Загрязняющие вещества, вызывающие растущую озабоченность - Википедия - Contaminants of emerging concern

Загрязняющие вещества, вызывающие обеспокоенность (CEC) - это термин, используемый специалистами по качеству воды для описания загрязняющие вещества которые были обнаружены в водных объектах, которые могут оказать воздействие на окружающую среду или здоровье человека и, как правило, не регулируются действующим экологическим законодательством. Источники этих загрязнителей включают: сельское хозяйство, городской сток и обычные бытовые товары (например, мыло и дезинфицирующие средства) и фармацевтические препараты, которые утилизируются очистка сточных вод растения и впоследствии сбрасываются в поверхностные воды.[1][2]

Примеры возникающих загрязняющих веществ: 1,4-диоксан, пищевые добавки, фармацевтические препараты, и натуральный & синтетические гормоны. ЦИК имеют возможность вводить круговорот воды после того, как они сбрасываются как отходы в процессе стока, попадающего в реки, непосредственно через сброс сточных вод или в процессе просачивания и инфильтрации в грунтовые воды, в конечном итоге попадая в общественные места водоснабжение система.[3] Известно, что возникающие загрязнители вызывают эндокринные нарушения активность и другие токсические механизмы, некоторые из них признаны известными канцерогены посредством Агентство по охране окружающей среды США (EPA).[4]

Общая проблема

Чтобы соединение было признано новым загрязняющим веществом, оно должно отвечать как минимум двум требованиям:[согласно кому? ]

  1. Неблагоприятное воздействие на здоровье человека было связано с соединением.
  2. Существует установленная взаимосвязь между положительным и отрицательным эффектом (эффектами) соединения.

Новые загрязнители - это те загрязнители, которые ранее не обнаруживались посредством анализа качества воды или были обнаружены в небольших концентрациях с неопределенностью в отношении их воздействия. Риск, который они представляют для здоровья человека или окружающей среды, до конца не изучен.[нужна цитата ]

Классы загрязняющих веществ

Загрязняющие вещества, вызывающие новую озабоченность (CEC), можно в широком смысле разделить на несколько категорий химических веществ, таких как фармацевтика и средства личной гигиены, цианотоксины, наночастицы, и антипирены, среди прочего.[5] Однако эти классификации постоянно меняются по мере того, как обнаруживаются новые загрязнители (или эффекты), а появляющиеся загрязнители прошлых лет становятся менее приоритетными. Эти загрязнители, как правило, можно отнести к категории действительно «новых» загрязнителей, которые были обнаружены и исследованы лишь недавно, загрязнителей, о которых было известно, но их воздействие на окружающую среду не было полностью изучено, или «старых» загрязнителей, для которых появилась новая информация относительно их рисков.[5]

Фармацевтические препараты

Фармацевтические препараты привлекают все больше внимания в качестве ЦИК из-за их постоянного внедрения в окружающую среду и общего отсутствия регулирования.[6] Эти соединения часто присутствуют в водных объектах в низких концентрациях, и в настоящее время мало что известно об их воздействии на окружающую среду и здоровье в результате хронического воздействия; фармацевтические препараты только сейчас становятся центром внимания токсикологии из-за улучшенных аналитические методы которые позволяют обнаруживать очень низкие концентрации.[6] В окружающей среде есть несколько источников фармацевтических препаратов, в том числе, в основном, сточные воды из очистные сооружения, аквакультура и сельскохозяйственные стоки.[7]

Цианотоксины

Рост цветения цианобактерий увеличивается из-за эвтрофикация (или же повышение уровня питательных веществ ) поверхностных вод по всему миру.[8] Увеличение количества питательных веществ, таких как азот и фосфор, было связано со стоком удобрений с сельскохозяйственных полей и использованием таких продуктов, как моющие средства, в городских условиях.[9] Эти цветы могут выделять токсины, которые могут ухудшить качество воды и представляют опасность для здоровья человека и диких животных.[8] Кроме того, отсутствуют правила, касающиеся максимально допустимых уровней загрязнения (ПДК) в источниках питьевой воды.[9] Цианотоксины могут иметь как острые, так и хронические токсические эффекты, и часто есть много последствий для здоровья окружающей среды, где они также возникают.[9]

Неблагоприятное воздействие на здоровье человека

Из-за больших различий в транспортабельности соединений существует большая разница между загрязнителями и местами расположения загрязнение и место возникновения опасностей. Примером загрязнителя, который может обнаружить опасность в месте происхождения, является воздействие твердые бытовые отходы на окружающую среду из-за просачивания и загрязнения твердыми частицами. С другой стороны, воздействие водорастворимых загрязнителей может быть скрыто в течение длительного времени, поскольку они смываются далеко от места загрязнения и лишь медленно накапливаются в океанах и грунтовых водах до опасных концентраций. То же самое верно и для "растворимых в воздухе" газов, таких как углекислый газ: они растворяются в огромном количестве атмосферы и со временем накапливаются.[нужна цитата ]

Связь между составом и эффектами

Многие химические вещества антропогенного происхождения, которым регулярно подвергаются люди, частично совпадают. Это затрудняет приписывание отрицательной причинно-следственной связи для здоровья конкретному изолированному соединению. EPA управляет Список кандидатов на загрязняющие вещества для обзора веществ, которые, возможно, потребуется контролировать в общественные системы водоснабжения.[10] EPA также перечислило двенадцать загрязняющих веществ, вызывающих растущую озабоченность на федеральных объектах, с различным происхождением, воздействием на здоровье и способами воздействия.[11]

Выбранные соединения перечислены как новые загрязняющие вещества

Таблица 1 представляет собой сводку данных о двенадцати появляющихся загрязнителях, которые в настоящее время перечислены на одном веб-сайте EPA и относятся к объектам федерального правительства. EPA опубликовало информационный бюллетень по каждому загрязнителю, который был разделен на три категории ниже.[4]

СложныйИспользуетГде это найденоРиск для здоровья
Трихлорпропан (TCP)Химический полупродукт, растворитель, и чистящее средствоПТС плотнее воды, поэтому опускаются на дно водоносные горизонты и загрязняют их, они также обладают низкой способностью к органическому поглощению и выщелачиванию в почву или испарению, загрязняя воздухСчитается вероятный канцероген по NOAA
ДиоксанСтабилизатор хлорированных растворителей, изготовление ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ, побочный продукт производстваЧасто на промышленных объектах, и они быстро перемещаются из почвы в грунтовые воды, хотя он был выведен из употребления в рамках Монреальского протокола, он очень устойчив к биоразложению и был обнаружен более чем на 34 участках EPA.Быстрое разрушение легких, печени, почек, селезенки, толстой кишки и мышечной ткани может быть токсичным для развивающихся плодов и является потенциальным канцерогеном.
Тринитротолуол (TNT )Чистый взрывной, военные и подводные взрывные работыГлавный загрязнитель грунтовых вод и почвЗанесено в список канцерогенов Управлением по гигиене окружающей среды, может вызывать карцинома и папиллома мочевого пузыря
ДинитротолуолПромежуточный для образования тротила, взрывчатого веществаНаходится в поверхностных и грунтовых водах, а также в почве на свалках с опасными отходами и может выбрасываться в воздух в виде пыли или аэрозолей.Считается канцерогеном и может вызывать ишемическую болезнь сердца, гепатобилиарный рак, уротелиальный и почечно-клеточный рак.
Гексагидро-тринитро-триазан (RDX)Военная взрывчаткаСуществует в атмосфере в виде твердых частиц, легко проникает в грунтовые воды и водоносные горизонты из почвы, с трудом испаряется из воды.Снижение массы тела, повреждение почек и печени, возможный рак, бессонница, тошнота и тремор
НаноматериалыШирокая классификация ультрамелких твердых частиц, используемых в более чем 1800 потребительских товарах и биомедицинских приложенияхВыбрасывается как бытовые отходы или утечка, может переноситься по воздуху, обнаруживаться в продуктах питания или во многих различных промышленных процессах.Может перемещаться в систему кровообращения преимущественно через легкие, подвергая организм накоплению соединений в печени, селезенке, почках и мозге.
N-нитрозо-диметиламин (NDMA)Образуется при производстве антиоксидантов, добавок, пластификаторов и ракетного топлива, а также непреднамеренно побочный продукт хлорирования сточных вод и питьевой воды на очистных сооружениях.Быстро разлагается при выбросе в воздух, но очень подвижен при попадании в почву и, вероятно, выщелачивается в грунтовые воды, люди могут подвергаться воздействию зараженной воды, употребления зараженной пищи или продуктов, содержащих NDMA.Вероятный канцероген, свидетельство поражения печени, снижение функции почек и легких
ПерхлоратПроизводство и сжигание твердого ракетного топлива, боеприпасов, фейерверков, инициаторов подушек безопасности и сигнальных ракетХорошо растворяется в воде, поэтому может сильно накапливаться в грунтовых водах, также накапливается в листьях некоторых пищевых культур и молоке.Раздражение глаз, кожи и дыхательных путей, а в больших объемах - коррозия. Потенциально разрушает гормоны щитовидной железы
Перфтороктановый сульфонат (ПФОС ) и Перфтороктановая кислота (PFOA)Используется в добавках и покрытиях, посуде с антипригарным покрытием, водонепроницаемой одежде, картонной упаковке, проволочной оболочке и прочных трубках.Во время производства соединения были выброшены в окружающий воздух, землю и воду, устойчивы к типичным процессам деградации окружающей среды и, как было показано, биоаккумулируются, обнаруживаются в океанах и Арктике, а это означает, что они обладают высокой способностью к транспортировке.Всемирная организация здравоохранения классифицировала возможные канцерогены, которые могут вызывать высокий уровень холестерина, повышение активности печеночных ферментов и неблагоприятные эффекты для репродуктивной системы и развития.
Полибромированные бифенилы (ПБД)ОгнестойкийОбнаруженные в воздухе, отложениях, поверхностных водах, рыбе и других морских животных, они не растворяются, поэтому они не подвижны в воде, но являются летучими и преобладают в атмосфере.Классифицируется Международным агентством по изучению рака, классифицируется как канцерогенное, нейротоксическое и токсическое для щитовидной железы, печени и почек, а также как эндокринный разрушитель.
Полибромированные дифениловые эфиры (ПБДЭ)Огнестойкий и используемый в пластмассах, мебели и других бытовых товарах.Попадает в окружающую среду через выбросы, обнаружен в воздухе, отложениях, поверхностных водах, рыбе и других морских животных.Показано, что является эндокринным разрушителем, а также канцерогенным, также может вызывать нервную, печеночную, панкреатическую и тироидную токсичность.
ВольфрамВстречающийся в природе элемент, который присутствует в различных товарах для дома и военном производстве.Вольфрам растворим в воде и в опасных количествах может содержаться в источниках воды.Может вызывать респираторные осложнения и исследован CDC как потенциальный канцероген.

Примеры из прошлого

  • В 19 - начале 20 вв. асбест использовался во многих продуктах и ​​при строительстве зданий и не считался угрозой для здоровья человека или окружающей среды. Смерть и проблемы с легкими, вызванные асбестом, были впервые задокументированы в начале 20 века.[12] Первые правила асбестовой промышленности были опубликованы в Великобритании в 1930-х годах.[13] Регулирование асбеста в США не происходило до 1980-х годов.[14]
  • В 1970-х годах возникла серьезная проблема с инфраструктурой очистки воды в некоторых штатах США, особенно в Южной Калифорнии, где вода поступала из Сакраменто - Дельта реки Сан-Хоакин.[нужна цитата ] Вода дезинфицировалась для домашнего использования с помощью обработки хлором, который был эффективен для уничтожения микробных загрязнителей и бактерий, но в некоторых случаях он реагировал с химическими веществами и органическими веществами, образующимися в сточных водах. тригалометаны (THM). Исследования, проведенные в последующие годы, начали предполагать канцерогенную и вредную природу этой категории соединений. EPA выпустило свой первый стандарт для THM, применимый к общественные системы водоснабжения, в 1979 г.[15] и более строгие стандарты в 1998 г.[16] и 2006.[17]

Риски и правила

Дальнейшая информация: Загрязнение воды

Возникающие загрязняющие вещества чаще всего рассматриваются как препятствующие решению вопросов, касающихся качества воды. Выбросы вредных соединений в окружающую среду, которые попадают в муниципальную еду, воду и дома, оказывают негативное влияние на социальное благополучие. Эти загрязнители могут перемещаться далеко от точечного источника загрязнения в окружающую среду и со временем накапливаться, становясь вредными, поскольку они не регулируются федеральными агентствами. Эти вредные соединения вызывают повреждение относящийся к окружающей среде и здоровье человека, и их трудно отследить, поэтому сложно установить, кто должен оплатить счет за ущерб, нанесенный ЭК. Поскольку в прошлом эти загрязнители не обнаруживались и не регулировались, существующие очистные сооружения плохо оборудованы для их удаления из бытовой воды.[18] Есть участки с отходами, на очистку которых и предотвращение дальнейшего просачивания и загрязнения грунтовых вод и окружающей среды потребуются сотни лет. биосфера. В Соединенных Штатах органы экологического регулирования на федеральном уровне несут основную ответственность за определение стандартов и законодательных актов, которые определяют политику и контроль в штате, чтобы предотвратить воздействие вредных соединений на граждан и окружающую среду. Возникающие загрязняющие вещества являются примерами случаев, когда регулирование не соответствовало требованиям, и сообщества оставались уязвимыми для неблагоприятных последствий для здоровья. Многие штаты провели оценку того, что можно сделать с появляющимися загрязнителями, и в настоящее время рассматривают это как серьезную проблему, но только восемь штатов имеют специальные программы управления рисками, касающиеся возникающих загрязнителей.[19]

Решения

Это тактика и методы, направленные на устранение последствий некоторых или всех ЦИК путем предотвращения передвижения по окружающей среде или ограничения их концентрации в определенных экологических системах.

Передовая технология очистных сооружений

Для некоторых появляющихся загрязнителей используются несколько передовых технологий - сонолиз, фотокатализ и озонирование - обработали загрязнители в лабораторных экспериментах.[20] Другой технологией является «усиленная коагуляция», при которой обрабатывающий объект будет работать над оптимизацией фильтрации, удаляя прекурсоры загрязнения путем обработки. В случае THM это означало снижение pH, увеличение скорости подачи коагулянтов и поощрение работы домашних систем с фильтрами с активированным углем и устройствами, которые могут работать обратный осмос.[21] Хотя эти методы эффективны, они дороги, и было много случаев, когда очистные сооружения не платили за удаление загрязнения, особенно если оно не было создано в процессе очистки воды, поскольку многие ЭК возникают из-за стока, загрязнения в прошлом. источники и продукты личной гигиены. Трудно также стимулировать государства к разработке собственной политики в отношении загрязнения, поскольку для штатов может быть обременительным платить за процессы проверки и предотвращения. Существует также элемент экологической несправедливости, заключающийся в том, что общины с низкими доходами и меньшей покупательной способностью и политической властью не могут покупать свою собственную систему фильтрации и регулярно подвергаются воздействию вредных соединений в питьевой воде и продуктах питания.[22]

Ремедиация наноразмерных адсорбентов на основе металлоорганических каркасов

Исследователи предположили, что металлоорганические каркасы (MOF) и наноадсорбенты на основе MOF (MOF-NAs) могут использоваться для удаления некоторых CEC, таких как фармацевтика и средства личной гигиены, особенно при очистке сточных вод. Широко распространенное использование наноадсорбентов на основе MOF еще предстоит осуществить из-за сложностей, создаваемых обширными физико-химическими свойствами, которые содержат CEC. Удаление CEC во многом зависит от структуры и пористости MOF-NA и физико-химической совместимости как CEC, так и MOF-NA.[23] Если CEC несовместима с MOF-NA, то можно химически добавить определенные функциональные группы для увеличения совместимости между двумя молекулами. Добавление функциональных групп заставляет реакции полагаться на другие химические процессы и механизмы, такие как водородная связь, кислотно-основные реакции, и комплексные электростатические силы.[23] Для того, чтобы реакция протекала эффективно, для восстановления наноадсорбентов на основе MOF во многом зависит качество воды, такое как pH. Восстановление MOF-NA может также использоваться для эффективного удаления других тяжелых металлов и органических соединений при очистке сточных вод.

Мембранные биореакторы

Другой метод возможного исправления положения ЦИК - использование мембранные биореакторы (MBR), которые действуют через механизмы сорбция и биоразложение. Мембранные биореакторы показали результаты в способности фильтровать определенные растворенные вещества и химические вещества из Сточные Воды с помощью методов микрофильтрация, но из-за чрезвычайно малого размера ЦИК, МБР должны полагаться на другие механизмы, чтобы гарантировать удаление ЦИК. Одним из механизмов, который используют MBR для удаления CEC из сточных вод, является сорбция. Сорбция CEC на отложениях ила в системе MBR может позволить отложениям осесть и подвергнуться бомбардировке водой, что в конечном итоге приведет к биоразложению CEC в мембране. Сорбция определенного CEC может быть даже более эффективной в системе, если CEC является гидрофобным, что заставляет его быстрее перемещаться из сточных вод в отложения ила.[24]

Рекомендации

  1. ^ «Загрязняющие вещества, вызывающие обеспокоенность, включая фармацевтические препараты и средства личной гигиены». Критерии качества воды. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 2019-08-19.
  2. ^ «Загрязняющие вещества, вызывающие растущую озабоченность в окружающей среде». Гигиена окружающей среды - Программа гидрологии токсичных веществ. Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США. 2017-06-16.
  3. ^ Наддео, Винченцо (10.09.2020). «Развитие экологической биотехнологии и контроль возникающих биологических загрязнителей: великая задача для устойчивого будущего». Исследования водной среды. Вайли. 92 (9): 1246–1248. Дои:10.1002 / wer.1439. PMID  32914513.
  4. ^ а б «Новые загрязняющие вещества и загрязняющие вещества, вызывающие озабоченность на федеральном уровне». EPA. 2019-04-04.
  5. ^ а б Сове, Себастьян; Дерозье, Мелани (26 февраля 2014 г.). «Обзор того, что такое появляющийся загрязнитель». Центральный журнал химии. 8 (1): 15. Дои:10.1186 / 1752-153X-8-15. ISSN  1752–153X. ЧВК  3938815. PMID  24572188.
  6. ^ а б Ривера-Утрилла, Хосе; Санчес-Поло, Мануэль; Ферро-Гарсия, Мария Анхелес; Прадос-Джойя, Гонсало; Окампо-Перес, Рауль (01.10.2013). «Фармацевтические препараты как новые загрязнители и их удаление из воды. Обзор». Атмосфера. 93 (7): 1268–1287. Bibcode:2013Чмсп..93.1268Р. Дои:10.1016 / j.chemosphere.2013.07.059. ISSN  0045-6535. PMID  24025536.
  7. ^ Bottoni, P .; Caroli, S .; Караччоло, А. Барра (01.03.2010). «Фармацевтические препараты как приоритетные загрязнители воды». Токсикологическая и экологическая химия. 92 (3): 549–565. Дои:10.1080/02772241003614320. ISSN  0277-2248. S2CID  98011532.
  8. ^ а б Блаха, Лудек; Бабица, Павел; Маршалек, Благослав (01.01.2009). «Токсины, образующиеся при цветении цианобактерий - токсичность и риски». Междисциплинарная токсикология. 2 (2): 36–41. Дои:10.2478 / v10102-009-0006-2. ISSN  1337-9569. ЧВК  2984099. PMID  21217843.
  9. ^ а б c Антониу, Мария Г .; де ла Крус, Армах А .; Дионисиу, Дионисий Д. (01.09.2005). «Цианотоксины: новое поколение загрязнителей воды». Журнал экологической инженерии. 131 (9): 1239–1243. Дои:10.1061 / (ASCE) 0733-9372 (2005) 131: 9 (1239). ISSN  0733-9372.
  10. ^ «Основная информация о CCL и нормативном определении». EPA. 2019-07-19.
  11. ^ Одним из примеров перечисленного химического вещества является Гексоген, взрывчатое вещество. «Технические данные - Гексагидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазин (RDX)» (PDF). EPA. Ноябрь 2017 г. EPA 505-F-17-008.
  12. ^ Кук, W.E. (26 июля 1924 г.). «Фиброз легких из-за вдыхания асбестовой пыли». Br Med J. Лондон: Британская медицинская ассоциация. 2 (3317): 140–2, 147. Дои:10.1136 / bmj.2.3317.147. ISSN  0959-8138. ЧВК  2304688. PMID  20771679.
  13. ^ «Риск асбеста и ценцера». Что вызывает рак?. Атланта, Джорджия: Американское онкологическое общество. 2015-09-15.
  14. ^ "Законы и правила по асбесту". EPA. 2020-04-08.
  15. ^ EPA (1979-11-29). «Национальные временные правила первичной питьевой воды; контроль тригалометанов в питьевой воде; окончательное правило». Федеральный регистр, 44 FR 68624
  16. ^ EPA (1998-12-16). «Национальные правила первичной питьевой воды: дезинфицирующие средства и побочные продукты дезинфекции; окончательное правило». 63 FR 69390
  17. ^ EPA (4 января 2006 г.). «Национальные правила первичной питьевой воды: правило 2-й стадии дезинфекции и побочных продуктов дезинфекции; окончательное правило». 71 FR 388
  18. ^ Гогои, Аниндита (март 2018 г.). «Возникновение и судьба появляющихся загрязнителей в водной среде: обзор». Подземные воды для устойчивого развития. 6: 169–180. Дои:10.1016 / j.gsd.2017.12.009.
  19. ^ Андерсон, Джанет. «Сводный отчет о состоянии ЕС» (PDF). Integrated-corp.com. Интегральный консалтинг. Архивировано из оригинал (PDF) на 31.03.2019.
  20. ^ Фрайз А., Наддео В., Уйгунер-Демирель С. С., Прадо М., Чезаро А., Зарра Т., Лю Х., Бельджорно В., Баллестерос Ф. (2019). «Удаление появляющихся загрязняющих веществ в сточных водах с помощью сонолиза, фотокатализа и озонирования». Глобальный журнал NEST. 21 (2): 98–105. Дои:10.30955 / gnj.002625.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  21. ^ Талиб, Аммара; Рандхир, Тимоти О. (27.01.2016). «Управление возникающими загрязняющими веществами: состояние, воздействия и стратегии в масштабах всего водораздела». Воздействие и здоровье. 8 (1): 143–158. Дои:10.1007 / s12403-015-0192-4. ISSN  2451-9766. S2CID  131316712.
  22. ^ Беллинджер, Дэвид К. (24 марта 2016 г.). «Загрязнение кремня свинцом - вопиющая неспособность защитить общественное здоровье». Медицинский журнал Новой Англии. 374 (12): 1101–1103. Дои:10.1056 / nejmp1601013. ISSN  0028-4793.
  23. ^ а б Джозеф, Лесли; Джун, Бюнг-Мун; Джанг, Мин; Парк, Чанг Мин; Muñoz-Senmache, Juan C .; Эрнандес-Мальдонадо, Артуро Дж .; Хейден, Андреас; Ю, Мяо; Юн, Ёмин (август 2019). «Удаление загрязняющих веществ, вызывающих новую озабоченность, с помощью металлоорганических каркасных наноадсорбентов: обзор». Журнал химической инженерии. 369: 928–946. Дои:10.1016 / j.cej.2019.03.173. ISSN  1385-8947.
  24. ^ Кжеминский, Павел; Томей, Мария Кончетта; Караолия, Попи; Лангенхофф, Алетт; Almeida, C. Marisa R .; Фелис, Ева; Гриттен, Фанни; Андерсен, Хенрик Расмус; Фернандес, Тельма; Manaia, Celia M .; Риццо, Луиджи (январь 2019). «Эффективность методов вторичной очистки сточных вод для удаления загрязняющих веществ, вызывающих растущую озабоченность, связанных с поглощением сельскохозяйственных культур и распространением устойчивости к антибиотикам: обзор». Наука об окружающей среде в целом. 648: 1052–108 1. Bibcode:2019ScTEn.648.1052K. Дои:10.1016 / j.scitotenv.2018.08.130. ISSN  0048-9697. PMID  30340253.