Жизнь зарождается
в воде, в какой -
решать вам!
(050) 908-56-58
(096) 510-38-40 заказать звонок
(0)
Корзина пуста!

ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ ЗДОРОВЬЯ

Сергей Василюк

Лекарства в питьевой воде – это страшная экологическая угроза мирового масштаба. Фармацевтические фирмы не желают и слышать об этой проблеме – им не хочется тратить колоссальные деньги на разработку и внедрение лекарств, которые бы полностью усваивались организмом. Но уже в ближайшие два-три года им придется прислушаться к мнению экологов и кардинально изменить стратегию производства лекарств (Томас Терне).

Все чаще сторонники здорового обра­за жизни говорят о том, что мно­гие наши недуги возникают от того, что мы мало пьем воды. Вот только вопрос: какой?

Международная база химических веществ включает 56 миллионов наименований. И ежегодно в ней прибавляется 50 тысяч вновь синтезированных соединений. ПДК определены всего лишь для 1% потенциальных загрязнителей питьевой воды. А лаборатории, ведущие контроль, могут учитывать и того меньше.

Тысячи фармацевтических фабрик ежегодно выбрасывают на мировой рынок десятки миллионов тонн лекарств. Объем продаж лекарственных препаратов в мире превышает объем продаж нефти. До недавнего времени никто не задумывался об их окончательной судьбе. Ученые установили, что более половины лекарственных препаратов выводится из организма человека в биологически активной форме и практически не теряет своих свойств. Они в колоссальных количествах попадают в сточные воды, а оттуда в источники питьевой воды.

Большое количество лекарственных средств населением не используется и попадает в мусорные контейнеры. Все чаще обнаруживаются в водной среде медикаменты и их метаболиты. Современные химические фармацевтические субстанции – очень сложные и чистые вещества, поэтому при их производстве применяется множество различных дополнительных химических компонентов. И все это теми или иными путями попадает в питьевую воду.

В 2007 году немецкие химики Томас Хеберер и Ганс­Юрген Стан обнаружили в грунтовых водах Германии и Швейцарии значительные количества популярного в Европе лекарства для снижения содержания холестерина в крови. Вскоре ученые нашли в реках, озерах и глубоких водоносных пластах и другие лекарства. Следовательно, каждый из нас ежедневно из­под крана потребляет целую аптечку сильнодействующих лекарственных препаратов!

Очистные сооружения, как правило, не приспособлены для улавливания или разложения как самих лекарственных средств, так и множества средств гигиены. Эффективным способом для очистки сточных вод могли бы быть озонирование, фотокаталитическая деструкция, мембранная фильтрация, обратный осмос, установки термического обезвреживания, активированный уголь и др. Предлагают даже создать специальные туалеты для очистки и переработки мочи (в больницах, амбулаториях). Однако стоимость дополнительной очистки воды составит 5–20 евро в год на человека, которым сегодня находится иное применение.

Отходы лекарственных и фармацевтических средств получили название органических микро­загрязнителей (ОМЗ). Они включают фармацевтические препараты, средства личной гигиены, а также пестициды и входят в перечень приоритетных загрязняющих веществ Управления по охране окружающей среды США, а также являются приоритетными для Европейского агентства по окружающей среде. Появление ОМЗ в жизненно важных источниках, таких как поверхностные и грунтовые воды, а соответственно и в питьевой воде, в концентрациях между ng L­1 до нескольких µg L­1 оказывает крайне негативное влияние на качество воды.

В 2015 году Европейской комиссией был разработан контрольный список веществ, которые подлежат мониторингу в масштабах Европейского союза — Директива 2015/495/ЕС от 20 марта 2015 года. В контрольный список были включены вещества, ранее упомянутые в Директиве 39/2013/ЕС, а именно диклофенак и синтетический гормон 17­альфа­этинилэстрадиол (ЕЕ2), природный гормон 17­бета­эстрадиол (Е2) и эстрон (E1); к контрольному списку из 10 веществ/группы веществ относятся также три макролидных антибиотика (азитромицин, кларитромицин и эритромицин), перечислен ряд пестицидов (метиокарб, оксадиазон, имидаклоприд, тиаклоприд, тиаметоксам, клотианидин, ацетамиприд и триаллат), УФ­фильтр (2­этилгексил­4­метоксициннамат) и антиоксидант (2,6­ди­трет­бутил­4­метилфенол), который используется в качестве пищевой добавки. К сожалению, практически отсутствует информация о веществах, которые не попали в контрольный список Директивы 2015/495/ЕС по причине их низкого содержания в пробах воды в ходе мониторинга.

ОМЗ могут быть как природного, так и антропогенного происхождения. Например, источниками ОМЗ в Центральной Европе являются: (I) промышленные сточные воды; (II) стоки сельского хозяйства и животноводства; (III) свалки бытовых отходов; (IV) бытовые и больничные сточные воды, из которых ОМЗ могут попадать в различные источники воды, как показано на схеме 1.

В подавляющем большинстве случаев существующие технологии очистки сточных вод не предназначены для удаления ОМЗ, как по физико­химическим причинам, так и ввиду их низкого содержания в очищаемой воде. Последнее обстоятельство существенно снижает эффективность традиционных технологий очистки даже в тех случаях, когда отсутствуют принципиальные физико­химические затруднения. В то же время токсичность ОМЗ очень высока и присутствие даже в минимальных количествах этих веществ в питьевой воде может привести к тяжелым последствиям.

Следует особо отметить, что большинство научных работ, посвященных влиянию ОМЗ на живые организмы, использует для исследований только один фармацевтический препарат и при этом не учитывает эффект суммирования, который может усиливать их негативное влияние. Например, антибиотик линкомицин проявляет такие свойства в комбинации с 27 дополнительными химическими веществами. Вместе с тем, исследования показывают, что микрозагрязнения мультикомпонентной смеси, содержащей одновременно несколько фармацевтических препаратов, могут взаимодействовать друг с другом, оказывая при этом комплексную токсичность на организмы. Так, например, одновременное присутствие в воде диклофенака, ибупрофена, напроксена и ацетилсалициловой кислоты приводит к синергическому эффекту токсичности.

Если просуммировать некоторые данные по обнаружению веществ из контрольного списка Директивы 2015/495/ЕС, то вырисовывается критическая картина состояния водных ресурсов.

В настоящее время требуется проведение исследований по вопросам эффективности методов очистки для удаления класса веществ по списку Директивы 2015/495/ЕС в реальных операционных условиях. Поскольку эти соединения присутствуют в виде остаточных концентраций, а их комбинации представлены во всех типах водных объектов (городские сточные воды, поверхностные и подземные воды), требуется интенсификация совокупных усилий всех организаций, отвечающих за вопросы водоочистки и водоподготовки. Учитывая масштабность рассмотренной проблемы, необходимо объективно рассматривать возможные ее решения, учитывая как их эффективность, так и стоимость.

Учащение случаев обнаружения ОМЗ и неэффективность существующих очистных сооружений для их удаления способствуют расширению списка опасных веществ и требуют совершенствования методов водоочистки и водоподготовки.

Детальное исследование различных методов для удаления ОМЗ из водных объектов было проведено Сайрамом Судхакараном и его командой. Результаты опубликованы в работе Organic Micropollutants in Water: Environmental Informatics, Lambert Academic Publishing, 2014. Мы предлагаем вашему вниманию краткое резюме.

ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ

Основными механизмами удаления микрозагрязнителей являются биологическое и/или химическое преобразование и сорбционная очистка. Наиболее распространены технологии с применением активного ила и мембранных биореакторов.

Эффективность систем с использованием активного ила зависит от физико­химических характеристик веществ, а также от природы микробной среды.

Мембранные биореакторы появились как альтернатива активному илу и представляют собой интегрированные решения аэробной биодеградации и мембранного разделения. Данный метод несколько более эффективен при удалении некоторых ОМЗ.

Если сосредоточить внимание на веществах из контрольного списка Директивы 2015/495/ЕС, то степень их удаления на активном иле составляет 26–44%, в то время как для мембранных биореакторов этот показатель превышает 60%.

ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ

Процессы окисления концептуально основаны на производстве частиц с высокой реакционной способностью, таких как гидроксил­радикалы. Процессы окисления возможно применять при неселективном разрушении органических загрязнителей и использовать в качестве пред­ или доочистки растворов в биологических процессах.

При предварительной очистке целью процессов окисления является получение более биоразлагаемого продукта, который можно доочистить традиционной биологической обработкой. Процессы окисления могут быть использованы для доочистки растворов от ОМЗ с получением в идеальных условиях в качестве конечного продукта углекислого газа (двуокиси углерода), воды и неорганических ионов.

МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Мембранная фильтрация в основном используется для удаления микроорганизмов и солей из воды/сточных вод. Самые распространенные мембранные технологии включают системы низкого давления, такие как микро­и ультрафильтрация, работающие при давлении 0,5 и 1 МПа соответственно, и системы высокого давления, такие как нанофильтрация (НФ, рабочее давление 5 Мпа) или обратный осмос (до 7 Мпа; 15 МПа для систем обратного осмоса высокого давления). Среди этих технологий системы высокого давления являются наиболее подходящими для удаления ОМЗ.

Последние исследования доказали высокую эффективность обратного осмоса для удаления микрозагрязнителей, при этом процесс зависит от ряда взаимодействий (стерических, электростатического отталкивания и гидрофобности) между загрязняющими веществами, раствором и мембраной. Среди мембранных процессов обратный осмос рассматривается в качестве конечной стадии водоподготовки для получения максимального эффекта и достижения 100% очистки.

Прямой осмос и мембранная дистилляция являются еще одной альтернативой мембранным процессам; оба метода основаны исключительно на гидравлическом давлении. Метод прямого осмоса ориентирован на очистку сточных вод, в то время как метод мембранной дистилляции используется при обессоливании. Попытки применить эти методы для удаления ОМЗ показали, что они не являются самостоятельными и теоретически могут работать только в комбинации с другими методами.

ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ НА ПРИМЕРЕ ДИКЛОФЕНАКА

Мы провели анализ публикаций базы Scopus, посвященных вопросам удаления диклофенака рассмотренными выше методами. Для начала познакомимся с объектом исследования.

Диклофенак – нестероидный противовоспалительный пре парат из группы производных фенилуксусной кислоты. В лекарственных формах используется в виде натриевой соли.

В настоящее время применяется в хирургии, травматологии, спортивной медицине, неврологии, гинекологии, урологии, онкологии, офтальмологии.

Диклофенак входит в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных средств, однако специалисты предлагают полностью запретить его из­за увеличения (примерно на 40%) риска инфарктов и других сердечно­сосудистых заболеваний при длительном приеме.

Согласно последним исследованиям диклофенак считается вредным при его попадании в природную среду (поверхносфтные, грунтовые, сточные воды), что отражено в постоянном росте публикаций по вопросам удаления его различными методами.

Анализ информации относительно удаления диклофенака, которая отражена в публикациях последних лет, показывает, что диклофенак может быть частично адсорбирован на иле и, как правило, плохо биоразлагается, что предполагает невысокую степень очистки при использовании биореакторов; для этих методов степень очистки колеблется в интервале от 50 до 80%. Что касается окислительных процессов, то они демонстрируют высокие степени очистки, в отдельных случаях достигается 100% удаление диклофенака, но имеющиеся результаты получены на уровне лабораторных исследований и представляют сложную комбинацию с другими методами.

Мембранные технологии широко используются для удаления диклофенака, и наиболее эффективными являются комбинированные решения, позволяющие полностью удалить диклофенак из воды. Например, пилотная установка в городе Ансан (Южная Корея), объединяющая ультрафильтрацию и обратный осмос и применявшаяся для очистки сточных вод, позволила после ультрафильтрации снизить концентрацию диклофенака в пермеате до 69,7 ng L­1, а применение обратного осмоса позволило полностью удалить диклофенак (Chon, K., Cho, J., Shon, H. K. A pilot­scale hybrid municipal wastewater reclamation system using combined coagulation and disk filtration, ultrafiltration, and reverse osmosis: removal of nutrients and micropollutants, and characterization of membrane foulants. Bioresour. Technol. 141 (2013), 109­116). В другом случае комбинация микрофильтрации и обратного осмоса, которая применялась для очистки сточных вод в Жироне (Испания), позволила снизить концентрацию диклофенака ниже предела аналитического обнаружения, что означает 100% очистку (Rodriguez­Mozaz, S., Ricart, M., Kock­Schulmeyer, M., Guasch, H., Bonnineau, C., Proia, L., de Alda, M. L., Sabater, S., Barcelo, D. Pharmaceuticals and pesticides in reclaimed water: efficiency assessment of a microfiltratione reverse osmosis (MFeRO) pilot plant. J. Hazard. Mater. 282 (2015), 165­173).

В заключение хотелось бы отметить следующее: до настоящеговремени в Украине проблема загрязнения природных вод ОМЗ не рассматривалась ни на официальном, ни на академическом уровнях. В нашей стране отсутствуют нормативно­правовые документы, которые бы регламентировали сброс в водные объекты этих веществ. Согласно Предложению к Базовому плану адаптации национального экологического законодательства к законодательству Европейского Союза, требуется немедленное решение вопроса разработки и внедрения научно обоснованных нормативов предельно допустимого сброса ОМЗ в поверхностные воды и строго контроля за их соблюдением. Пока же все это осуществится, остается рекомендовать нашим гражданам использовать для питья воду, доочищенную бытовыми фильтрами.

Сведения об авторе:

Сергей Василюк, кандидат химических наук, научный сотрудник отдела сорбционных и мембранных материалов и процессов Института общей и неорганической химии им. В. И. Вернадского НАН Украины. Стаж работы в области водоподготовки – 15 лет.