BLOGCZEJNalpha

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) – Kompendium wiedzy (część 2)

Kilka słów wstępu

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są to związki, które mają na nas bardzo szkodliwy wpływ. Jeśli jednak nie wiesz czym są te związki i jakie powodują zmiany w organizmie, to koniecznie przeczytaj pierwszą część artykułu. W niej szczegółowo przedstawiłem tą kwestię. Część ta dostępna jest po kliknięciu w poniższy link.
https://steemit.com/polish/@arabson1990/wielopierscieniowe-weglowodory-aromatyczne-wwa-kompendium-wiedzy-czesc-1

power-station-3431136_640.jpg

Źródła emisji WWA do środowiska

Wyemitowane wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne prowadzą do zanieczyszczenia wszystkich składowych środowiska naturalnego człowieka. W wyniku szczegółowych badań określono procentowy udział ilości WWA w poszczególnych elementach środowiska. Najwięcej, bo aż 89,9% całkowitej ilości WWA w środowisku znajduje się w glebie. Następnie 9,9% WWA jest skumulowane w postaci osadów dennych. W powietrzu, do którego są emitowane WWA wraz z spalinami pozostaje tylko 0,5% całkowitej ilości WWA występującej w środowisku. Z kolei w wodach powierzchniowych tylko 0,3% .
Powyższe udziały procentowe mogą początkowo dziwić, gdyż tyle się mówi o emisji WWA do powietrza, lecz trzeba pamiętać, że WWA zaadsorbowane na cząsteczkach stałych opadają na powierzchnie gleb, roślin czy wód powierzchniowych, dzięki czemu powietrze się oczyszcza. Pomocny w zrozumieniu tego zjawiska będzie poniższy schemat przedstawiający obieg WWA w przyrodzie.

1b.jpg

Emisja WWA do powietrza

Źródła emisji WWA do powietrza można podzielić na dwie grupy: naturalne i antropogeniczne. Naturalne źródła emisji WWA do powietrza to miedzy innymi pożary lasów, łąk, jak i również wybuchy wulkanów. Wartość emisji z tego źródła jest jak na dość krótki czas trwania bardzo duża i trudna do oszacowania. Z kolei antropogeniczne źródła emisji WWA to m.in. emisje spalin z energetyki zawodowej i komunalnej oraz emisje z przemysłu ciężkiego, w tym hut i koksowni. Jednak najbardziej znaczące źródła antropogeniczne transport samochodowy oraz oraz paleniska domowe, zwłaszcza węglowe piece i kotły małej mocy.

Wykazano, że wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne nie mają możliwości samoistnie tworzyć cząstek stałych, dlatego w powietrzu występują wyłącznie w tej postaci na powierzchni cząstek stałych oraz w postaci aerozoli (mgły i dymy). Gdy stężenie WWA w popiele lotnym jest rzędu 10 µg/kg to mamy do czynienia z zjawiskiem zwanym chemisorpcją. Można je opisać jako adsorpcję chemiczną, podczas której tworzą się silne wiązania chemiczne między adsorbentem i adsorbatem. Z kolei przy stężeniach sięgających powyżej 30 µg/kg, WWA zawarte w popiele lotnym jest adsorbowane w wyniku kondensacji par na powierzchni cząsteczek stałych. Ostatecznie tak zaadsorbowane wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne wraz z opadem atmosferycznym opadają na ziemię, gdzie dochodzi do skażenia nimi gleb, roślin i wód powierzchniowych.

Stężenia wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w powietrzu nie są wszędzie na tym samym poziomie. Na wartość stężenia WWA jakie występuje w danym miejscu ma wpływ kilka czynników. Jedne z nich mają korzystny a inne z kolei negatywny wpływ na panujące stężenie tych substancji w powietrzu. Najważniejszymi czynnikami, o największym wpływie na stężenie panujące na danym obszarze są: odległość od źródła emisji, wysokość punktu emisji, warunki meteorologiczne i pora roku.

Stężenie WWA w powietrzu początkowo rośnie, a potem maleje w funkcji odległości od emitora. Z kolei zależność pomiędzy wysokością punktu emisji a stężeniem WWA cechuje się tym, że im wyżej jest położone źródło punktowe emisji, tym niższe stężenie jest notowane w pobliżu tego emitora. Dzięki temu możemy obniżyć stężenie WWA w pobliżu źródła emisji, lecz jest to tylko połowiczny sukces, gdyż te zanieczyszczenia i tak muszą gdzieś opaść. Następnie właśnie od panujących warunków meteorologicznych, w tym głównie od kierunku i prędkości wiatru zależy, jak daleko od źródła emisji zostaną zdeponowane pyły wraz z zaadsorbowanymi WWA. Jeśli chodzi o porę roku, to jest to najbardziej znaczący czynnik. Podczas zimy możemy zaobserwować kilkukrotnie wyższe stężenia WWA w powietrzu, co jest bezpośrednio spowodowane niską emisją związaną z ogrzewaniem domów. Niska emisja jest szczególnie niebezpiecznym źródłem WWA dla ośrodków miejskich podczas zimy, kiedy to zostają uruchomione piece starego typu. W Krakowie w okresie zimowym udział procentowy zanieczyszczeń WWA pochodzących z niskiej emisji kształtuje sie na poziomie 80%. Na ten wynik składa się 45% zanieczyszczeń pochodzących z transportu (samochody osobowe i ciężarowe) i 35% zanieczyszczeń ze źle regulowanych lub eksploatowanych pieców węglowych. Na pozostałe 20% zanieczyszczeń WWA składa się 15% wynikające z emisji napływowej i 5% z tzw. wysokiej emisji (przemysł ciężki, fabryki, elektrociepłownie).

Na podstawie powyższych danych wyraźnie widać, że procentowy udział emisji WWA z wysokiej emisji jest niewielki. Jest to spowodowane wyższą temperaturą spalania paliwa i coraz to lepszymi technologiami oczyszczania spalin. Natomiast coraz większym problemem ekologicznym i zdrowotnym są spaliny i pyły pochodzące ze źródeł niskiej emisji. Pył ten jest bowiem bardziej toksyczny niż pył emitowany ze źródeł przemysłowych. Wynika to z faktu, że niska emisja zwykle wiąże się z niepełnym spalaniem, które zachodzi w niższej temperaturze, co sprzyja zwiększonemu powstawaniu WWA.

carExhaust_2195976b.jpg

Emisja WWA do gleby

Największa ilość wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych występuje w glebach. Jest to aż 90% całkowitej ilości tych substancji znajdujących się w środowisku. Jednak WWA kumulowane w glebie nie odgrywa większej roli, gdyż w przypadku benzo(a)pirenu czas potrzebny do uzyskania stanu równowagi pomiędzy deponowaniem a eliminacją to około 2,3 roku. Ponadto bioakumulacja tychże substancji może zachodzić tylko w prymitywnych organizmach, które nie wykształciły systemów przemian ksenobiotyków. Tak duży odsetek WWA znajdującego się w glebach jest przede wszystkim spowodowany tym, że to właśnie na glebę opada większość wyemitowanych WWA do powietrza. Niestety nie jest to jedyne źródło zanieczyszczenia gleby tymi szkodliwymi substancjami. Gleba zostaje również skażona WWA wymywanymi z powierzchni dróg, na których znajdują się ich duże ilości. Pochodzą one głównie ze spalin samochodowych, z ścierania się opon samochodowych i z samej nawierzchni asfaltowej, która jest bogata w te węglowodory. Zanieczyszczają glebę również ścieki przemysłowe i odcieki z miejsc, gdzie są składowane odpady odlewnicze i materiały budowlane. Ponadto gleba jest zanieczyszczana ściekami bytowo – gospodarczymi, które powinny być oczyszczane w przeróżnych oczyszczalniach ścieków. Niestety około 20% tych ścieków nie trafia do nich, tylko jest używana do nawożenia pól uprawnych, czego wynikiem jest zanieczyszczona wszelakimi substancjami gleba.

drought-780088_640.jpg

Emisja WWA do ścieków, wód powierzchniowych i osadów dennych

Wody powierzchniowe są zanieczyszczane wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi nie tylko w wyniku sedymentacji i opadu tych substancji wraz z deszczem i śniegiem z atmosfery. Zanieczyszczenia te przedostają się również do wód poprzez wymywanie ich z gleby i zasilanie cieków i zbiorników wodnych zanieczyszczonymi odciekami z gruntu. Kolejnym źródłem zanieczyszczającym wody powierzchniowe są ścieki przemysłowe, które mimo podczyszczenia zawierają duże ilości szkodliwych węglowodorów, jak i również ścieki odprowadzane z dróg i ulic. Szczególnie groźne są ścieki koksownicze, hutnicze, gazownicze i rafineryjne.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są związkami słabo rozpuszczalnymi w wodzie, dzięki czemu ilość tychże substancji w wodzie jest ograniczona. Rozpuszczalność WWA w wodzie zwiększyć może niestety obecność detergentów, które w ostatnich latach są coraz to powszechniej stosowane i nierzadko nadużywane. Ponadto WWA w wodzie może występować w postaci zaadsorbowanej na drobnych cząstkach i materii organicznej.

Z uwagi na swoją niską rozpuszczalność, cząsteczki WWA przedostają się do osadów dennych, gdzie ulegają powolnemu metabolizmowi bakterii i poddają się degradującym procesom fizycznym (m.in. fotooksydacji). Dzięki temu ok. 9,9% całkowitej ilości WWA występującego w środowisku przyrodniczym, zostaje zamknięta w „pułapce” i zostaje ograniczony ich niekorzystny wpływ na środowisko i człowieka. Wśród czynników które mają wpływ na wielkość kumulacji WWA w osadzie dennym najważniejszymi są: skład chemiczny, stopień rozdrobnienia osadów, zawartość substancji humusowych i organicznych związków fosforu, siarki, azotu.

Woda pitna, która jest ujmowana ze źródeł powierzchniowych, po uzdatnieniu jest w stacji uzdatniania wody spełnia wymogi zdrowotne odnośnie obecności WWA. Niestety niekiedy dochodzić może do ponownego skażenia wody WWA z powodu wymywania bitumicznych, antykorozyjnych powłok ochronnych stosowanych w rurach wodociągowych. . Zjawisko to jest bardzo niebezpieczne, ponieważ woda na swojej drodze może płynąć także przez rury z PCW, gdzie wypłukiwać będzie chlorek winylu oraz przez przestarzałe rury z dużą zawartością arsenu i azbestu. W takim przypadku mamy więc do czynienia z sumowaniem się działań toksycznych i wzmocnieniem potencjalnego efektu kancerogennego.

Według Światowej Organizacji Zdrowia ryzyko wystąpienia dodatkowych nowotworów przewodu pokarmowego na poziomie 10-5 lub 10-6 może występować, gdy stężenia benzo(a)pirenu w wodzie pitnej wynoszą odpowiednio 0,7 i 0,07 µg/l. Aktualnie stężenia benzo(a)pirenu w wodzie pitnej kształtują się na poziomie poniżej 0,002 µg/l.

wastewater-310853_640.png

Występowanie WWA w żywności

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są również obecne w żywności. W Wyniku badań wykazano, że u osób niepalących ponad 70 % WWA jest przyjmowanych wraz z pożywieniem. Zatem drogi, którymi owe substancje przenikają do żywności można podzielić na dwie grupy: drogi pośrednie i bezpośrednie.

Pierwszą z tych grup można scharakteryzować w skrócie tym, że substancje te dostają się do pożywienia z zewnątrz. Główną drogą pośrednią są opady atmosferyczne, wraz z którymi na powierzchnie gleb, pól uprawnych, łąk, sadów, czy także wód powierzchniowych opadają pyły z substancjami szkodliwymi, w tym WWA. Następnymi drogami pośrednimi są WWA, które są akumulowane w glebach i wodzie, skąd trafiają do roślin i zwierząt. Drogi te są ściśle ze sobą powiązane i nie można traktować ich jako osobne i nie oddziaływające na siebie elementy zanieczyszczające.

W wyniku ww. dróg pośrednich można stwierdzić m.in., że: uprawianie rolnictwa i hodowla zwierząt na terenach o skażonej biosferze wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi sprzyja ich bio akumulacji w surowcach i produktach rolnych, jak i również w tkankach zwierząt. Rośliny pobierają WWA dzięki sorpcji z powierzchni liści oraz z gleby i wody poprzez korzenie i bulwy. Z kolei zwierzęta przyjmują WWA nie tylko z pokarmem roślinnym, lecz także z gleby podczas wypasu. WWA jako że są hydrofobowymi ksenobiotykami mają tendencję do kumulowania się w tkance tłuszczowej, m.in. w tłuszczu mleka. Jeśli chodzi o WWA w owocach i warzywach to sumaryczna większość tych że substancji występuje na skórkach owoców i warzyw. Dzięki woskowej warstwie stanowiącej zaporę blokującą przenikanie WWA w głąb owoców i warzyw, można łatwo poprzez mycie i pozbycie się skórki zmniejszyć narażenie siebie na te szkodliwe substancje. Z kolei inne produkty spożywcze, takie jak ryby i owoce morza mogą być narażone na ekspozycje na związki WWA, które są obecne w wodzie i osadzie dennym. A ilość tych związków akumulowanych przez nie, zależy głównie od zdolności danego gatunku (np. skorupiaki i mięczaki akumulują więcej WWA niż należące do kręgowców ryby).

apple-2788662_640.jpg

Drugą grupę, czyli drogi bezpośrednie przenikania WWA do żywności można opisać jako różnorakie rodzaje przetwórstwa termicznego żywności. Podczas ogrzewania produktów zawierających ligninę, skrobię, cukry proste, aminokwasy, kwasy tłuszczowe, β- karoten, glicerydy cholesterolu w temperaturze 350 – 700ºC powstają WWA. Trzeba również dodać, że nie jest wymagany bezpośredni kontakt płomienia z żywością.

Największą uwagę spośród produktów żywnościowych poświęca się mięsom, ponieważ mogą one zawierać bardzo duże ilości WWA. Ciemniak i Protasowicki w swoich badaniach wykazał, że normy które zostały przyjęte przez państwa Unii Europejskiej spełnia aż 90 % polskich artykułów mięsnych i drobiowych. Normy te przekroczyły tylko wędliny wieprzowe takie jak kabanosy i kiełbasa myśliwska. W wyniku badań nad zawartością WWA w produktach mięsnych uzyskano dwa ważne stwierdzania. Pierwsze mówi że, im więcej tłuszczu zawiera dane mięso poddawane smażeniu, wędzeniu czy grillowaniu, tym wyższe jest końcowe stężenie WWA. Drugie stwierdzenie mówi o tym, że największe ilości B(a)P zawierają produkty silnie wędzone, lecz skażenia tego można uniknąć poprzez stosowanie preparatów dymu wędzarniczego (w czasie produkcji tych preparatów eliminuje się część powstających WWA). Według EFSA (European Food Safety Authority) kluczowymi warunkami prowadzenia procesu wędzenia są: temperatura (im wyższa temperatura procesu, tym większa zawartość WWA), rodzaj drewna (wędzenie dębiną pozwala znacznie obniżyć stężenia benzo(a)pirenu stwierdzanego w produktach wędzenia), sposób generowania dymu (spalanie trocin pozwala uzyskać blisko dwukrotnie niższe stężenia benzo(a)pirenu w produkcie wędzenia niż spalanie drewna lub zrębków), konstrukcja i rodzaj wędzarni.

Zastosowanie wysokich temperatur które wpływa na wzrost WWA w żywnosci ma również miejsce m.in. w procesach prażenia ziaren, suszeniu zbóż i liści czy procesach obróbki roślin oleistych.

Od 1 września 2014 roku najwyższy dopuszczalny poziom dla B(a)P będzie wynosił 2,0 μg/kg a dla sumy 4 WWA 12,0 μg/kg. Według opinii EFSA najbardziej odpowiednim byłby układ czterech specyficznych WWA: benzo(a)pirenu, benzo(a)antracenu, benzo(b)fluorantenu i chryzenu. W poniższej tabeli przedstawiono określoną przez Komitet Ekspertów ds. Substancji Dodatkowych do Żywności zawartość B(a)P w przykładowych produktach żywnościowych.

tabela4.jpg

Podsumowanie

To już koniec drugiej części kompendium wiedzy na temat WWA. Jeśli ktoś czuje lekki niedosyt to proszę się nie denerwować, gdyż pozostała nam jeszcze trzecia (ostatnia) część. Mam nadzieję, że ten wpis nieco usystematyzował wiedzę na temat WWA. Dopełnieniem dla niego będą przedstawione w trzeciej części statystyki z naszego polskiego podwórka, które ukażą, gdzie dokładnie tkwi problem i co należy zrobić by poprawić jakość powietrza.

Na podstawie:
Kubiak Mariusz; Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) – ich występowanie w środowisku i w żywności; Kwartalnik „Problemy Higieny i Epidemiologii” http://www.phie.pl/pdf/phe-2013/phe-2013-1-031.pdf
Bilek Maciej; WWA - Wielopierścieniowe Węglowodory Aromatyczne; http://www.wsse.krakow.pl/Files/Attachments/phpObN8Xl_WWA.doc
Kiljanek Tomasz, Niewiadowska Alicja, Żmudzki Jan, Semeniuk Stanisław; Występowanie wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w żywności pochodzenia zwierzęcego poddanej procesowi wędzenia – ocena ryzyka; Zakład Farmakologii i Toksykologii, Państwowy Instytut Weterynaryjny – Państwowy Instytut Badawczy, Krajowe Laboratorium Referencyjne ds. wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w żywności pochodzenia zwierzęcego; http://www.piwet.pulawy.pl/lims-files/wn.file/wn.file.00000575.05a53e3696e2a6dd37964f5721d34101689ecac8.pdf
Jakubowski Marek; Ryzyko skutków zdrowotnych związanych z narażeniem środowiskowym na wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA); Roczniki Państwowego Zakładu Higieny 2003; Ogólnopolska konferencja naukowa „Chemiczne zanieczyszczenia środowiska: Szacowanie ryzyka”; 8-9 maja 2003r. Pułtusk
http://www.pzh.gov.pl/oldpage/biblioteka/roczniki/54/suplement/Sesja_tematyczna_2.pdf
Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie; Raport o stanie środowiska w województwie małopolskim w 2011 roku; Biblioteka Monitoringu Środowiska 2012; http://www.krakow.pios.gov.pl/publikacje/raporty/raport11/raport2011.pdf

Źródła grafik:
https://pixabay.com
https://www.telegraph.co.uk/news/science/science-news/9209597/Exhaust-fumes-are-twice-as-deadly-as-roads-study-claims.html
Tabele i rysunki na postawie powyższych źródeł naukowych

KOMENTARZE

  • kolorowa.wedzma

    Suuuper dzięki za świetny art