CC BY
626
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
ЕКОЛОГ1Я НА ТРАНСПОРТ
УДК 628.1
Л. Ф. ДОЛИНА1*, О. П. САВИНА2*
1*Каф. «Гидравлика и водоснабжение», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0001-6082-7091
2*Каф. «Гидравлика и водоснабжение», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0001-7872-6416
ОЧИСТКА ВОД ОТ ОСТАТКОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ
Цель. Основная цель статьи - проанализировать наличие в воде Украины и мира остаточных количеств лекарственных препаратов, а также на основании мирового и собственного опыта предложить методы очистки вод от лекарств. Методика. Исследования выполнены на основании анализа научных источников и отчетных данных о наличии лекарств в воде Украины, европейских стран, США (1999-2017 гг.). Результаты. Проанализированные источники свидетельствуют, что основной экологической угрозой мирового масштаба является наличие лекарств в питьевой воде. Очистные сооружения не приспособлены для обнаружения и разложения лекарственных средств. Во всем мире не предусмотрена борьба с данными веществами. Авторы представляют результаты комплексного рассмотрения вопросов, связанных с определением наличия лекарств в различных водах, их концентраций и наиболее опасных лекарственных препаратов-токсикантов. Медикаменты могут накапливаться не только в организме людей и животных, но и в морской и речной рыбе и т. под. Воздействие даже следовых количеств некоторых лекарств (наркотики, гормональные средства) может оказывать негативное влияние на здоровье более уязвимых слоев населения, особенно детей. Установлено, что главным виновником гормонального загрязнения воды является сельское хозяйство, а именно животноводство. Научная новизна. В работе обобщены имеющиеся и представлены новые методы и технологии очистки воды, такие как: электрохимический, мембранный, адсорбция на основе активированного угля, ультразвуковая обработка в присутствии катализаторов, обработка вод ферментами и персульфатами. Как второй путь снижения количества лекарств в воде предложено создание экологически чистых лекарств. Практическая значимость. Водные проблемы являются главными во всем мире и в Украине в том числе. Нужно предусмотреть дополнительное финансирование для решения проблемы очистки воды от лекарственных препаратов не по остаточному принципу, а по основному финансированию, учитывая то, что вода - это основа жизни на земле, и от качества воды зависит здоровье и жизнь человечества.
Ключевые слова: загрязнение вод лекарственными препаратами; основные лекарства-загрязнители; методы очистки вод от лекарств
карственных средств лишь недавно стали темой научных интересов [19].
Метаболиты лекарственных препаратов -это полярные водорастворимые вещества, которые образуются вследствие физико- и биохимических процессов. В большинстве случаев они являются первоначальными соединениями. Как правило, метаболиты лекарственных препаратов (в дальнейшем будем называть лекарства) не являются токсичными по сравнению с их первоначальными соединениями. Тем не менее некоторые метаболиты могут оказаться более активными, чем исходные лекарства, введенные в организм [3].
Впервые загрязнения окружающей среды фармацевтическими препаратами были обна-
Введение
Лекарственные средства - это средства, которые состоят из фармакологически активных веществ и служат для профилактики, диагностики и лечения заболеваний. Лекарственные препараты, имея фармакологическую активность, обладают свойствами изменять функциональное состояние организма [15]. Как правило, прежде чем внести лекарственные препараты в медицинскую практику, их побочные эффекты на здоровье человека и животных тщательно изучаются. Тем не менее потенциальные экологические исследования фармацевтического производства и использования ле-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
ружены в 1970-е гг. Лекарства были найдены в сточных водах очистительного сооружения «Big Blue River» в Канзасе (США) в 1976 г. [18, 21]. Лекарства с истекшим сроком хранения или препараты, использованные не полностью, могут быть обнаружены на свалках, поскольку утилизируют их вместе с химическими отходами. Но в большинстве случаев выводимые из организма с мочой и фекалиями человека лекарства попадают в сточные воды, а затем на очистные сооружения. Данные медикаменты сами по себе являются биологически активными элементами в организме человека. Лекарства могут быть устойчивыми во внешней среде, и они не всегда адсорбируются или разрушаются полностью в организме [18, 21]. В настоящее время нет очистных сооружений, которые могут удалять метаболиты лекарств или других нерегулируемых загрязнителей, таких как средства личной гигиены. Химические реакции метаболитов в водной экосистеме до сих пор полностью не изучены. Нужно учитывать, что лекарства первоначально разрабатывают с высокой биологической активностью, и, как правило, они имеют высокую устойчивость в окружающей среде. Поскольку во многих случаях они не поддаются биологическому разложению, даже низкая концентрация лекарств и их метаболитов может аккумулироваться в организме людей, животных и рыб [17].
Во всех странах на сегодняшний день идет интенсивное развитие фармацевтической продукции, и это увеличивает риск производства большого количества фальсифицированной, некачественной, просроченной продукции. Более того, могут возникать риски по несоблюдению или нарушению условий хранения, несоответствию оборудования большинства медицинских предприятий современным требованиям экологической безопасности. В отличие от других токсичных загрязнителей окружающей среды, таких как тяжелые металлы, пестициды и др., лекарства специализированы для индивидуального применения, и их попадание в окружающую среду не имеет географических, климатических и других ограничений. Существует большое количество путей, которыми лекарства поступают в поверхностные воды. Основными из них являются: сточные воды фарма-
цевтических заводов, городские очистные сооружения, больницы и свалки.
На сегодняшний день лучше всего изучен процесс поступления лекарств в окружающую среду через муниципальные очистные сооружения. Впервые специалисты Touro University (США) [15] установили, что не только туалет, но и ванна, и стиральная машинка служат источником загрязнения озер, рек и океанов за счет смывания в канализацию остаточных веществ лекарственных кремов, лосьонов, мазей и гелей. Так называемые активные фармацевтические ингредиенты попадают в водостоки и потенциально загрязняют воду и почву. К таким веществам относятся стероиды (например, кортизон и тестостерон), средства от акне и другие препараты. Также отмечено, что, в отличие от внутреннего применения, наружные лекарственные средства, смываемые с водой, содержат неметаболизируемые лекарства в своей полной форме [12].
Фармоиндустрия по обороту находится в первых рядах бизнеса [2], оборот мирового фармацевтического рынка составляет 850 900 млрд долларов в год, и с каждым годом вырастает на 3 %. [21]. Общее количество лекарственных средств и их комбинаций в мире уже превышает 200 тыс. [10]. За один год человечество принимает миллионы тонн различных лекарств. Большое количество лекарств население не использует, и оно попадает в мусорные контейнеры. Идет накопление лекарств, и это представляет угрозу. Нужно начинать думать о жизненном цикле лекарств так, как мы думаем о жизненном цикле машин или одежды.
Медицинские отходы значительно отличаются от остальных и требуют к себе особого внимания из-за постоянного наличия в их составе возбудителей различных инфекционных заболеваний, токсических, а нередко и радиоактивных веществ, что создает опасность для человека.
Неправильная утилизация лекарств приводит к появлению неуязвимых вирусов-мутантов [1]. Микрочастицы даже самых новых антибиотиков или противовирусных препаратов через некоторое время можно обнаружить в почве, воде и даже продуктах питания. Оттуда микродозы лекарств неизбежно попадают в наш организм и «тренируют» бактерии и вирусы. Пе-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, N° 3 (75)
чальный итог - появление неуязвимой супербактерии или вируса-мутанта, обладающих абсолютной устойчивостью к самым различным антибиотикам и антивирусным препаратам. В Бостонском центре адаптационной генетики установили, что концентрация антибиотиков в грунтовых водах в тысячи раз превышает тот минимальный уровень, с которого у бактерий начинает развиваться устойчивость к лекарствам. Сотрудники лаборатории немецкого города Висбадена [22] проверили грунтовые воды Германии на наличие 60 наиболее распространённых в Европе лекарств. Итог исследований ужасает - в каждой (!) пробе воды содержалось более 30 (!) из проверяемых лекарств в опасных для здоровья концентрациях. Среди них снотворные, сердечно-сосудистые, противозачаточные, противоэпилептические препараты. А когда химические вещества потребляются вместе, происходит усиленный эффект, который известен как синергизм. Помимо этого, исследователи не знают, какое влияние на организм оказывают комбинации фармацевтических препаратов.
Для анализа сточных или питьевых вод на идентификацию лекарств, присутствующих в очень низких концентрациях, используют дорогостоящие методы, такие как высокоэффективная газожидкостная хроматография и масс-спектрометрия. Стоимость определения некоторых лекарств в воде составляет несколько тысяч долларов. Здесь не обходится без влияния крупных фармацевтических фирм, поскольку скандал вынудил бы их начать целую инвестиционную кампанию по переводу всей индустрии с объемом продаж 150 млрд долларов на новые рельсы, разработке и внедрению экологически безопасных лекарств.
Цель
Проблемы, связанные с качеством питьевой воды, волнуют миллионы людей в Украине и мире, независимо от регионов, в которых они проживают.
Сегодня идет интенсивное загрязнение Земли медицинскими препаратами. В ходе исследований последних лет было найдено большое количество медицинских и ветеринарных препаратов во многих экосистемах земного шара и даже в таких далеких местностях, как Аркти-
ка. На наш взгляд, если не принимать серьёзных мер, то вред от лекарств может превзойти их пользу. Необходимо переходить на производство экологически чистых лекарств (экологически безопасных) и совершенствовать методы и технологию очистки вод.
Учитывая это, целью нашей статьи является анализ наличия в воде Украины и мира остаточного количества лекарственных препаратов, а также на основании мирового и собственного опыта разработка методов очистки вод от лекарств.
Методика
Для получения полной информации о масштабах загрязнения воды лекарственными препаратами был проведен анализ научных источников и лабораторных отчетов как украинских, так и зарубежных изданий. Таким образом, теоретической базой исследований стали новейшие научные разработки (1999-2017 гг.), в которых отображено, какие именно лекарственные препараты и в каких дозах присутствуют в сточных водах, а также в питьевой воде, поставляемой населению.
Результаты
Проведенный нами информационный поиск показал, что конец ХХ - начало XXI века можно смело назвать «временем новых лекарств»: более 90 % всех медикаментов, которые сегодня врачи назначают своим пациентам, появились в последние 30 лет. Современные фармакологические справочники содержат до 10 тыс. наименований медицинских препаратов. Уже не только в быту, но и в медицине широко применяются искусственно созданные вещества, не имеющие аналогов в природе. К концу ХХ века мировая фармацевтическая промышленность производила более 200 тыс. лекарств. Статистические данные свидетельствуют, что современное человечество за один год принимает миллионы тонн различных лекарств. В США, например, население принимает только аспирина 20-30 т в день, то есть более 10 млн кг в год. [20]. В ряде штатов США в водопроводной воде обнаружен след десятков лекарств, что приводит к появлению неизвестных болезней. Около трети лекарств, продавае-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, N° 3 (75)
мых населению в Вашингтоне, каждый год остаются неиспользованными, что составляет около 33 млн контейнеров. Лекарства, выброшенные в мусорный контейнер, являются химически активными. Они могут попасть в окружающую среду, также могут быть найдены детьми или домашними животными. Никто ранее не обращал особого внимания на тот факт, что принятые нами антибиотики, гормоны и другие активные лекарственные компоненты (АЛК), покинув наш организм с мочой и фекалиями, в дальнейшем попадают на станции очистки вод, оборудование которых не способно разложить эти стойкие соединения на безопасные составляющие.
Число смертельных случаев от побочных эффектов лекарств в США достигло 125 тыс. в год, причем эта причина смерти вышла на 4-е место после заболеваний сердца, онкологии и инсультов [4]. Более половины употребленных лекарств покидают организм в биологически активной форме. В 2008 году была обнародована по-настоящему шокирующая информация: в малых дозах те или иные лекарства (среди них антибиотики, аспирин, антидепрессанты и средства для снижения давления) содержатся в водопроводной воде практически во всех населенных пунктах США (http://e-news.com.ua/ рпй/366317.Мт1). И хотя содержание лекарств оказалось минимальным, ни один врач не может точно сказать, как повлияет на организм человека употребление такой воды в течение многих лет. Наркотики были обнаружены в питьевой воде 24 городов штатов от Южной Калифорнии до Северного Нью-Джерси. В США и Канаде вода вблизи всех крупных городов сильно загрязнена лекарствами.
В Берлине в водопроводной воде ученые обнаружили ортокислоту, которая используется при производстве лекарств, снижающих уровень холестерина. На очистных сооружениях Гётеборга (Швеция) обнаружено 14 препаратов в концентрациях, которые варьировали от нанограммов до миллиграммов на литр [10]. Широко применяемое противовоспалительное и болеутоляющее средство ибупрофен было обнаружено в наибольшей концентрации - 7 мг/дм3. Более 180 из 3 000 разрешенных активных веществ уже обнаружены в водах Германии [10], в том числе антибиотики, психотроп-
ные и противозачаточные средства, женские половые гормоны. Поверхностные воды Германии содержат около 2 мг/л женского полового гормона эстрогена.
В Великобритании в питьевой воде обнаружен бензоилэкгонин - вещество, находящееся в моче после употребления кокаина. Помимо бензоилэкгонина в воде также было обнаружено значительное количество кофеина, ибупро-фена и противоэпилептического лекарства кар-бамазепина [18].
Фармацевтические заводы Индии хоронят большое количество опасных химических отходов. Шведские исследователи обнаружили в 2007 году в Хайдарабаде (Индия) очень высокие концентрации антибиотиков и других лекарств в очищенных сточных водах фармацевтических предприятий [16].
В израильской воде в прибрежном районе Беэр-Тувии обнаружены гормоны и антибиотики. Гормоны попали в воду из коровьих экскрементов. Эти животные получают гормональные препараты для улучшения качества молока.
Подземные питьевые источники в курортах Альп отравлены тридцатью видами наиболее распространённых лекарств [10].
В рамках проекта BASE проводится мониторинг рек Петербурга и Ленобласти на содержание в них лекарств и пластика. Пока экологов интересует наличие в воде двух препаратов
- диклофенака и эстрадиола [17, 25]. Результаты настораживают: очистные сооружения практически не задерживают лекарства. Значительное содержание лекарств обнаружено в Ладожском озере.
В табл. 1 представлены некоторые обнаруженные в воде лекарственные вещества и их фармакологическое действие [6]. Лекарства действуют на фоне других ксенобиотиков (от греч. «чуждый» и «жизнь»), которые в свою очередь могут оказывать негативное воздействие на человека и гидробиоту, а также быть синергистами лекарств и их метаболитов.
Сейчас реализуется проект «Medical Waste»
- «Экологическая утилизация опасных медицинских отходов в трансграничном регионе (Эстония-Латвия-Россия) [14].
Как видим из краткого обзора, лекарства в воде и почве присутствуют во всех странах Азии, Европы и Америки.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
Концентрация лекарственных веществ в водоемах России
Concentration of medicines in the reservoirs of Russia
Таблица 1
Table 1
Лекарственное вещество Фармакологическое действие Концентрация, мг/дм3 Место обнаружения
N-бутил-бензолсульфамид Противогрибковое, противоопухолевое (лечение рака простаты) 0,026 Река Москва
1,3,7-триметилксантин (кофеин) Психостимулирующее, аналептическое 0,026 0,027* Река Москва Иваньковское водохранилище
13-докозенамид Ранозаживляющее 0,006 0,024 0,012 Река Москва Иваньковское водохранилище Истринское водохранилище
12-метатетрадекановая кислота Противоопухолевое 0,038 Иваньковское водохранилище
Бутан-1,2,3,4-тетраол (эритиол) Лечение острых неврологических расстройств, нейропротектор 0,0022 0,002 Иваньковское водохранилище Истринское водохранилище
Бета-ситостерол Противовоспалительное, противовирусное, лечение расстройств простаты 0,005 0,234* Угинское водохранилище Иваньковское водохранилище
Примечание . В случае пробы донных отложений, концентрация в мкг/г
Загрязнение вод и почв лекарствами в Украине. Выступая на FM-радио «Эра» 7 декабря 2017 года (18-00), исполняющая обязанности Министра охраны здоровья сказала, что в Украине используется 16 тыс. лекарств, из которых 76 % производится в Украине. Правительство Украины совместно с Государственным экспортным центром Министерства охраны здоровья работает над созданием прозрачного единого номенклатурного реестра всех лекарственных препаратов.
Исследование, проведённое Институтом химии воды НАН Украины
(http ://www .vetom. com.ua/news/url/antibiotiki_v_ vode) (2011 г.), показало, что питьевая вода, поставляемая украинцам, содержит множество фармацевтических препаратов, включая антибиотики, половые гормоны, успокоительные и
антидепрессанты, обезболивающие, а также многие другие, отпускаемые по рецепту врача. Концентрация этих лекарств в питьевой воде ничтожно мала, однако ученых беспокоят возможные последствия длительного употребления пусть и незначительных доз лекарств. Почти 70 % потребляемых лекарств выводится естественным путем и попадает в канализацию. Сточные воды, пройдя необходимую очистку, вновь попадают в реки, озера и почвы. Очистные сооружения в Украине не способны удалить из воды лекарства, а обеззараживание воды хлором усиливает токсичность некоторых содержащихся в ней лекарств. Ученые полагают, что по прошествии десятков лет негативный эффект от загрязненной таким образом воды проявится в полной мере.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
Биолог А. Шпаков [15] утверждает, что лекарства, тоннами поглощаемые в больших городах, попадают вместе со стоками в водные системы, накапливаются там и создают значительную опасность для здоровья. Длительное время было принято считать, что после использования лекарства полностью разрушаются. Теперь установлено, что более половины употребленных лекарств покидают организм в биологически активной форме, т. е. практически не теряют своих свойств. Они в большом количестве попадают в сточные воды, а оттуда в источники питьевой воды.
Авторы этой статьи обнаружили в водах реки Днепр и водопроводной воде множество лекарств [1, 2]. Наши очистные сооружения не приспособлены для определения и разложения лекарственных средств, отсутствуют нормативно-правовые документы, регламентирующие сброс в водные объекты органических микрозагрязнителей (ОМЗ). До настоящего времени в Украине проблема загрязнения природных вод ОМЗ не рассматривалась ни на официальном, ни на академическом уровнях.
Полученные данные мониторинга качества воды в различных странах мира показали, что она загрязнена лекарствами в той или иной степени, но особенно вода загрязнена вблизи всех крупных городов. Ситуация настолько плоха, что химические стоки фармацевтики ставят под угрозу будущее жизни на нашей планете. Следы лекарств приводят к появлению неизвестных болезней. Всемирная организация здравоохранения установила, что наше здоровье зависит: на 50 % - от образа жизни, 20 % - от наследственности, 23 % - от экологической обстановки и только 7 % - от здравоохранения, т. е. от медицины [4].
Ученые всех стран обнаружили в реках, озерах и глубоких водоносных пластах различные группы лекарств:
- антибиотики;
- противовоспалительные;
- стероидные гормоны;
- противозачаточные средства;
- сердечно-сосудистые;
- противоэпилептические;
- для снижения веса и борьбы с ожирением;
- высокотоксичные противоопухолевые препараты;
- продукты косметики и парфюмерии;
- антидепрессанты, психотропные, снотворные;
- контрастные вещества, используемые при рентгенодиагностике;
- противогрибковые средства.
В журнале «Токсикология и химия окружающей среды» микробиолог Андрес Хартман из Швейцарского федерального института технологии (Цюрих) сообщает, что многие антибиотики «на выходе» из организма почти не изменяются и, сохраняя свою убойную силу, попадают в водоемы, из которых мы затем пьем воду, оказываются в мясе домашнего скота, в овощах и фруктах [15]. Постоянно сосуществуя в природе с микробами, антибиотики делают их невосприимчивыми к лекарствам, и потому совершенно неуязвимы для них. Авторы этой статьи предполагают, что антибиотики, попадая на сооружения биологической очистки (аэротенки, биофильтры и биореакторы), влияют на работу активного ила и биопленку, понижая их эффективность. Ученые разных стран мира предупреждают, что регулярно попадающие в воду лекарства меняют экологию водоемов, обусловливая у их обитателей глубокие изменения на генетическом уровне [13]. Следовательно, необходимо ускорить разработку и внедрение экологически безопасных лекарств и методов доочистки сточных вод от лекарств. Экологически чистые лекарства - это препараты, которые после оказания человеку необходимой помощи будут быстро разрушаться, превращаясь в биологически неактивные «осколки» еще до того момента, как покинут организм. В крайнем случае это должно происходить в очень короткие сроки после их попадания в природную среду.
Еще лет десять назад при лечении различных инфекционных заболеваний можно было использовать 15-20 антибиотиков. Сейчас реально эффективны 5-6, а по прогнозам ВОЗ, еще через лет 10-20 практически все существующие микроорганизмы приобретут устойчивость к антибиотикам. Современные бактерии начинают игнорировать лекарства уже через 2-3 года после их появления [2].
В Бостонском центре адаптационной генетики установили, что концентрация антибиотиков в грунтовых водах в тысячи раз превышает тот минимальный уровень, с которого у бакте-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
рий начинает развиваться устойчивость к лекарствам [10].
В июне 2002 г. [10] Министерство окружающей среды (Берлин) обнаружило, что поверхностные воды Германии содержат около 2 мг/л женского полового гормона эстрогена. Этот гормон является основным компонентом противозачаточных таблеток. Они усваиваются организмом женщины только на 10-15 %, остальное попадает в канализацию. 2 мг/л женских гормонов в питьевой воде... Много это или мало? 0,5 мг/л этого вещества в воде через 6 месяцев вызывает у рыб мужского пола перерождение в женский и падение размножения на 90 %.
Исследователи Рурского университета Бо-хума установили прямую зависимость между эстрогенами в питьевой воде и тенденцией к понижению количества сперматозоидов у мужчин, снижению сексуального влечения, а также повышению заболеваний рака половых органов [10].
Установлено, что коммерческая бутилиро-ванная вода в Испании содержат более 50 фармакологически активных веществ, а также вызывающий привыкание никотин. Содержание никотина в воде варьировалось от 7 до 15 нг/л
[9].
Национальным институтом общественного здоровья Чешской Республики были собраны образцы из 92 источников питьевой воды для исследований, в ходе которых было обнаружено высокое содержание ибупрофена, карбама-зепина, напроксена и диклофенака. Концентрация варьировалась от 0,5 до 20,7 нг/л [11].
Исследователи из Нидерландов обнаружили в источниках воды 12 лекарств и 7 продуктов преобразования (метаболиты). Шведские исследователи между 2007 и 2009 годами протестировали четыре водоема в Монреале (Канада). Они обнаружили, наряду с гербицидами, значительное содержание кофеина и ряда лекарств: карбамазепин, напроксен, гемфиброзил, триметопром, а также эстрон и эстрадиол [21].
Результаты проверок качества питьевой воды удивили даже опытных британских инспекторов - в жидкости были обнаружены следы кокаина, точнее бензоилэкгонина - вещества, находящегося в моче после употребления кокаина [14]. Кроме того, были обнаружены значи-
тельные количества кофеина, болеутоляющего ибупрофена и противоэпилептического лекарства - карбамазепина. Воздействие даже следовых количеств наркотических средств в воде может оказать негативное влияние на здоровье более уязвимых слоев населения, таких как дети. Единственный способ решить проблему заключается в инвестировании в лучшую очистку сточных вод от фармацевтических средств.
Вода в пластиковых бутылках опаснее водопроводной [6]. К такому выводу пришли, когда обнаружили в воде бисфенол А, который похож на женский гормон эстроген. У людей, которые употребляют воду и другие напитки из пластиковых бутылок, наличие гормонов приводит к развитию сердечно-сосудистых заболеваний и диабета, и даже к поражению печени.
Лекарства в системе водоснабжения могут являться причиной развития аутизма у генетически уязвимых людей. К такому выводу пришли эксперты из Университета штата Айдахо в Бойсе (США) [24]. Исследование показало, что достаточно даже очень низких уровней лекарств - антидепрессантов в воде, чтобы вызвать это расстройство. Психотропные лекарства широко используются в современной медицине. Не исключено, что при попадании в систему водоснабжения они становятся причиной нарушений в психическом развитии людей.
Согласно исследованиям Гетеборгского университета в Швеции, клотримазол (лекарство, которое применяется для лечения грибковых инфекций) загрязняет экосистему океана [21]. Для эксперимента были использованы сообщества естественных микроводорослей - пе-рифитон. Их подвергали различным концентрациям клотримазола в течение 4 дней. В результате исследования было обнаружено, что клотримазол нарушает метаболизм водорослей, которые находятся в нижней части пищевой цепи океана. Дело в том, что одноклеточные микроводоросли являются фундаментальной основой пищи и попадание в них клотримазола может повлиять на всю экосистему океана.
Диклофенак - биологически активное вещество, входящее в состав ряда широко распространенных противовоспалительных и болеутоляющих средств [14]. Установлено, что дик-лофенак токсичен для рыб, он нарушает работу их почек. Этот же эффект наблюдается и у лю-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету затзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
дей как одно из побочных действий при длительном приеме препарата. Специалисты предлагают полностью запретить его из-за увеличения (примерно на 40 %) риска инфарктов и других сердечно-сосудистых заболеваний.
Научная новизна и практическая значимость
Лекарства в питьевой воде - это, по словам современного эколога Томаса Терне (2016 г.), страшная угроза мирового масштаба [3]. Для решения этой проблемы есть два пути: первый - это создание экологически чистых лекарств; второй - совершенствование действующих и создание новых эффективных методов и технологий для очистки вод от лекарств.
Методы очистки вод делятся на механические, химические, физико-химические, биологические и комбинированные. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения, степенью вредности примесей, эффективностью очистки и другими показателями. Механическая очистка - это грубая очистка, которая заключается главным образом в очистке вод от взвешенных веществ, нерастворяющихся в воде. Многие лекарства - это растворимые в воде химические препараты, и для них применимы химические, физико-химические, некоторые биологические и комбинированные методы (рис. 1 ).
Химическую очистку применяют в тех случаях, когда выделение загрязнений, в том числе лекарств, возможно только в результате химической реакции между примесью (лекарством) и реагентом с образованием новых веществ, которые легко удалить из воды. Для такой очистки используют реакции окисления или восстановления, нейтрализации, перевод вредных примесей в безвредные, обезвреживание методом озонирования, хлорирования и др. Этот метод, наряду с физико-химическими и комбинированными, находит наиболее широкое применение в практике очистки вод от лекарственных препаратов.
Остановимся на традиционных биологических методах очистки сточных вод. Они имеют ряд преимуществ перед многими физико-химическими методами, поскольку экологически чище, не требуют сложного аппаратурного
применения, имеют низкие эксплуатационные расходы. Наряду с бесспорными достоинствами традиционных методов, у них есть серьёзные недостатки. Они непригодны для очистки стоков, с очень высоким химическим потреблением кислорода (ХПК), а также стоков, содержащих токсические или трудноразлагаемые соединения, к которым относятся многие лекарства. Анализ научных источников показал, что только в редких случаях для очистки сточных вод от лекарств были использованы мембранные биореакторы, метан-реакторы и биофильтры, на загрузку которых были иммобилизованы активные ферменты.
Озонирование. Окислительно-восстановительный потенциал озона выше, чем у кислорода и хлора, вследствие чего он обладает более высоким окислительным и бактерицидным действием [7]. Следует отметить, что обработка воды озоном или ультрафиолетовыми лучами практически полностью вытеснила хлорирование на станциях очистки воды во многих странах Западной Европы [21]. В Украине применение этих экологически эффективных технологий ограничено из-за высокой стоимости переоборудования и реконструкции водоочистных станций, но это должно быть сделано. В последние годы появились новые процессы на основе новых окислительных технологий [10].
К озонированию относятся как процессы прямого окисления органических соединений или обеззараживания растворенным в воде озоном, так и окислительные процессы, протекающие при участии гидроксильных радикалов, образующихся в результате химических трансформаций солей. Именно последние процессы рассматривают в числе новых окислительных технологий. При этом если стандартный восстановительный потенциал озона равен 2,07 В, то у гидроксильных радикалов этот показатель достигает 2,8 В. Образование гидроксильных радикалов в результате трансформации озона в водной среде увеличивается в присутствии пероксида водорода, катализаторов, активированного угля, при совмещении озонирования с ультрафиолетовым облучением и ультразвуковой обработкой [10].
Рис. 1. Методы очистки вод от остатков лекарственных препаратов, разработанные в Днепропетровском национальном университете железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна
Fig. 1. Water cleaning techniques from residues of medical preparations, developed in Dnipropetrovsk National University of Railway
Transport named after Academician V. Lazaryan
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
Озонирование в присутствии пероксида водорода (процесс «Пероксон»). Концентрацию озона и Н2О2 подбирают экспериментально в зависимости от типа загрязнений (лекарств) и их исходной концентрации. Процесс «Перок-сон» получил достаточное распространение вследствие его простоты, при этом в целом ряде случаев вышел на уровень пилотных испытаний и промышленной реализации. Данный процесс может быть проведен в обычном реакторе для озонирования [8], требуется лишь установка дозатора пероксида водорода. Его применяют при очистке питьевой воды от хлорорганических веществ, алифатических соединений, спиртов, при удалении бактерий, вирусов, цист. Пероксид водорода обычно добавляют после проведения озонирования, причем более эффективным является ступенчатое дозирование.
Озонирование при ультрафиолетовом облучении. В данном процессе деградация загрязняющих веществ происходит в результате прямого фотолиза, прямого озонирования и взаимодействия с гидроксильными радикалами. Последние образуются при трансформации озона под воздействием УФ-облучения через промежуточное образование пероксида водорода.
Преимущества процесса [10] по отношению к традиционному озонированию выявлены в многочисленных исследованиях по деградации веществ с гормональной активностью, ме-тилметакрилата, фталатов, фенантрена, нитробензола, фенольных соединений (фенолы, хло-рофенолы, нитрофенолы, крезолы, ксиленолы, катехины). Во всех случаях достигается максимальная минерализация загрязняющих веществ, в том числе и лекарств.
Озонирование при ультрафиолетовом облучении в присутствии пероксида водорода. Это весьма эффективный метод деградации и минерализации веществ в сточных водах с высокой степенью загрязнения. Проведены исследования применения данного процесса для деградации фенола, бензойной кислоты, нитротолуола, ре-зорцинола, мета-, орто- и паракрезола, 2,3-, 2,5-, 2,6-диметилфенола, 5-метилрезоцина. Примеров полномасштабной реализации метода немного.
Озонирование в присутствии катализаторов. Используются гомогенные катализаторы в виде ионов металлов (Мп (II), Бе (II), С5 (III), Ле (I), Си (II), Со (II), СБ (II)) и гетерогенные
катализаторы в виде различных нерастворимых форм ряда металлов (оксиды и др.). Недостатком процесса является присутствие в водной фазе после обработки ионов тяжелых металлов. Используется в промышленности для удаления хлорированных углеводов из подземных вод и фильтрата полигонов ТБО.
Озонирование в присутствии активированного угля (процесс «Карбозон»). Данный процесс является сравнительно новым, но весьма перспективным среди новых окислительных процессов. Результаты достижимы при рН выше 6. При очистке вод от красителей и ароматических сульфониевых соединений были получены хорошие результаты деградации.
Совместное использование озонирования и ультразвука (процесс «Сонозон»). Ультразвуковые волны в жидкой среде вызывают явления кавитации и микротурбулентности, способствующие деградации молекул озона и образованию гидроксильных радикалов. В присутствии ультразвука расход озона может сокращаться на 60-70 %. Были получены хорошие результаты при очистке вод от органических веществ, ароматических соединений, текстильных красителей, фенола, очистке сточных вод ликеро-водочных заводов. Однако метод является достаточно затратным, что препятствует его широкому применению.
Процесс Фентона. Этот процесс основан на использовании реагента Фентона, т. е. смеси соли Бе2+ (катализатора) и пероксида водорода (окислителя) [9, 10]. Процесс Фентона ускоряется при воздействии света, что повышает степень минерализации органических веществ и снижает эксплуатационные расходы.
Примеров проведения экспериментов различного масштаба по использованию процесса Фентона в схемах очистки воды чрезвычайно много.
Так, в процессе Фентона при расходе Бе (II) 20 мг/л и молярном соотношении Н2О2 /Бе (II) 2,5 достигнута полная деструкция лекарств в сточных водах: ацетаминофена, атенолола, атразина, карбамазепина, метопролола, дилан-тина, диклофенака, пентоксифиллина, оксибен-зола, кофеина, флуоксетина, гемфиброзила, ибупрофена, йопромида, напроксена, пропра-нолола, сульфаметоксазола, бисфенола А и триметоприма. Снижение содержания об-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
щего органического углерода в этом случае составляет 30 %. Полная деструкция и 95-процентная минерализация гербицида мезотри-она достигнута при рН 3,5. Интересные результаты получены при отработке схемы доочистки (после биологической очистки в системе с активным илом) муниципальных сточных вод, сбрасываемых в Женевское озеро (Лозанна, Швейцария). Здесь на очистных сооружениях удалось добиться снижения содержания 32 органических микрозагрязнений (лекарства, ингибиторы коррозии, пестициды) на 97-98 % при использовании фотокаталитической системы Фентона с облучением ультрафиолетом (254 нм) практически в нейтральной среде. Кроме этого, ввиду содержания в сточных водах железа (1,5 мг/л), оказалось возможным исключить использование этого реагента.
При использовании процессов электро-Фентон и фотоэлектро-Фентон достигнута 94-98 % деструкции в воде наркотического препарата ацетаминофена и в сточных водах противомикробного препарата флуимуцила [5].
Оксидантный газ. В отличие от используемых в настоящее время в Украине систем, применяющих хлор, в системах ОХ1 применяется уникальная технология получения оксидантного газа - оптимальной смеси окислительных газов (хлора, диоксида хлора, перекиси водорода, атомарного кислорода) [14]. Система работает по принципу электролитического разложения раствора поваренной соли (NaCl) с использованием ионоселективной мембранной технологии. Мембрана от Dupont high-tech является ключом к успеху всего процесса получения оксидантно-го газа. Система ОХ1 - электролитическая установка мембранного типа, которая позволяет получать оксидантный газ локально, дозировано направлять его в воду и контролировать процесс обеззараживания и очистки воды автоматически.
Газогенерирующая установка по производству оксидантного газа ОХ1 состоит из двух поливинилхлоридных отделений, анодного и катодного, соединенных между собой. Анодное отделение содержит титановый сетчатый электрод, а катодное отделение - сетчатый электрод из нержавеющей стали. Между двумя электродами установлена перфорированная мембрана, которая способна пропускать только позитивно заряженные ионы. Оксидантный газ
подается, по мере необходимости, напрямую в воду (без резервуара) для ее обработки. Он обладает эффективным действием в окислительных процессах при очистке вод.
Очистка воды кислородом - эффективный метод удаления вредных для здоровья человека химических соединений, в том числе лекарств. Кислород - самый доступный экологический окислитель. Он подается в напорную водопроводную магистраль при помощи аэрационного эжектора или компрессора для аэрации воды. Очистка воды кислородом может быть двух видов: безнапорная аэрация и напорная аэрация.
Окисление диоксидом хлора (С1О2) Особенностью этого метода является то, что диоксид хлора отталкивает все электроны и никогда ни с чем не комбинируется. Он разрушается в процессе. Таким образом, это «чистая ликвидация»: и вещество, которое уничтожено, и диоксид хлора не оставляют никаких новых химических соединений после себя.
Физико-химические и комбинированные методы. Как указано выше, при озонировании воды использовались другие методы (УФ-облучение, ультразвук, активированный уголь и др.) для повышения эффективности и экономичности процессов. В результате применения комбинированных схем могут быть значительно снижены эксплуатационные расходы при высокой эффективности очистки воды по сравнению с индивидуальными методами. Полагаем, что по мере развития научно-исследовательских испытаний в данной области число промышленных установок, использующих комбинированные методы и схемы очистки сточных вод, будет расти.
Адсорбция. Один из наиболее эффективных методов глубокой очистки воды от растворенных веществ и лекарств. Преимуществом метода является возможность поглощения веществ многокомпонентных смесей, а также высокая степень очистки, особенно слабоконцентрированных сточных вод. В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы (активированный уголь, цеолиты, золу, торф и др.). Эффективность адсорбционной очистки достигает 80-95 %.
Исследованы кинетические закономерности адсорбции лекарств стрептоцида (С6И8К2028), норсульфазола (С9И9К30282), прокаина
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
(С13У20К202), кофеина (С8И10К402), левамизола (СцИ12К28) на активном угле разной пористой структуры. В качестве сорбентов использовали активный уголь КАУ (косточковый), Б400 (битуминозный) и активный антрацит (АА). Концентрацию лекарств определяли на спектрофотометре 8Ыша(2и иУ-2450 с точностью до 0,2 мг/дм3 по максимуму поглощения в УФ-области при длине света: 258 нм - для стрептоцида и норсульфазола, 272 нм - для кофеина, 289 и 212 нм - соответственно для про-каина и левамизола. Скорость адсорбции лекарств убывает в ряду стрептоцид-кофеин-прокаин-норсульфазол-левамизол и снижается с увеличением доли микропор в структуре сорбентов. Использование 50 % сорбционной емкости активного угля достигается за 10 % времени, необходимого для установления адсорбционного равновесия. Кинетика адсорбции некоторых лекарств (ацетаминофена, карбамазепина, дик-лофенака, гемфиброзила, ибупрофена, кетопро-фена, сульфаметоксазола, триметоприма) была изучена на гранулированном мезопористом сорбенте 8БЛ-15 (ОМ8), кофеина и диклофенака -на Б400. Изучена возможность применения перспективного сорбента на основе скорлупы кокосового ореха РГСЛСТШТБ.
Прокаин - один из широко используемых местных анестетиков. При его гидролизе образуется парааминобензойная кислота (ПАБК) и диэтиламиноэтанол. Для человеческого организма большое количество ПАБК может вызвать повреждение печени. Поэтому фактически полное его удаление из воды является актуальной задачей [11].
При очистке вод от поверхностно-активных веществ (ПАВ), хлор- и нитропроизводных фенолов, красителей и фармацевтических средств используют биосорбционные методы. Немалую роль при этом играют микроорганизмы, образующие биопленку на поверхности активного угля (АУ).
Обработка ферратами и персульфатами. Ферраты являются одними из наиболее сильных известных окислителей. В кислой среде восстановительный потенциал ионов Ре02"4 (2,2 в) выше значения этого показателя для озона (2,07 в). Под влиянием ферратов способны деградировать многие токсичные вещества, в том числе лекарства, до малотоксичных продуктов [10].
Ферраты являются достаточно дорогим реагентом, для их получения применяют многоступенчатый синтез. При доочистке сточных вод от лекарств, средств личной гигиены были получены хорошие результаты: степень очистки находилась в пределах 67-88 %, а расход фер-ратов составил 2,5 мг/дм3 в пересчете на Бе. Другим сильным реагентом с окислительным потенциалом 2,1 являются персульфаты 82082_.
Электрохимические процессы (электродиализ, электрокоагуляция, внутренний микроэлектролиз и др.). Характеризуются незначительным влиянием на окружающую среду, гибкостью применения, безопасностью, более высокой рентабельностью. В последнее время проведены многочисленные эксперименты разного масштаба по очистке анодным окислением синтетических растворов и сточных вод от лекарств с использованием ДБАА, а также платинового и титанового (с покрытием из оксидов олова, рутения и иридия) анодов [10]. ДБАА - это допированный бором алмазный анод. Электроды из этого материала, например, обладают высоким перенапряжением выделения кислорода и водорода в водных электролитах. Данные электроды хорошо зарекомендовали себя в новых областях применения, таких как электрохимическое обеззараживание воды, удаление химсо-единений с гормональной активностью, стойких органических веществ (фенольных соединений, красителей ПАВ и др.). В Германии проведены испытания по очистке промышленных сточных вод с использованием анодов ДБАА.
Выводы
Как видим из анализа исследований последних лет, многие экосистемы земного шара загрязнены большим количеством медицинских и ветеринарных препаратов.
Выпускаемые фармацевтической промышленностью лекарства усваиваются человеческим и животным организмом на 10-20 %, а остальное уходит в отходы. Кроме этого, лекарства разрабатываются с высокой биологической активностью, они имеют высокую устойчивость в окружающей среде.
Особенно загрязнена вода лекарствами вблизи крупных городов.
Исследования показали, что поставляемая вода в Украине содержит множество фармацев-
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
тических препаратов, включая антибиотики, половые гормоны, успокоительные и противо-судорожные препараты, обезболивающие, а также многие другие. Концентрация этих лекарств разная, но в целом невелика, однако ученых всерьез беспокоят возможные последствия длительного употребления пусть и незначительных доз лекарств с питьевой водой.
Наибольшая опасность от наличия лекарств в воде состоит в том, что все эти химические вещества потребляются вместе. Исследователи не знают, какое влияние на организм оказывают комбинации фармацевтических препаратов.
Из исследовательских методов очистки воды от лекарств наиболее перспективными являются: химические, некоторые физико-химические и комбинированные. Обработка воды новыми методами озонирования или УФ-лучами практически полностью вытеснила хлорирование на станциях очистки вод во многих странах. В Украине применение этих экологически эффективных технологий ограничено из-за высокой стоимости переоборудования и реконструкции водоочистных станций.
В последние годы появились новые процессы на основе окислительных технологий: процесс «Пероксон», озонирование при УФ-облучении, озонирование при УФ-облучении в присутствии пероксида водорода, процесс «Карбозон», процесс «Сонозон», окисление оксидантным газом, процесс Фентона, окисление в суперкритической воде, фотокаталитические процессы и др. Из физико-химических и комбинированных методов очистки вод от лекарств могут быть рекомендованы следующие:
- электрохимические (мембранный электродиализ, электроактивация, электрохимическая очистка при подаче кислорода);
- адсорбция на основе активных углей;
- мембранные (нанофильтрация + обратный осмос и др.);
- ультразвуковая обработка в присутствии катализаторов;
- обработка вод ферментами и персульфатами.
Кроме того, для устранения загрязнения воды фармацевтическими препаратами необходимо переходить на производство экологически безопасных лекарств.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Андрющенко, Е. Лекарства травят питьевую воду [Электронный ресурс] / Е. Андрющенко // Днепр вечерний. - 2017. - 17 июл. - Режим доступа: http://dv-gazeta.info/vechyorka/zdorovje/lekarstva-travyat-pitevuyu-vodu.html - Загл. с экрана. - Проверено : 04.06.2018.
2. Бактерии обзавелись иммунитетом [Электронный ресурс] / Санкт-Петербургские Ведомости. - 2014. -16 окт. - Режим доступа: https://spbvedomosti.ru/news/obshchestvo/bakterii_obzavelis_immunitetom/ -Загл. с экрана. - Проверено : 04.06.2018.
3. Баренбойм, Г. М. Загрязнение природных вод лекарствами / Г. М. Баренбойм, М. А. Чиганова. -Москва : Наука, 2015. - 283 с.
4. Белоусов, Ю. Б. Клиническая фармакология и фармакотерапия / Ю. Б. Белоусов, В. С. Моисеев, В. К. Лепахин. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва : Универсум Паблишинг, 1997. - 531 с.
5. Биосорбция прокаина на биологически активном угле / Е. А. Корж, Н. А. Клименко, С. К. Смолин, Л. Р. Решетняк // Химия и технология воды. - 2016. - Т. 38, № 5. - С. 519-530.
6. Вода в бутылках опаснее водопроводной [Электронный ресурс] / шдг. М. Доржиева. - Режим доступа: https://www.epochtimes.ru/content/view/69576/7/ - Загл. с экрана. - Проверено : 04.06.2018.
7. Долина, Л. Ф. Новые методы и оборудования для обеззараживания сточных и природных вод : монография / Л. Ф. Долина. - Днепропетровск : Континент, 2003. - 218 с.
8. Долина, Л. Ф. Реакторы для очистки сточных вод : учеб. пособие / Л. Ф. Долина. - Днепропетровск : Стандарт, 2001. - 28 с.
9. Корж, Е. А. Кинетика адсорбции фармацевтических веществ из водных растворов на активных углях / Е. А. Корж, С. К. Смолин, Н. А. Клименко // Химия и технология воды. - 2016. - Т. 38, № 4. - С. 342353.
10. Кофман, В. Я. Новые окислительные технологии очистки воды и сточных вод : обзор зарубежных изданий. Ч. 2 / В. Я. Кофман // Водоснабжение и санитарная техника. - 2013. - № 11. - С. 70-77.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
11. Лекарства и лекарственная болезнь [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.medn.ru/statyi/ lechenie-solyu-skipidarom-kerosinom/lekarstva-i-lekarstvennaya-bolezn.html - Загл. с экрана. - Проверено : 04.06.2018.
12. Лившиц, В. Лекарства как экологическая проблема [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://proza.ru/2013/02/27/1830 - Загл. с экрана. - Проверено : 19.06.2018.
13. Оценка биологической опасности органических ксенобиотиков в источниках водоснабжения / В. Н. Данилов-Данильян, В. В. Поройков, М. А. Чиганова [и др.] // Водоснабжение и санитарная техника. - 2013. - № 10. - С. 17-24.
14. Фармацевтические средства в питьевой воде [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.who.int/water_sanitation_health/emerging/info_sheet_pharmaceuticals/ru/ - Загл. с экрана. -Проверено : 04.06.2018.
15. Шпаков, А. Антибиотики и стероиды отравляют сточные воды [Электронный ресурс] : Смерть из канализации / А. Шпаков // Коммерсант. - 1999. - 26 июн. - Режим доступа: https://www.kommersant.ru/doc/220792 - Загл. с экрана. - Проверено : 04.06.2018.
16. Al-Khazrajy, O. S. A. Factors affecting the dissipation of pharmaceuticals in freshwater sediments / Omar S. A. Al-Khazrajy, Ed Bergström, Alistair B. A. Boxall // Environmental Toxicology and Chemistry. - 2017. -Vol. 37. - Iss. 3. - P. 829-838. doi: 10.1002/etc.4015
17. Boxall, A. B. A. The environmental side effects of medication / A. B. A. Boxall // EMBO reports. - 2004. -Vol. 5. - Iss. 12. - P. 1110-1116. doi: 10.1038/sj.embor.7400307
18. Domercq, P. Emission and fate modelling framework for engineered nanoparticles in urban aquatic systems at high spatial and temporal resolution / Prado Domercq, Antonia Praetorius, Alistair B. A. Boxall // Environmental Science: Nano. - 2018. - Vol. 5. - Iss. 2. - P. 533-543. doi: 10.1039/c7en00846e
19. Fent, K. Ecotoxicology of human pharmaceuticals / K. Fent, A. Weston, D. Caminada // Aquatic Toxicology. -2005. - Vol. 76. - Iss. 2. - P. 122-159. doi: 10.1016/j.aquatox.2005.09.009
20. Human Pharmaceuticals: Assessing the impacts on aquatic ecosystems / Edited by R. Williams. - Pensacola : SETAC, 2005. - 392 p.
21. Occurrence and ecotoxicological assessment of pharmaceuticals: Is there a risk for the Mediterranean aquatic environment? / F. Desbiolles, L. Malleret, C. Tiliacos, P. Wong-Wah-Chung, I. Laffont-Schwob // Science of the Total Environment. - 2018. - Vol. 639. - P. 1334-1348. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.04.351
22. Probe: Pharmaceuticals in Drinking Water [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.cbsnews.com/news/probe-pharmaceuticals-in-drinking-water/ - Загл. с экрана. - Проверено : 04.06.2018.
23. Sumpter, J. P. Pharmaceuticals in the Environment: Moving from a Problem to a Solution / J. P. Sumpter // Green and Sustainable Pharmacy / Editors K. Kummerer and M. Hempel. - Berlin : Springer-Verlag, 2010. - Р. 11-22.
24. Waters reality in Ukraine worldwide / L. F. Dolina, P. B. Mashykhina, A. A. Karpo, A. A. Mishchenko // Наука та прогрес транспорту. - 2017. - № 5 (71). - С. 7-18. doi: 10.15802/stp2017/113695
Л. Ф. ДОЛИНА1*, О. П. САВ1НА2*
1 Каф. «Пдравлжа та водопостачання», Днтропетровський нацюнальний ушверситет залГзничного транспорту Гмен академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпро, Украша, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09,
ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0001-6082-7091
2 Каф. «Пдравлжа та водопостачання», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет залГзничного транспорту Гмен академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпро, Украша, 49010, тел. +38 (056) 273 15 09,
ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0001-7872-6416
ОЧИЩЕННЯ ВОД В1Д ЗАЛИШК1В Л1КАРСЬКИХ ПРЕПАРАТ1В
Мета. Основна мета статп - проанатзувати наявшсть у водi Украши та свГту залишкових кшькостей ль карських препарапв, а також на пiдставi свгтового та власного досвщу запропонувати методи очищення вод вГд лЫв. Методика. Дослщження виконаш на пiдставi аналiзу наукових джерел i звГтних даних про наявшсть лЫв у водi Украши, европейських кран, США (1999-2017 рр.). Результати. Проаналiзованi джерела свГдчать, що основною еколопчною загрозою свгтового масштабу е наявшсть лЫв у питнш водг Очисш споруди не пристосоваш для виявлення i розкладання лжарських засобiв. У всьому свт не передбачена бо-ротьба з цими речовинами. Автори представляють результати комплексного розгляду питань, пов'язаних Гз
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
визначенням наявностi лЫв у рiзних водах, 1х концентрацш та найбiльш небезпечних лiкарських препара-тiв-токсикантiв. Медикаменти можуть накопичуватися не тшьки в органiзмi людей i тварин, а й у морськш та рiчковiй рибi й т. под. Наявшсть навiть слiдiв деяких лЫв (наркотики, гормональнi засоби) може чинити негативний вплив на здоров'я найб№ш уразливих верств населения, таких як дгги. Встановлено, що голов-ним винуватцем гормонального забруднення води е сiльське господарство, а саме тваринництво. Наукова новизна. У робот узагальнено наявнi й подано новi ефективнi методи й технологи очищення води, так1 як: електрохiмiчний, мембранний, адсорбцiя на основi активованого вугшля, ультразвукова обробка в присутносп каталiзаторiв, обробка вод ферментами i персульфатами. Як другий шлях зниження кiлькостi лiкiв у водi запропоновано створення екологiчно чистих лiкiв. Практична значимкть. Воднi проблеми е головними в усьому свiтi й в Украхш в тому числi. Потрiбно передбачити додаткове фiнансувания для ви-рiшения проблеми очищення води вщ лiкарських препаратiв не за залишковим принципом, а з огляду на те, що вода - це основа життя на земл^ й вщ якостi води залежить здоров'я та життя людства.
Ключовi слова: забруднення вод лiкарськими препаратами; основш лiки-забруднювачi; методи очищення вод вщ лiкiв
L. F. DOLINA1*, O. P. SAVINA2*
1*Dep. «Hydraulics and Water Supply», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 273 15 09, e-mail [email protected], ORCID 0000-0001-6082-70912*Dep. ««Hydraulics and Water Supply», Dniprope-trovsk National University of Railway Transport named after
Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 273 15 09, e-mail [email protected], ORCID 0000-0001-7872-6416
WATER CLEANING FROM RESIDUES OF MEDICINAL PREPARATIONS
Purpose. The paper aimed at analyzing the presence of residual quantities of medicinal preparations in the water of Ukraine and the world. Based on the world and own experience to propose methods for waters cleaning from medicines. Methodology. The research was carried out on the basis of analysis of scientific sources and reporting data on the availability of medicines in the water of Ukraine, European countries, the USA (1999-2017). Findings. Analyzed sources inform that the main environmental threat of a global scale is the presence of medicines in drinking water. The treatment facilities are not suitable for the detection and decomposition of medicinal preparations. The fight against these substances is not envisaged all over the world. The authors present the results of a comprehensive review of issues related to the determination of the medicines availability in various waters, their concentrations and the most dangerous medicinal preparations - toxicants. Medications can be accumulated not only in the body of humans and animals, but also in marine and river fish, etc. The impact of even trace amounts of certain medicines (drugs, hormones) can have a negative effect on the health of more vulnerable segments of population, such as children. It was found that the main culprit of hormonal water pollution is agriculture, namely animal husbandry. Originality. The paper summarizes available and presents new methods and technologies for water cleaning, such as: electrochemical, membrane, adsorption based on activated carbon, ultrasonic treatment in the presence of catalysts, treatment of water with enzymes and persulfates. As the second way to reduce the number of medicines in the water, it is proposed to produce environmentally friendly medicines. Practical value. Water problems are the main ones all over the world and in Ukraine as well. It is necessary to provide the additional financing to solve the problem of water cleaning from medicines not on a residual principle, but considering that water is the basis of life on the earth, and in general the health and life of mankind depends on the quality of water.
Key words: water pollution with medicinal preparations; basic medications-pollutants; methods of water cleaning from medicines
REFERENCES
1. Andryushchenko, Y. (2017). Lekarstva travyat pityevuyu vodu. Dnepr vecherniy, 49(13211), 23. Retrived from http://dv-gazeta.info/vechyorka/zdorovje/lekarstva-travyat-pitevuyu-vodu.htm (in Russian)
2. Bakterii obzavelis immunitetom (2014). Sankt-Peterburgskie Vedomosti, October 16. Retrieved from: https://spbvedomosti.ru/news/obshchestvo/bakterii_obzavelis_immunitetom/ (in Russian)
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету затзничного транспорту, 2018, № 3 (75)
3. Barenboym, G. M., & CHiganova, M. A. (2015). Zagryazneniyeprirodnykh vod lekarstvami. Moscow: Nauka. (in Russian)
4. Belousov, Y. B., Moiseev, V. S., & Lepakhin, V. K. (1997). Klinicheskaya farmakologiya i farmakoterapiya. Moscow: Universum Pablishing. (in Russian)
5. Korzh, Y. A., Klimenko, N. A., Smolin, S. K., & Reshetnyak, L. R. (2016). Biosorbtsiya prokaina na biologicheski aktivnom ugle. Journal of Water Chemistry and Technology, 38(5), 519-530. (in Russian)
6. Voda v butylkakh opasnee vodoprovodnoy (n.d.). Retrived from https://www.epochtimes.ru/content/ view/69576/7/ (in Russian)
7. Dolina, L. F. (2003). Novye metody i oborudovaniya dlya obezzarazhivaniya stochnykh i prirodnykh vod: monografiya. Dnepropetrovsk: Kontinent. (in Russian)
8. Dolina, L. F. (2001) Reaktory dlya ochistki stochnykh vod: uchebebnoe posobie. Dnepropetrovsk: Standart. (in Russian)
9. Korzh, Y. A., Smolin, S. K., & Klimenko, N. A. (2016). Kinetika adsorbtsii farmatsevticheskikh veshchestv iz vodnykh rastvorov na aktivnykh uglyakh. Journal of Water Chemistry and Technology, 38( 4), 342-353. (in Russian)
10. Kofman, V. Y. (2013). New advanced oxidation technologies of water and wastewater treatment (part 2) (foreign publications review). Water Supply and Sanitary Technique, 11, 70-77. (in Russian)
11. Lekarstva i lekarstvennaya bolezn (n.d.). Retrived from http://www.medn.ru/statyi/lechenie-solyu-skipidarom-kerosinom/lekarstva-i-lekarstvennaya-bolezn.html (in Russian)
12. Livshits, V. (n.d.). Lekarstva kak ekologicheskaya problema. Retrived from http://proza.ru/2013/02/27/1830 (in Russian)
13. Danilov-Danilyan, V. I., Poroykov, V. V., Chiganova, M. A., Kozlov, M. N., Filimonov, D. A., & Barenboym, G. M. (2013). Otsenka biologicheskoy opasnosti organicheskikh ksenobiotikov v istochnikakh vodosnabzheniya. Water Supply and Sanitary Technique, 10, 17-24. (in Russian)
14. Farmatsevticheskie sredstva v pitevoy vode. (n.d.). Retrived from http://www.who.int/water_sanitation_health/emerging/info_sheet_pharmaceuticals/ru/ (in Russian)
15. Shpakov, A. (1999). Antibiotiki i steroidy otravlyayut stochnye vody: Smert iz kanalizatsii. Komersant, 110. Retrived from https://www.kommersant.ru/doc/220792 (in Russian)
16. Al-Khazrajy, O. S. A., Bergström, E., & Boxall, A. B. A. (2017). Factors affecting the dissipation of pharmaceuticals in freshwater sediments. Environmental Toxicology and Chemistry, 37(3), 829-838. doi: 10.1002/etc.4015 (in English)
17. Boxall, A. B. A. (2004). The environmental side effects of medication. EMBO Reports, 5(12), 1110-1116. doi: 10.1038/sj.embor.7400307 (in English)
18. Domercq, P., Praetorius, A., & Boxall, A. B. A. (2018). Emission and fate modelling framework for engineered nanoparticles in urban aquatic systems at high spatial and temporal resolution. Environmental Science: Nano, 5(2), 533-543. doi: 10.1039/c7en00846e (in English)
19. Fent, K., Weston, A., & Caminada, D. (2005). Ecotoxicology of human pharmaceuticals. Aquatic Toxicology, 76(2), 122-159. doi: 10.1016/j.aquatox.2005.09.009 (in English)
20. Williams, R. (Ed.). (2005). Human Pharmaceuticals: Assessing the impacts on aquatic ecosystems. Pensacola: SETAC.
21. Desbiolles, F., Malleret, L., Tiliacos, C., Wong-Wah-Chung, P., & Laffont-Schwob, I. (2018). Occurrence and ecotoxicological assessment of pharmaceuticals: Is there a risk for the Mediterranean aquatic environment? Science of the Total Environment, 639, 1334-1348. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.04.351 (in English)
22. Probe: Pharmaceuticals In Drinking Water (n.d.). Retrived from https://www.cbsnews.com/news/probe-pharmaceuticals-in-drinking-water/ (in English)
23. Sumpter, J. P. (2010). Pharmaceuticals in the Environment: Moving from a Problem to a Solution. In Kummerer, K., & Hempel, M. (Eds.), Green and Sustainable Pharmac (pp.11-22). Berlin: Springer-Verlag. (in English)
24. Dolina, L. F., Mashykhina, P. B., Karpo, A. A., & Mishchenko, A. A. (2017). Waters reality in Ukraine worldwide. Science and Transport Progress, 5(71), 7-18. doi: 10.15802/stp2017/113695 (in English)
Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. Н. Н. Беляевым (Украина)
Поступила в редколлегию: 06.03.2018
Принята к печати: 07.06.2018
