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. 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