ИСТОЧНИКИ  ПОСТУПЛЕНИЯ  ФОРМАЛЬДЕГИДА  И  ЕГО  ВОЗДЕЙСТВИЕ  НА  ЖИВОЙ  ОРГАНИЗМ

Усманова  Ляйсан  Мансуровна

магистрант  1  г.  о.,  кафедра  экологии  и  природопользования  БашГУ,  РФ,  г.  Уфа

Е-mail:  lyaisan-usmanova@mail.ru

Сафарова  Валентина  Исаевна

научный  руководитель,  д-р  хим.  наук,  профессор,  РФ,  г.  Уфа

Возрастающие  масштабы  антропогенного  воздействия  на  окружающую  среду  требуют  повышенного,  внимания  к  вопросам  охраны  атмосферного  воздуха.  Воздушному  бассейну  отведена  ведущая  роль,  во  всех  процессах,  протекающих  на  планете.  И  не  вызывает  сомнения  тот  факт,  что  состояние  атмосферы  оказывает  влияние  на  здоровье  человека.  По  оценкам  специалистов  оно  на  30—40  %  зависит  от  качества  окружающей  среды.  Это  весьма  приблизительная  оценка,  так  как  в  каждом  конкретном  регионе  эти  цифры  могут  существенно  различаться.

Особенностью  загрязнителей  атмосферного  воздуха  является  их  преимущественная  локализация  в  сравнительно  небольших  географических  регионах  —  городах  и  других  промышленных  центрах.  Результаты  наблюдения  за  концентрацией  загрязняющих  веществ  в  воздухе  городов,  выявление  высоких  уровней  загрязнения  служат  информационной  основой  для  реализации  задач  по  государственному  контролю  источников  выброса  вредных  веществ.  Скорость  накопления  загрязнения  на  сегодняшний  день  значительно  превышает  возможности  самоочищения  атмосферы,  ведет  к  изменению  климата,  поэтому  контроль  и  выявление  источников,  изучение  процессов,  происходящих  в  атмосфере,  и  принятие  мер  к  снижению  загрязнения  или  его  полному  устранению  можно  считать  жизненно  важной  задачей.

В  России  в  последние  годы  растет  количество  городов  с  повышенным  содержанием  формальдегида  в  атмосфере.  Формальдегид  относится  к  малым  газовым  примесям  воздуха,  его  концентрация  в  атмосфере  на  6—8;  порядков  ниже,  чем  концентрация  основных  компонентов  —  азота,  кислорода,  аргона,  углекислого  газа.  Он  входит  в  список,  тех  специфических  веществ,  которые  характерны  для  промышленности,  транспорта  и  энергетики,  каждого  города,  и  подлежит  контролю  на  федеральном  уровне  наряду  с  бенз(а)пиреном,  диоксидом  азота  и  серы,  оксидом  углерода,  взвешенными  веществами,  свинцом,  углеводородами  [1,  с.  3].  В  Западной  Европе  формальдегид  принадлежит  к  числу  28  особо  опасных  со­единений,  включенных  в  международный,  реестр  потенциально  токсичных  химических  веществ.

Характеристика  формальдегида

Формальдегид  (метаналь,  муравьиный  альдегид)  —  первый  член  гомологического  ряда  алифатических  альдегидов.  Молекулярная  масса  формальдегида  30,03  г/моль,  плотность  0,9151  г/см³(при  -80°),  температура  плавления  —  92°,  температура  кипения  —  19,2.

Формальдегид  представляет  собой  бесцветный  газ.  с  резким  запахом  г  Чистый  газообразный  формальдегид  относительно  стабилен.  При  температуре  80—100,  при  температурах  ниже  80°  он  полимеризуется  с  образованием,  различных  твердых  форм.  Процесс  полимеризации  ускоряется  в  присутствии  полярных  растворителей,  кислот  и  щелочей.  Основная  часть  товарного  формальдегида  поставляется  в  виде  формалина  —  водно-метанольного  раствора,  содержащего  35—37  %  формальдегида  и  6—11  %  метанола,  или  водного  раствора  (37  %  формальдегида).

Основным  путем  поступления  формальдегида  в  организм  является  ингаляционный,  дополнительным  —  курение.  Несравнимо  меньше,  его  попадает  в  организм  с  водой.  Некоторое  количество  формальдегида  естественного  происхождения  содержится  в  сырых  продуктах  (мясе,  фруктах,  овощах).  Концентрация  его  может  увеличиться  в  результате  обработки,  например  при  копчений.

Формальдегид  оказывает  многообразное  токсическое  действие  на  живые  организмы.  Степень  и  характер  воздействия  зависят  от  его  продолжительности,  концентрации  формальдегида,  способа  контакта  (вдыхание,  прикосновение,  поступление  через  желудочно-кишечный  тракт  и  т.  д.),  а  также  индивидуальной  чувствительности  организма.

Постоянное  воздействие  высококонцентрированного  вещества  может  привести  к  мутации  органов.  Опасность  формальдегида  как  мутагена  заключается  в  том,  что  он  не  только  индуцирует  соматические  мутации,  опасные  для  жизни  организма,  но  и  в  том,  что  эти  мутации  накапливаются,  передаются  потомству  и  появляются  на  следующих  поколениях  [3,  с.  31].  Оказывает  побочное  действие  на  ЦНС,  вызывая  головные  боли,  утомление  и  подавленность.  Симптомами  отравления  являются  бледность,  депрессия,  затрудненное  дыхание,  головная  боль,  нередко  судороги  по  ночам.  Потенциально  он  может  вызывать  астму  и  астматические  приступы.  Формальдегид  накапливается  в  организме  и  трудно  выводится.  Вредное  воздействие  формальдегида  может  проявляться  в  разный  промежуток  времени  и  это  зависит  от  иммунитета  человека  —  могут  пройти  месяцы,  иногда  годы.  Сильному  негативному  воздействию  склонны  дети  [2,  с.  32].

Источники  поступления  формальдегида  в  окружающую  среду

Источники  поступления  формальдегида  делятся  на  природные  и  антропогенные,  которые  в  свою  очередь  подразделяются  на  первичные  и  вторичные.  Первичные  источники  выделяют  формальдегид,  вторичные  —  выделяют  органические  соединения,  из  которых  в  окружающей  среде  при  определенных  условиях  может  образоваться  формальдегид.  Формальдегид,  в  свою  очередь,  вступает  во  взаимодействие  с  примесями,  присутствующими  в  атмосферном  воздухе,  образуя  другие  токсичные  соединения  или  трансформируясь  в  конечном  итоге  до  оксида  углерода  (II)  и  воды.

Природные  источники  формальдегида

Основными  природными  источниками  являются  растительность,  вулканические  газы,  лесные  пожары  и  выделения  животных.  При  извержении  вулканов  в  атмосферу  выбрасывается  огромное  количество  газов,  паров  воды,  твердых  частиц,  пепла  и  пыли.  После  затухания  вулканической  деятельности  общий  баланс  газов  в  атмосфере  постепенно  восстанавливается.  Существенно  загрязняют  атмосферу  крупные  лесные  пожары.  Чаще  всего  они  возникают  в  засушливые  годы.

Природные  источники  метана  преобладают  водно-болотных  угодий.  Выбросы  водно-болотных  угодий  метана  включают  в  себя  около  80  процентов  от  общего  природного  источника  метана,  с  выпуском  метана  из  термитов,  гидратов  метана.  Общие  годовые  выбросы  метана  из  природных  источников,  по  оценкам,  составит  около  250  млн  тонн.  Работа  Франка  Кепплера  в  2006  предположил,  что  растительность  также  может  быть  главным  природным  источником  метана.  Его  исследование  показало,  что  до  трети  выбросов  природного  метана  на  самом  деле  может  возникнуть  из  этого  источника.  Тогда  текущая  оценка  в  процентах  для  выбросов  водно-болотных  угодий  метана,  вероятно,  будет  завышена  [12,  с.  716].

На  90—95  %  метан  имеет  биологическое  происхождение.  Травоядные  копытные  животные,  такие  как  коровы  и  козы,  испускают  пятую  часть  годового  выброса  метана:  его  вырабатывают  бактерии  в  их  желудках.  Другими  важными  источниками  служат  термиты,  рис-сырец,  болота,  фильтрация  естественного  газа  (это  продукт  прошлой  жизни)  и  фотосинтез  растений.  Вулканы  вносят  в  общий  баланс  метана  на  Земле  менее  0,2  %,  но  источником  и  этого  газа  могут  быть  организмы  прошлых  эпох  [7].  Из  выделившегося  метана  в  природе  с  помощью  ультрафиолета  и  других  газов  образуется  формальдегид.

Последовательность  химических  реакций  образования  формальдегида  в  воздухе:

СH₄CH₄+OH^-  →  CH₃O₂^*  +  H₂O,    (1)

CH₃O₂^*  +  NO  →  CH₃O^*  +  NO_2,                      (2)

CH₃O^*  +O₂  →  HCHO  +  HO₂^*,                  (3)

HO₂^*  +  NO2  →  OH  +  NO₂,                    (4)

2(NO₂  +  hv  →  NO  +  O),                (5)

2(O  +  O₂  +  M  →  O₃  +  M),                    (6)

CH₄+4O₂+2hv  →  HCHO+2O₃+H₂O           (7)

Простейший  представитель  предельных  углеводородов  —  метан  —  образуется  в  природе  в  результате  разложения  остатков  растительных  и  животных  организмов  без  доступа  воздуха.  Этим  объясняется  появление  пузырьков  газа  в  заболоченных  водоёмах.  Иногда  метан  выделяется  из  каменноугольных  пластов  и  накапливается  в  шахтах  [6,  с.  248].

Антропогенные  источники  формальдегида

Выбросы  метана  в  результате  деятельности  человека  считается,  что  превышают  выбросы  метана  из  природных  источников,  ежегодные  выбросы  составляют  около  320  млн.  тонн.  Основные  антропогенные  источники  вытекают  из  потерь,  возникающих  при  добыче  нефти,  угля  и  газа,  в  результате  переработки  отходов,  со  свалок,  выращивание  риса  и  сжигания  биомассы  [9,  с.  187].

Антропогенные  источники  включают  непосредственные  эмиссии  при  производстве  и  промышленном  использовании  и  вторичные  (окисление  углеводородов,  выбрасываемых  стационарными  и  мобильными  источниками).  Фоновые  концентрации  формальдегида  составляют  несколько  мкг/м³,  в  городском  воздухе  достигают  величин  0,005—0,01  мг/м³.  Вблизи  промышленных  источников  его  концентрация  повышается.

Атмосфера  промышленных  городов  характеризуется  очень  высокими  концентрациями  формальдегида.  Наиболее  высокие  концентрации  вещества  наблюдаются  в  городских  застройках  в  часы  пик  или  в  условиях  фотохимического  смога  [5,  с.  160]

В  мире  производят  5  млн.  т.  формальдегида,  который  является  реагентом  для  ряда  важных  синтезов.  Образуется  он  не  только  в  результате  антропогенной  деятельности,  но  и  в  естественных  природных  процессах,  участвует  в  синтезе  фотохимических  продуктов  во  время  смога.  Поэтому  его  концентрация  в  атмосфере  меняется  по  сезонам,  достигая  максимума  в  летние  месяцы.

Источником  образования  формальдегида  в  городах  главным  образом  является  автомобильный  транспорт,  в  результате  работы  двигателей  которого  формальдегид  выделяется  в  выхлопах  совместно  с  другими  недогоревшими  углеводородами.

Количество  загрязняющих  веществ  в  выхлопах  автомобиля  зависит  от  его  общего  состояния,  особенно  от  состояния  двигателя  —  источника  наибольшего  загрязнения  [10,  c.  205].

В  выхлопных  газах  двигателей  тракторов  и  стационарных  резерв­ных  электрогенераторов  с  дизельными  двигателями  содержатся  11  альдегидов  (от  фор­мальдегида  до  гексаналя),  при  этом  различия  имеются  только  в  интенсивности  выбро­сов  отдельных  соединений  [11].

Экспериментами  установлено,  что  выделение  формальдегида  карбюраторными  двигателями  автобусов,  работающих  на  газе  в  20  раз  ниже,  чем  двигателями  автобусов,  использующих  в  качестве  топлива  солярку  [13,  c.  64].

Формальдегид  наряду  с  другими  продуктами  сгорания  топлива  содержится  также  в  выбросах  путевой  техники  на  железнодорожном  транспорте,  в  выхлопных  газах  газотурбинных  двигателей  самолетов  [4,  c.  183].  При  этом  высокие  концентрации  оксида  углерода  и  углеводородов  характерны  для  работы  газотурбинных  установок  при  пониженных  режимах  —  холостом  ходе,  рулении,  приближении  к  аэропорту,  заходе  на  посадку,  тогда  как  содержание  оксидов  азота  возрастает  при  режимах,  близких  к  номинальному.

Источниками  углеводородов  в  атмосфере,  кроме  отработавших  газов  автотранспорта,  служат  потери  при  добыче,  транспортировке  и  переработке,  нефти  и  сжиженно­го  газа,  очистка  сточных  вод,  лакокрасочная  промышленность,  производство  поли­этилена,  газотурбинные  двигатели  самолетов,  автозаправочные  станций,  предприятия  теплоэнергетики  и  др.

Так,  в  результате  работы  только  одной  буровой  скважины  в  атмосферу  поступают  до  2  т  углеводородов  и  сажи,  30  т  оксидов  азота,  8  т  оксидов  углерода,  5  т  диоксида  серы  в  год  [8,  c.  4].

Понижение  содержания  формальдегида  в  зимний  период  обусловлено  снижением  интенсивности  фотохимических  процессов,  уменьшением  эмиссии  метана,  из  которого  может  образовываться  формальдегид,  и,  отчасти,  свойствами  самого  формальдегида,  который  при  -19  ˚С  переходит  в  жидкое  состояние.

Список  литературы:

1. Безуглая  Э.Ю.,  Чичерин  С.С.,  Шарикова  О.П.  Состояние  и  перспективы  сети  мо­ниторинга  загрязнения  атмосферного  воздуха  в  городах.  В  кн.  Мониторинг  загряз­нения  атмосферы  в  городах  (труды  главной  геофизической  обсерватории  или  А.И.  Воейкова),  С-Петербург,  Гидрометиздат,  1998,  —  стр.  3—10. 
2. Дорогова  В.Б.  Тараненко  Н.А.,  Рычагова  О.А.,  Формальдегид  в  окружающей  среде  и  его  влияние  на  организм,  Бюллетень  ВСНЦ  СО  РАМН,  —  2010,  —  №  1(71)  —  С.  32—35.
3. Дягилев  Е.Н.,  Сальницкая  В.В.  Изучение  некоторых  тропических  и  субтропических  растений  как  фитофильтров  для  очистки  газовоздушной  среды  помещений  от  формальдегида  //  Экология  России  и  сопредельных  территорий.  Новосибирск.  2001.  —  С.  31—33.
4. Изварина  Н.А.  Ох­рана  атмосферного  воздуха  в  проектной  документации  //Научно-техническая  конференция  студентов,  магистров  и  аспирантов,  посвященная  1000~летию  Яро­славля.  Ярославль.  2008.  —  С.  183.
5. Переведенцев  Ю.П.,  Матвеев  Ю.Л.,  Тудрий  В.Д.  Основы  экологии  атмосферы//  Изд-во  Казан,  ун-та  Казань:,  2001.  —  160  с.
6. Попель  П.П.,  Кривля  Л.С.  Химия  для  общеобразовательных  учебных  заведений  //  ИЦ  «Академия»,  2009.  —  248  с.
7. Ревель  П.,  Ревель  Ч.,  Среда  нашего  обитания:  В  4-х  книгах.  Кн.  2.  Загрязнения  воды  и  воздуха:  Пер  с  англ.  /  М.:  Мир,  2005.
8. Шахраманьян  М.А.,  Акимов  В.А.,  Козлов  К.А.  Сибирский  регион  России.  Опасности  природного,  техногенного  и  экологического  характера  //  Экология  и  промышленность  России.  2003.  —  С.  4—7.
9. Keppler  F.  et  al.  Methane  emissions  from  terrestrial  plants  under  aerobic  conditions.  Nature  439,  2006.  —  P.  187—191.
10. Musteata  M.F.,  Niri  V.H.,  Mathers  J.B.,  Lem  S..  Monitoring  BTEX  and  aldehydes  in  car  exhaust  from  a  gasoline  engine  during  the  of  different  chemical  cleaners  by  solid  phase  microextraction-gas  chromatography//Water,  Air,  and  Soil  Pollut.  —  2009.  —  №  1—4.  —  P.  205—213.
11. Sawant  A.A.,  Shah  S.D.,  Zhu  X.  Real-world  emissions  of  carbonyl  compounds  from  in-use  heavy-duty  diesel  trucks  and  diesel  Back-Up  Generators  //  Atmospheric  Environ.  —  2007.  —  №  21.  —  Р.  4535—4547.
12. Shindell  D.T.,  Faluvegi  G.,  Koch  D.M.,  Schmidt  G.A.,  Unger  N.  and  S.E.  Bauer.  Improved  Attribution  of  Climate  Forcing  to  Emissions  //  Science.  2009.  —  Р.  716. 
13. Turrio-Baldassarri  L.,  Battistelli  C.L.,  Conti  L.,  Crebelli  R..  Evaluation  of  emission  toxicity  of  urban  bus  engines:  Compressed  natural  gas  and  comparison  with  liquid  fuels  //  Science  Total  Environ.  —  2006.  355,  №  1—3.  —  Р.  64—77.