Берегись – фосфаты!
Развитые страны давно исключили из оборота фосфатсодержащие средства бытовой химии. Украина же на протяжении десяти лет делает неуверенные шаги в этом направлении.
ИСТОЧНИК ПРОБЛЕМЫ
О том, что человечество стоит на грани катастрофы – знают многие, но мало кто осознает, насколько это серьёзно. Понять критичность ситуации можно по состоянию воды в реках и озерах. К сожалению, абсолютное большинство людей пребывают в неведении относительно полезности или опасности веществ, попадающих в организм вместе с водой. Однако многие из них вредны, и часто именно они – виновники многих болезней, сокращающих и без того не очень длинную жизнь человека.
В последние годы одними из наиболее опасных загрязнителей воды стали соединения фосфора, попадающие в водоёмы со сточными водами городов, производств и сельскохозяйственными минеральными удобрениями. В Украине отсутствует открытая информация по источникам загрязнения водоёмов фосфором, однако из научных публикаций известно, что они подразделяются на три основные группы. С одной стороны, в реки сбрасываются коммунальные стоки, несущие в себе все то изобилие химикатов, на которое не скупятся производители бытовой химии. Существующие на данный момент очистные сооружения для бытовых стоков просто неспособны справиться с огромным количеством фосфатов. В результате большая часть доступного для питания водорослей фосфора поступает в водоемы, ухудшая и без того нелицеприятную ситуацию с состоянием поверхностных вод Украины. По имеющимся данным коммунальные стоки вносят в водоемы до 75 % от общего количества сбрасываемого фосфора. Предпринимаемые попытки замены соединений фосфора в бытовой химии будут рассмотрены более детально ниже. Другим источником фосфатов являются различные промышленные стоки. В свою очередь, среди стоков различных производств отдельно следует выделить сбросы воды оборотных циклов и стоки концентрата систем обратного осмоса, как имеющие непосредственное отношение к водоподготовке. Фосфаты в водоподготовке применяются достаточно давно. Основными реагентами на основе фосфатов являются ингибиторы накипеобразования и коррозии, широко применяющиеся для коррекционной обработки воды для оборотных циклов, охладительных циклов и других применений. Главным преимуществом подобных реагентов является их сравнительно невысокая стоимость, которую с лихвой перекрывают недостатки – низкая эффективность при значительной дозировке и остро негативное влияние на окружающую среду. Другой областью применения фосфатных реагентов является их использование в качестве «вспомогательной» химии безреагентных мембранных технологий – в первую очередь, обратного осмоса. В этой области фосфаты применяются в качестве антискалантов – реагентов, предотвращающих образование отложений малорастворимых солей на поверхности мембран. Вклад промышленной группы стоков в общее количество сбрасываемого фосфора достигает 20%. К счастью, на современном этапе развития мембранных методов фосфаты следует рассматривать как пройденный этап. Причинами отказа от фосфатных реагентов являются их низкая эффективность и, не в последнюю очередь, нежелательные экологические последствия их применения. Кроме этого, для фосфатных ингибиторов в случае их передозировки наблюдается неприятный побочный эффект – отложения нерастворимых фосфатов кальция и других металлов на поверхности мембраны.
Современными аналогами устаревших фосфатных ингибиторов являются многокомпонентные антискалантные композиции, отличающиеся высокой эффективностью при малых дозировках. В их основе используются органические производные фосфора – фосфонаты, лишенные основных недостатков фосфатов: низкой эффективности и высокой биоусвояемости. Другим основным классом реагентов в составе таких смесей являются полимерные ингибиторы, не имеющие в своем составе фосфора и обладающие высокой ингибиторной активностью. Совместное использование этих реагентов позволит усилить их эффективность за счет синергетического эффекта и минимизировать их недостатки. Третьим источником фосфатного загрязнения поверхностных вод являются минеральные удобрения, широко и часто бесконтрольно применяемые в отечественном сельском хозяйстве. Несмотря на кажущуюся очевидность влияния удобрений на фосфатное загрязнение водоемов их вклад ограничивается всего лишь 5 %. Это связано с медленным высвобождением фосфатов из комплексных удобрений. Исследования, проведенные сразу в нескольких странах, показали, что фосфатные удобрения — это малоподвижные соединения, и в почве после внесения они находятся до 5—8 лет. Кроме того, существуют разработки, позволяющие снизить скорость миграции питательных веществ в почву и воду. Среди таких разработок выделяется использование отработанных ионообменных смол в качестве носителя минеральных удобрений. Таким образом, бесспорным является факт, что основной источник загрязнения водоемов фосфатами — это коммунальные стоки с остатками стиральных порошков. С учетом этого мировое сообщество разработало мероприятия для предотвращения глобальной экологической катастрофы водоемов. В более чем пятидесяти развитых странах мира в 80—90-х годах были введены законодательные ограничения или полный запрет на применение фосфатных стиральных порошков. На смену им пришли малофосфатные и полностью бесфосфатные синтетические моющие средства. Одновременно, во многих странах мира началось строительство специальных очистных сооружений для удаления из сточных вод фосфора и азота. Так, в Германии затраты на дополнительные очистные сооружения только на реке Рейн составили 50 млрд долларов, в США для защиты Великих Озер более 100 млрд долларов, в Китае — более 200 млрд долларов. Предпринятые мероприятия позволили восстановить биологическое состояние многих водоемов— рек Рейна, Миссури, Миссисипи, Великих Озер, ряда рек и озер в Китае, озер в Скандинавских странах, акваторию морей Европейских стран.
СВЕТЛАЯ СТОРОНА ПРОБЛЕМЫ
Фосфор имеет исключительное значение для жизни животных и растений. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Так как растения уносят из почвы значительное количество фосфора, а естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне незначительно, то внесение в почву фосфорных удобрений является одним из важнейших мероприятий по повышению урожайности. Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн тонн фосфатной руды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений. Известен химический афоризм: «Без фосфора нет мысли». Академик В. А. Энгельгардт добавляет: «Без фосфора нет движения, ибо химизм мышечных сокращений – это целиком химия фосфорных соединений. При обязательном и решающем участии фосфорной кислоты протекают брожение и дыхание – эти два величайших двигателя, на работе которых покоится существование и деятельность всех живых организмов». Фосфор относится к жизненно необходимым химическим элементам. Он входит в состав всех тканей организма человека, особенно мышц и мозга, участвует во всех видах обмена веществ, необходим для нормального функционирования нервной системы, сердечной мышцы, мозга и других органов. Основная масса фосфора содержится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция, а наиболее интенсивный обмен соединений фосфора происходит в мышцах, ведь именно соединение фосфора – АТФ – служит непосредственным источником энергии для мышечных сокращений. Содержание фосфора в организме человека регулируется работой эндокринных органов – гипофиза, щитовидной и поджелудочной желез. В среднем суточная потребность человека в фосфоре составляет около 900 мг. В организм человека фосфор поступает с растительной и животной пищей в виде фосфолипидов, фосфопротеинов и фосфатов. Биоусвояемость его в желудочно-кишечном тракте составляет 70 %. Обмен фосфора в организме человека тесно связан с кальциевым обменом. Фосфор и кальций, в комплексе или по отдельности, выполняют в живом организме важнейшие функции. Нарушение тех или иных процессов с участием этих элементов становится причиной обменных расстройств и многих заболеваний. Если соотношение кальция к фосфору составляет 1:1,5, тогда эти вещества создают необходимые для жизнедеятельности человека соединения, способствующие нормальному протеканию физиологических процессов. Здоровый организм поддерживает необходимый баланс между кальцием и фосфором, однако это равновесие может смещаться в ту или другую сторону при протекании различных заболеваний. При этом нарушение равновесия чревато накоплением фосфора в организме, что за собой влечет нарушения работы почек, нервной системы и опорно-двигательного аппарата.
ТЕМНАЯ СТОРОНА ПРОБЛЕМЫ
Основная опасность фосфатов при попадании в избытке в окружающую среду — это эвтрофикация – зарастанием водоёмов. Цветение воды — экологическая катастрофа, ставшая уже привычным явлением. Фосфаты, в первую очередь, благодаря своему «энергетическому» эффекту — отличные удобрения для растений. После любой стирки (а стирают люди каждый день) с бытовыми стоками фосфаты попадают в реки и озёра. Количество фосфатов накапливается, и они начинают действовать как удобрения, вызывая бурное «цветение» воды, а затем неизбежное «старение» водоёма. «Цветение» воды за счет водорослей возникает только в тех случаях, когда концентрация фосфора в воде превышает 0,01 мг/л. Раньше такое наблюдалось лишь в единичных реках и озёрах. Теперь «цветение» воды – явление повсеместное. В местах особого скопления фосфатов на поверхности воды наблюдается обильный «урожай» синезелёных водорослей, размножающихся с чудовищной, почти взрывной силой. Так, например, один грамм триполифосфата натрия, сброшенный в водоем, стимулирует образование 5—10 килограммов водорослей!
Рост концентрации фосфатов в воде нарушает биологическое равновесие, приводит к резкому повышению биопродуктивности водорослей, в частности — к «цветению» воды, резкому снижению содержания в ней кислорода, способствует внедрению несвойственной водоемам флоры и фауны. В результате гибнут рыбы, раки и другие обитатели водоемов. За последние десять лет содержание фосфатов в сточных водах, поступающих в Днепр, выросло втрое — с 8 до 22 мг/л воды, тогда как в западных странах их количество не превышает 1 мг/л. Вследствие этого «цветут» и погибают Днепр и Днестр, другие большие и малые водоемы. A их неустанно «кормят» стоками стирок всей страны. И так на всем постсоветском пространстве! В 1965 году в тогдашнем СССР ученые, подстегиваемые зарубежными коллегами, всерьез занялись проблемой фосфатного отравления водных систем. На тот момент в одном кубическом метре черноморской воды было не более 50 граммов микроорганизмов. И это уже приводило ряд ученых в ужас. Сейчас в одном кубическом метре воды Черного моря микроорганизмов в 20 раз больше! А обильно растущие водоросли, разлагаясь, выделяют в огромных количествах метан, аммиак, сероводород. Количество кислорода в воде при этом катастрофически уменьшается. В результате вымирает все живое, ведь приспособиться к подобной ядовитой среде невозможно. Использование синтетических моющих средств (СМС), содержащих фосфаты, повышает загрязнение окружающей среды, убивает водных животных, и, далее, по пищевой цепи — остальных зверей и птиц. Мы начали травить фосфатами среду, в которой живем, из которой мы получаем еду и питье, нами самими и отравленные.
Исследователями было установлено, что основная причина отрицательного влияния моющих средств на здоровье человека обусловлена наличием в их составе фосфатов. Нарушая кислотно-щелочное равновесие клеток кожи, они вызывают, прежде всего, дерматологические заболевания. Помимо дерматологического воздействия, фосфаты оказывают влияние и на функционирование организма в целом, поскольку при контакте с кожей они проникают непосредственно в кровь. Вследствие этого нарушаются функции печени, почек, скелетных мышц, что проводит, в свою очередь к тяжелым отравлениям, нарушению обменных процессов, обострению хронических заболеваний и другим неприятным последствиям. Учитывая высокую гигиеническую и экологическую опасность фосфатов, мировое сообщество установило очень жесткие требования к их содержанию в сточных водах, питьевой воде и продуктах питания. Так, Директивы ЕС 98/83/ЕС и 75/440/ЕС устанавливают норматив на содержание фосфатов в водах, предназначенных для питьевых нужд, на уровне 0,7 мг/л, в то время как действующим в Украине ДСанПиН 2.2.4-171-10 предусмотрено гранично допустимое значение 3,5 мг/л. Согласно Директиве 76/160/ЕС, содержание фосфатов в поверхностных водах культурно-хозяйственного и рекреационного назначения не должно превышать 0,2 мг/л, а в Украине, согласно ДСанПиН 4630-88, допускается до 3,5 мг/л фосфатов в водах аналогичного назначения.
ДВОЙНОЙ УДАР
У фосфатов есть отличные «партнеры», с которыми они превосходно уживаются и совместно вредят человеку и природе. Это поверхностно- активные вещества (ПАВ) – химические соединения, понижающие поверхностное натяжение воды и, тем самым, способствующие удалению грязи. Фосфаты снижают влияние жесткости воды на действие поверхностно-активных веществ, являющихся главным ингредиентом моющих средств, тем самым повышают эффективность последних. Именно поэтому полифосфаты вводят в состав стиральных порошков и мыла. В ходе экспериментов было установлено негативное влияние этих соединений на здоровье человека. Особо опасны анионные ПАВ, поэтому в странах Западной Европы наложены строгие ограничения на использование анионных ПАВ в стиральных порошках – не более 2 %. Мало того, что фосфаты усиливают проникновение ПАВ через кожу, они еще и способствуют накоплению этих веществ на волокнах стираемых тканей, способствуя настолько прочному соединению ПАВ с тканью, что даже 10-кратное полоскание в горячей воде полностью не освобождает ее от химикатов. Сильнее всего удерживают вещества шерстяные, полушерстяные и хлопковые ткани. Мировая гигиеническая наука предъявляет жесткие требования к гигиенически безопасным стиральным порошкам. Из их состава необходимо исключить следующие химические компоненты: фосфаты, хлор, сульфаты, силикаты, аммиак, бор. Кроме этого, необходимо строго ограничить содержание ряда компонентов: анионных ПАВ — не более 2 %; неионогенных ПАВ одного вида — не более 3 %; солей токсичных кислот — не более 1 %; кaтиoнных ПАВ — не более 2 %; синтетических ароматизаторов — не более 0,01 % (а идеальным является отсутствие таковых); пыли — 0,5 %. Также подобные порошки должны обеспечивать высокую степень выполаскивания из тканей и содержать информацию на упаковке, что при пользовании стиральными порошками потребители должны строго соблюдать требования по личной безопасности.
ПУТИ РЕШЕНИЯ
Для решения глобальной проблемы защиты Мирового океана и пресноводных ресурсов в начале 70-х годов под эгидой ООН был заключен международный договор, в котором были определены главные направления, и первое из них — сокращение и полное прекращение загрязнения водных ресурсов биогенными веществами, особенно фосфором. Договор ратифицирован практически всеми членами ООН и продолжает действовать. На сегодняшний день более чем в пятидесяти странах мира введены законодательные ограничения или полный запрет на применение фосфатных стиральных порошков. Неоднозначным остается отношение к использованию фосфатов в Европе. Например, в Великобритании и Испании они разрешены, но их содержание не должно превышать 12 %. Для сравнения, в Украине действующий закон нормирует содержание фосфатов не более 30 %. В настоящее время в Германии, Италии, Австрии, Норвегии, Швейцарии и Нидерландах законодательно запрещено использование фосфатов в стиральных порошках. В этих странах даже шампунь для автомобилей производится на бесфосфатной основе. Так, в Бельгии более 80 % порошков не содержат фосфатов, а в Финляндии и Швеции — 40 %, в Великобритании и Испании — 25 %, в Дании — 54 %, Франции — 30 %, Греции и Португалии — 15 %. В Японии уже к 1986 году фосфатов в стиральных порошках не было вообще, а в качестве альтернативной основы использовались цеолиты. «Антифосфатные» законы были приняты в 42 из 48 префектур Японии. Сегодня законы о запрете фосфатов в составе синтетических моющих средств действуют в Южной Корее, Гонконге, Таиланде, ЮАР и на Тайване. В США подобные запреты охватывают более трети штатов. Кардинально уменьшить содержание фосфатов в синтетических моющих средствах вплоть до полного их исключения можно, используя для стирок и мытья воду, очищенную от ионов жесткости, т.е. – умягченную. Обеспечить снижение жесткости воды можно путем использования бесфосфатных реагентов при изготовлении моющих средств, или умягчая воду методом натрий-катионирования до ее применения в процессах стирки и мытья. На смену фосфатным порошкам были разработаны и внедрены в практику малофосфатные и полностью бесфосфатные синтетические моющие средства. В качестве основ для современных бесфосфатных стиральных порошков используется целый ряд химических соединений, в том числе природные минералы – цеолиты; сесвикарбонат натрия – аналог минерала троны; поликарбоксилаты – те самые полимерные реагенты, которые вытеснили фосфаты из мембранной водоподготовки (см. материал в ВиВТ №3 за 2012год), и некоторые другие.
Во многих странах мира началось строительство специальных очистных сооружений для удаления из сточных вод фосфора и азота. И это все наряду с высокой информированностью населения. Эксперты называют ситуацию, сложившуюся с фосфатами в Украине, критической, а Министерство регионального развития, строительства и жилищно-коммунального хозяйства уже объявило им войну, разработав законопроект, запрещающий изготовление и продажу в Украине моющих средств, содержащих эти опасные компоненты. В то же время Верховная Рада приняла постановление о разработке общегосударственной программы «Об уменьшении и постепенном прекращении использования на территории Украины моющих средств на основе фосфатов». А Министерство экономического развития и торговли предлагает постепенно уменьшать долю содержания фосфатов в синтетических моющих средствах до полного запрещения их использования в этих средствах с 2020 года. Ими разработан соответствующий проект закона «О государственной регуляции синтетических моющих средств и товаров бытовой химии». Согласно документу, массовая доля фосфатов в моющих средствах и бытовой химии в пересчете на Р2О5 с 1 января 2013 года должна составлять не более 17 %, с 1 января 2015 года — не более 10 %, с 1 января 2018 года — не более 5 %.
В то же время основная масса соотечественников и не подозревает, что содержимое даже самого надежного моющего средства может со временем отрицательно сказаться на их здоровье. Украинские покупатели из-за низкой информированности считают: «если это средство продается на прилавках магазинов, оно полностью безопасно». Ограниченное информирование общественности о более безопасных товарах и пропаганда бизнеса притупили бдительность потребителя. Тем временем потребление порошков в Украине ежегодно растет на 10—15 % и в 2011 году превысило 300 тыс. тонн. Стремление к чистоте играет злую шутку, как с украинцами, так и с их средой обитания.
По материалам журнала «Вода и водоочистные технологии», №5 (55) от 10.2012
