działania kancerogennego stawia je na równi z takimi związkami, jak: benzo(a)piren, aflatoksyny i nitrozoaminy. Dioksyny są substancjami, które nigdy nie były i nie są wytwarzane celowo, ponieważ nie znajdują żadnego zastosowania technicznego. W przeciwieństwie do nich PCBs wytwarzane były celowo jako dodatek do olejów w kondensatorach i transformatorach przemysłowych, jako oleje elektroizolacyjne. Produkcji PCBs zaprzestano w latach 80. Związki te znajdują się jednak w eksploatowanych jeszcze urządzeniach elektrycznych. W niektórych przypadkach oleje kondensatorowe zawierają do 5 proc. PCBs!
  
Za podstawowe źródła emisji dioksyn i PCBs do środowiska uważa się składowane odpady przemysłowe, takie jak wycofane ze stosowania herbicydy i pestycydy chloroorganiczne, wyciekające i niewłaściwie składowane, przepracowane oleje elektroizolacyjne oraz wszelkie, niekontrolowane procesy spalania odpadów zawierających w swoim składzie chlor związany w jakiejkolwiek formie organicznej lub nieorganicznej. Należy wyraźnie zaznaczyć, że problem dotyczy przestarzałych technologicznie spalarni albo spalania odpadów luzem na pryzmach lub w piecach węglowych do ogrzewania mieszkań czy w kotłowniach. Spalanie odpadów w specjalnie przeznaczonych do tego spalarniach, wyposażonych w odpowiednie urządzenia oczyszczające spaliny i katalizatory do rozkładu dioksyn, nie stanowi zagrożenia dla środowiska, a pozwala skutecznie rozwiązać problem gospodarowania niebezpiecznymi odpadami. Warto nadmienić, że w warunkach procesu spalania węgla kamiennego w piecach domowych istnieją wprost idealne warunki do powstawania dioksyn, gdy obok węgla na ruszcie znajdą się odpady gospodarcze. Pokaźnym źródłem dioksyn są również procesy spalania odpadów gospodarczych i opakowań z handlu na pryzmach i w kontenerach na śmieci (fot.1 i 2).

Fot. 1 Palący się śmietnik na Dworcu PKP Kraków Główny
Fot. 1 Palący się śmietnik na Dworcu PKP Kraków Główny

Fot. 2 Palące się odpady gospodarcze w Szczawie na terenie Gorczańskiego Parku Narodowego
Fot. 2 Palące się odpady gospodarcze w Szczawie na terenie Gorczańskiego Parku Narodowego

    Zwyczaj ten jest ciągle praktykowany na terenie placów handlowych i hurtowni w miastach i na wsi. W spalinach z palącego się śmietnika stężenie dioksyn osiąga wartość do 100 ng-TEQ/m3, podczas gdy w spalinach z nowych spalarni odpadów nie przekracza 0,1 ng-TEQ/m3. W wyniku przeprowadzonych w latach 1996 – 1999 na PK badań jednoznacznie wykazano, że poziom zawartości dioksyn w powietrzu atmosferycznym Krakowa jest wyraźnie podwyższony w porównaniu z zawartością dioksyn w powietrzu badanym w dużych miastach Europy Zachodniej (gdzie stwierdzono dioksyny poniżej 0,3 pgTEQ/m3 ). W Krakowie w miesiącach zimowych poziom dioksyn przekraczał 5 pgTEQ/m3. Zawartość dioksyn na tym poziomie nie jest jednak niebezpieczna dla zdrowia mieszkańców, ale świadczy o powszechnym spalaniu odpadów gospodarczych w domach, gdzie są piece węglowe.
  
Poza procesami spalania dioksyny powstają również w reakcjach fotochemicznych i procesach metabolicznych, przebiegających w przyrodzie, głównie w glebie, gdzie prekursorami mogą być np. pozostałości chlorowanych środków ochrony roślin i innych. Dioksyny występują w kompostach, gazach i odciekach uchodzących z wysypisk, a także w gazach i pozostałościach powstałych po przetwórstwie odpadów metali kolorowych. Badania przeprowadzone nad przedostawaniem się do środowiska dioksyn, powstających w procesach spalania odpadów komunalnych, składowania na wysypiskach, kompostowania i recyklingu, wyjaśniły istnienie problemu wspólnego dla wszystkich form gospodarowania odpadami. Badania te jednakże prowadzono w odniesieniu do jednostkowych operacji postępowania z odpadami, co nie przyczyniło się do pełnego, jasnego zróżnicowania wpływu dioksyn na środowisko.
  
Z danych dostępnych w literaturze naukowej wynika, że średnioroczna emisja ksenobiotyków do środowiska w wyniku procesów biochemicznych, zachodzących w składowanych odpadach komunalnych i przemysłowych, wynosi ponad 10 proc. całkowitej masy uwalnianej do przyrody w ciągu roku w skali światowej. Z wysypisk odpadów komunalnych ulatnia się średnio 120 – 240 m3 gazów w odniesieniu do 1 tony zgromadzonych odpadów. Zawartość dioksyn wynosi średnio 0,3 ng-TEQ/m3. Podobny problem istnieje w przypadku odcieków z wysypisk komunalnych, wg aktualnych badań wynosi on nawet 1 ng TEQ/litr, czyli 1000 ng-TEQ/ m3 odcieku. W kompoście powstałym z segregowanych odpadów, po oddzieleniu materiałów przeznaczonych do recyklingu i spalenia, zawartość dioksyn może sięgać nawet do 100 ng-TEQ/kg (badania na PK w 1998 r.). W warstwie powierzchniowej gleby z terenów uprzemysłowionych poziom dioksyn wynosi średnio 10 – 20 ng-TEQ/kg, podczas gdy w glebie z terenów “ekologicznie czystych”, tj. parków narodowych (np. Tatrzański Park Narodowy) poziom dioksyn wynosi 0,1 – 1 ng/kg-TEQ/kg i jest to poziom równowagowy w zakresie naturalnych procesów chemicznych zachodzących od milionów lat w przyrodzie.
  
Źródłem dioksyn w środowisku nie są więc jedynie procesy spalania oraz składowanie odpadów przemysłowych. Nie należy obecności dioksyn w przyrodzie utożsamiać tylko z “brudnymi” technologiami spalania odpadów. Poważnym źródłem emisji dioksyn do środowiska, szczególnie wodnego były procesy wytwarzania celulozy i papieru. W technologii wytwarzania papieru stosowano chloroorganiczne związki aromatyczne (chlorofenlole i ich pochodne). Wskutek procesów termicznych, którym poddawany jest półprodukt papieru i celulozy, powstawały również dioksyny. Związki te wraz ze ściekami, jako nieprzetworzone w reakcjach biochemicznego oczyszczania ścieków, wydostawały się do rzek i jezior, pozostając głównie w osadach dennych, a stąd przedostawały się do tkanek ryb. W krajach Skandynawii opracowano metody określania poziomu zanieczyszczenia wód i osadów dennych na podstawie analiz tkanki zwierząt wodnych, głównie ryb.
  
Należy sobie zdawać sprawę z faktu, że dioksyny występują w przyrodzie od milionów lat jako produkt reakcji zachodzących w sposób naturalny w przyrodzie. Chlor jest pierwiastkiem występującym powszechnie w glebie, wodzie, drewnie, itd. Wszelkie procesy termiczne, do których można zaliczyć pożary lasów i łąk, wybuchy wulkanów lub świadome stosowanie otwartego ognia przez człowieka, od tysięcy lat stanowią źródła emisji dioksyn do środowiska. Cywilizacyjny rozwój człowieka spowodował wprowadzenie dioksyn i PCBs do środowiska w sposób nieświadomy i niekontrolowany. Dopiero w latach 70. z powodu poważnych katastrof ekologicznych (Seveso w 1976 r., wojna w Wietnamie, itd.) rozpoznano dioksyny, opracowano metody ich oznaczania i przystąpiono do badań nad ograniczaniem ich emisji do środowiska. Od połowy lat 80. obserwuje się w przyrodzie wyraźny spadek poziomu dioksyn. Osiągnięto to dzięki zrozumieniu samego problemu przez administrację państwową i samo społeczeństwo, a także dzięki znacznym środkom finansowym przeznaczonym na naukę, badania i nowoczesne technologie. Efekty tych kosztownych działań są już dziś widoczne.
  
Przy okazji ograniczenia emisji dioksyn zmniejszono emisję innych związków chloru, węglowodorów aromatycznych, metali ciężkich i tlenków azotu. Aktualnie więc stan środowiska w krajach o wysokiej kulturze ekologicznej przestaje być niepokojący pod względem emisji dioksyn i PCBs, gdyż rozpoznano główne ich źródła, zmniejszono ich emisję, gruntownie modernizując spalarnie odpadów, wycofując wszelkie substancje chloroorganiczne z rolnictwa i gospodarki budowlanej (poza PCW), zaprzestając bielenia papieru chlorem, wycofując paliwa etylizowane i “uszczelniając” technologie wzbogacania rud metodami termicznymi, a także przetwórstwa metali kolorowych (szczególnie miedzi). Wyraźnie obserwuje się więc obniżanie poziomu dioksyn w środowisku, zarówno w glebie, roślinach, osadach dennych zbiorników śródlądowych oraz w tkance człowieka i zwierząt. Nie oznacza to jednak, że problem dioksyn został całkowicie rozwiązany. Nie zaprzestano przecież spalania odpadów, nie da się zrezygnować całkowicie z produkcji związków chloroorganicznych i wycofać chlor z przemysłu, a jedynie kontroluje się te procesy i zapobiega wydostawaniu dioksyn do środowiska. W rzeczywistości więc dioksyn przybywa. Są one gromadzone na wysypiskach odpadów niebezpiecznych, składowane w formie, w jakiej powstają (popioły, odpady oleiste itd.) oraz jako odpady przetworzone. Poziom występowania dioksyn w środowisku jest i będzie wciąż znacznie wyższy niż przed tysiącami lat.
  
Mimo że do chwili obecnej nie wykazano jednoznacznie związku między wzrostem objawów chorobowych u ludzi i podwyższonym poziomem dioksyn i PCBs w środowisku, (nie można rozpatrywać ich oddziaływania na organizmy żywe bez uwzględnienia synergicznego lub antagonistycznego oddziaływania innych zanieczyszczeń, takich jak: WWA, tlenki azotu i siarki, metali ciężkich itd.), należy mieć świadomość, że efekty toksycznego działania dioksyn i PCBs będą zauważane w najbliższej perspektywie.
  
Podstawowym źródłem dioksyn w organizmie człowieka jest jego pożywienie. Zarówno dioksyny, jak i PCBs są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie, natomiast bardzo dobrze rozpuszczają się w substancjach hydrofobowych, zwłaszcza w tłuszczach. Zawartość tych substancji w czystej wodzie pitnej nie przekracza poziomu 0,1 pg-TEQ/L. Przyjmując, że średnio człowiek wypija 2 l wody na dobę, to jest to mniej niż 0,2 pg-TEQ/dobę. Stanowi to około 0,5 proc. ilości dioksyn i PCBs wchłanianych wraz z pożywieniem. Podstawowym źródłem tych zanieczyszczeń w organizmie człowieka jest pożywienie zawierające tłuszcz zwierzęcy. Tłuszcze zwierzęce z terenów ekologicznie czystych zawierają dioksyny i PCBs na poziomie 0.1 – 5 ng-TEQ/kg. Z terenów skażonych ekologicznie (np. niektóre rejony Śląska) tłuszcz wołowy zawiera 20 – 40 ng-TEQ/kg. Zawartość dioksyn w tłuszczach roślinnych jest zdecydowanie niższa i w przypadku oleju słonecznikowego wynosi 0.01 – 0.1 ng-TEQ/kg. Olej wyciskany z nasion okrytonasiennych roślin oleistych zawiera śladowe ilości dioksyn, ale nieporównywalnie więcej PCBs.
  
Szczególną uwagę zwraca się w ostatnich latach na problem dużej zawartości dioksyn i PCBs w mleku ludzkim. Mleko ludzkie zawiera te ksenobiotyki na poziomie 25 – 40 ng-TEQ/kg. Zawartość dioksyn na tym poziomie potwierdziły badania w większości krajów wysoko rozwiniętych. Wykazano to również w badaniach przeprowadzonych na PK. Jest to następstwem laktacji występującej u kobiet po 20 – 30 latach życia. Niemowlę karmione piersią, przy spożyciu 150 ml mleka o zawartości tłuszczu 3 proc. przyjmuje w ciągu doby więcej dioksyn niż człowiek dorosły o wadze 80 kg przy typowej diecie. Wynika stąd, że niemowlę karmione piersią przyjmuje dziennie wraz z pożywieniem 30- do 50-krotnie większą dawkę dioksyn niż człowiek dorosły.
  
W Unii Europejskiej po tzw. belgijskiej aferze kurczakowej od grudnia 2000 r. obowiązują przepisy określające dopuszczalną zawartość dioksyn w tłuszczu niektórych produktów zwierzęcych, takich jak:

wieprzowina 2 pg-TEQ/g
drób 5 pg-TEQ/g
wołowina 6 pg-TEQ/g
mleko 3 pg-TEQ/g
jaja 5 pg-TEQ/g

    Żywność jest w krajach UE rutynowo badana pod względem zawartości dioksyn, tak jak na salmonellozę czy zawartość metali ciężkich. W Polsce do lipca 2001 brakuje jakichkolwiek zaleceń i regulacji prawnych w tym zakresie. Żywności ani produktów przemysłowych w praktyce nie podaje się badaniom na zawartość dioksyn i PCBs.

Fot. autora