Zdrowotne i środowiskowe skutki spalania odpadów w piecach

Zdrowotne i środowiskowe skutki spalania odpadów w piecach domowych
Marta Tarabuła-Fiertak
Pracownik Instytutu Nauk o Środowisku Uniwersytetu Jagiellońskiego
ul. Gronostajowa 7,30-387 Kraków
Prezes Fundacji Aktywnej Edukacji, Porąbka Uszewska 21
e-mail: [email protected]
Przenikanie do atmosfery rozmaitych substancji nazywa się emisją. Substancje te mogą
występować we wszystkich trzech stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym), a ich
źródłem są naturalne procesy (chemiczne, fotochemiczne, biologiczne lub fizyczne)
zachodzące w przyrodzie oraz działalność człowieka. Wielkość emisji określa ilość danego
zanieczyszczenia przenikającego do atmosfery w określonym czasie, na przykład w kg/rok.
Ważnym źródłem zanieczyszczeń powietrza jest niska emisja, czyli efekt spalania w piecach
domowych różnego rodzaju paliw. Substancje przedostające się do atmosfery z małych
rozproszonych stacjonarnych źródeł punktowych, np. palenisk domowych, uwalniają głównie
produkty spalania paliw kopalnych i, niestety, wszelkiego rodzaju śmieci. Rosnące
zapotrzebowanie na energię uczyniło ze spalania główne źródło zanieczyszczeń
atmosferycznych pochodzenia antropogenicznego. Najważniejsze z nich to:

polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane dibenzofurany potocznie zwane
dioksynami i furanami (PCDD/PCDF)

pył pochodzący z niepalnej części odpadów zawierający metale ciężkie, tj. chrom.
nikiel, ołów, kadm, rtęć i wiele innych,

dwutlenek siarki emitowany z odpadów zawierających substancje bogate w siarkę.

tlenki azotu (tlenek, dwutlenek i podtlenek azotu) wydobywające się podczas
spalania odpadów zawierających azot,

chlorowodór i fluorowodór jako konsekwencja obecności w odpadach substancji
zawierających chlor i fluor,

dwutlenek i tlenek węgla będące naturalnymi produktami procesu spalania
węglowodorów tworzących materię organiczną ulegającą spalaniu,

mikrozanieczyszczenia organiczne (w skład których wchodzi ponad 300 związków
chemicznych w tym proste węglowodory alifatyczne i aromatyczne) wytwarzane na
skutek niepełnego rozkładu termicznego materii organicznej,

alkohole, aldehydy, ketony, proste kwasy karboksylowe, proste węglowodory
chlorowane (alifatyczne i aromatyczne) itp.
Dokładna ilość związków chemicznych powstających w procesie spalania odpadów nie jest
znana. Dotychczas określono ich liczbę na około tysiąc, jednakże uważa się, że jest ich dwa, a
nawet trzykrotnie, więcej.
Dioksyny
Do najgroźniejszych produktów spalania, w tym spalania śmieci, należą chlorowane
związki organiczne, a szczególnie rodzina dioksyn: polichlorodwubenzodioksyny (PCDDs),
polichlorodwubenzofurany (PCDFs), polichlorodwufenyle (PCBs) i polichloronaftaleny (PCNs).
Najbardziej toksyczną z nich i także powstającą w procesie spalania odpadów jest 2,3,7,8
tetrachlorodwubenzo-p-dioksyna (TCDD). Jest ona 10.000 razy bardziej trująca niż cyjanek
potasowy, a jej połowiczny rozpad w glebie trwa 160 lat. Poprzez swoje zdolności
bioakumulacyjne odkłada się w tkance tłuszczowej i migruje w łańcuchu pokarmowym.
Przedostając się do organizmu człowieka powoduje m.in. kancerogenność, teratogenność,
obniżenie odporności immunologicznej, osłabienia procesów wzrostu, osłabienie zdolności
rozrodczych, zaburzenia neurologiczne i hormonalne. Amerykańska Agencja Ochrony
środowiska, która prowadzi obecnie intensywne badania nad wpływem dioksyn na organizm
człowieka, zamierza zaliczyć związki dioksyn do tzw. grupy A, czyli grupy rozpoznanych
związków kancerogennych powodujących nowotwory u ludzi.
Metale ciężkie
W całkowitej emisji metali ciężkich na terenie Polski, wysoki jest udział emisji
związany ze spalaniem węgla i śmieci w indywidualnych paleniskach domowych – jest to 10%
dla rtęci, 30% dla ołowiu i ponad 40% kadmu. Metale ciężkie zostają uwolnione z odpadów,
w których były związane. Odsetek metali w pozostałościach po spaleniu może być znaczny i
może sięgać kilku procent. Znaczna część tych metali zawarta była w dodatkach do tworzyw
sztucznych, co oznacza, że wyrzucone na zwykłe wysypisko (nieizolowane) przechodziłyby do
środowiska w tempie rozkładu plastików, czyli przez kilkaset lat. Jednak po spaleniu
odpadów zawarte w nich metale przechodzą w formy znacznie bardziej mobilne, np.
chlorków i siarczanów, a wystawione na działanie czynników atmosferycznych (kwaśne
deszcze) szybko zostają rozpuszczone i wypłukane. Badania wykazały, że po pewnym czasie
62% zawartego w pyłach kadmu, 30% miedzi i 32% cynku może ulec wypłukaniu. Metale
ciężkie mogą wywoływać zaburzenia w funkcjonowaniu organizmu. Ołów upośledza procesy
syntezy hemoglobiny, negatywnie wpływa na funkcjonowanie szpiku kostnego i wątroby,
obniża poziom witaminy D w organizmie, łączy się z grupami enzymów i białek powodując
zmiany we krwi i naczyniach oraz wpływa na poziom żelaza w organizmie, wywołując
anemię. Działanie kadmu jest zależne nie tylko od jego stężenia w powietrzu, ale także od
czasu narażenia na jego działanie. Według obliczeń zatrucie śmiertelne u ludzi przy stężeniu
kadmu wynoszącym 10 mg/m3 powietrza następuje po upływie 5 godzin. Niewielkie stężenia
kadmu wpływają niekorzystnie na układ odpornościowy organizmu. Choroba itai-itai, wynikła
z zatrucia kadmem, oprócz uszkodzeń nerek objawia się rozmiękczeniem kości
(osteomalacją), i wzrostem ich kruchości (osteoporozą). U ludzi chorych obserwowano
zaburzony metabolizm wapnia, fosforu, witaminy D oraz cukromocz. W 1993 roku kadm i
jego związki zostały uznane przez Międzynarodową Agencję do Walki z Rakiem (IARC) za
czynniki rakotwórcze u ludzi. Pary rtęci powodują w płucach odczyny zapalne i zaburzenia
ośrodkowego układu nerwowego (wzmożona pobudliwość). Przy zatruciach przewlekłych
występują również zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego, objawiające się drżeniem
kończyn, zmianami osobowości, stanami depresji, a w ciężkich przypadkach halucynacjami.
Szkodliwy wpływ na serce metali ciężkich - na przykład rtęci - może mieć związek z
aktywnością fosfolipazy D - enzymu, pod wpływem którego tworzą się złogi na ścianach
naczyń krwionośnych. Naukowcy z Ohio State University Medical Center badali działanie na
organizm trzech postaci rtęci. Stosowano związek nieorganiczny - chlorek rtęci, chlorek
metylortęci - typowe zanieczyszczenie środowiska - oraz stosowany w przemyśle
farmaceutycznym thimerosal. Każda postać rtęci aktywując fosfolipazę D zmieniała
zachowanie komórek, wyściełających naczynia krwionośne, co może prowadzić do chorób
serca.
Chlor i siarka
W wyniku spalania chlor i siarka, obecne w odpadach komunalnych, stają się źródłem
zanieczyszczeń kwasowych, takich jaj HCl i SOx. Sam chlor jest kluczowym elementem w
powstawaniu organicznych związków chloru, takich jak dioksyny czy chloraminy. Stąd istotne
jest poznanie zawartości chloru i siarki w różnych rodzajach śmieci wpadających do naszego
kosza, które niestety bywają spalane w domowych piecach. Do spalenia przeznaczono
odpadki kuchenne, papier, tekstylia, drewno i liście, plastiki oraz drobne odpadki
(przechodzące przez sito o oczkach 5mm). Procedura doświadczalna pozwoliła na
wyróżnienie palnej i niepalnej frakcji chloru i siarki. Śmieci były spalane w piecu kwarcowym,
w temperaturze 600oC. Efektem było powstanie gazów spalinowych i popiołów. Chlor i siarka
obecne we frakcji gazowej zostały uznane za palne, te obecne w popiołach za niepalne.
Średnia zawartość chloru w domowych śmieciach to 3,7 g/kg, z czego 2,7 g/kg to chlor frakcji
palnej. Spośród odpadów domowych największym źródłem chloru jest plastik. Odpowiada za
76% chloru frakcji palnej i 27% frakcji niepalnej. Na kolejnych miejscach są: papier,
odpowiednio 13 i 18%; odpadki kuchenne - 2 i 27%; drobne odpadki – 3 i 20%; tekstylia – 5 i
3%; drewno i liście – 2 i 4%. Średnia zawartość siarki w domowych śmieciach to 0,81 g/kg, z
czego 0,46 g/kg to siarka frakcji palnej. Spośród odpadów domowych największym źródłem
siarki frakcji palnej były tekstylia, frakcji niepalnej - papier. Tekstylia dały 55% siarki frakcji
palnej i 5% frakcji niepalnej, a papier odpowiednio 13 i 45%. Innymi źródłami siarki były:
odpadki kuchenne - 12 i 13%; plastiki – 9 i 10%; drobne odpadki – 7 i 23%;drewno i liście – 3 i
5%.
Pyły zawieszone
Pyły zawieszone to ciekłe krople lub stałe cząstki pochodzenia naturalnego jak w przypadku
aerozolu soli morskiej lub pyłów mineralnych, albo cząstki produkowane przez człowieka jak
to jest w przypadku aerozolu kropli lub cząstek stałych siarczanów. Często prekursorami
pyłów zawieszonych są tlenki siarki i azotu, które są przekształcane w procesach
chemicznych i fotochemicznych w aerozole atmosferyczne. Ze względu na wielkość cząstek
pyły zawieszone można podzielić na:

PM2,5 – pyły o wielkości cząstek 2,5 mikrometra lub mniejszej

PM10 – pyły o wielkości cząstek 10 mikrometrów lub mniejszej

TSP – pyły o średnicy cząstek większej niż 10 mikrometrów
Zagrożenia zdrowotne związane z NO2, SO2 i pyłami zawieszonymi
Oddziały ratunkowe notują wizyty związane z niewydolnością układu oddechowego.
Ich analiza w Palermo na Sycylii pozwoliła powiązać je z wysokim zanieczyszczeń powietrza. I
tak, wzrost zanieczyszczenia PM10 o 10 μg/m3 zwiększa liczbę przypadków średnio o 4%, SO2
o 7%, NO2 o 4%. Zauważono, że kobiety są bardziej podatne na zwiększenie zanieczyszczenia.
Badania prowadzone w Chinach pokazały, że wzrost stężenia pyłu zawieszonego PM10 o 10
µg/m3 w ciągu roku, odpowiada wzrostowi śmiertelności w wyniku chorób serca o 55%, a w
wyniku wylewów o 49%. Zwiększenie śmiertelności związanej ze wzrostem stężenia NO2 o 10
µg/m3 w ciągu roku wynosi odpowiednio 146% dla chorób serca i 144% dla wylewów.
Wzrost zanieczyszczenia powietrza jest szczególnym zagrożeniem dla płodu. Stwierdzono, że
wzrost stężenia ozonu oraz pyłów PM10 i PM2.5 koreluje ze wzrostem stężenia białka Creaktywnego we krwi kobiet będących we wczesnej ciąży. Białko to jest wyznacznikiem stanu
zapalnego w organizmie, a stany zapalne mogą bardzo niekorzystnie wpływać na kondycję
płodu.
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) stanowią liczną grupę
związków o budowie pierścieniowej, charakteryzujących się zbliżonymi własnościami
fizykochemicznymi. Większość WWA występuje w powietrzu w postaci par lub aerozoli.
WWA znajdujące się w powietrzu osadzone są na pyle o równoważnej średnicy ziarna,
wynoszącej około 0,5 nm. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne należą do głównej
grupy związków chemicznych odpowiedzialnych za zanieczyszczenie środowiska. Ich źródłem
są procesy spalania różnego rodzaju paliw do silników, ogrzewania mieszkań lub spalanie
śmieci. WWA nie występują w środowisku w postaci pojedynczych związków – zawsze
tworzą mieszaniny wieloskładnikowe. Skład ilościowy i jakościowy tych mieszanin zależy od
rodzaju materiału spalanego oraz warunków, w jakich zachodzi proces spalania. Najwięcej
WWA powstaje podczas spalania w niskiej temperaturze, które jest charakterystyczne dla
pieców domowych. Oceniono narażenie indywidualne na działanie dziewięciu występujących
w atmosferze wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w grupie osób
niepalących i zawodowo nie narażonych na działanie tych węglowodorów w miejscu pracy.
Przez 48 godzin stężenie pyłów PM2,5 było monitorowane w domu, pracy, w środkach
komunikacji miejskiej i podczas pozostałych czynności ochotników. Badania były
przeprowadzane w lecie i podczas zimy. Głównymi węglowodorami występującymi w
otoczeniu były fluoranten i indeopiren. Stężenia badanych WWA wahały się w granicach od
0,13 to 1,67 ng/m3 w skali roku. Stężenie najbardziej kancerogennego węglowodoru –
benzopirenu - wynosiło 0,67 ng/m3. Narażenie na działanie WWA było od 3 do 25 razy
większe zimą niż latem, co łatwo można wyjaśnić znacznym nasileniem niskiej emisji. Na
podstawie powyższych danych oceniono prawdopodobieństwo zapadnięcia na raka płuc ze
względu na działanie WWA. Wynosi ono 7,8 na 100 000 mieszkańców. Jest ono, co prawda, 2
do 3 razy niższe niż to związane z pracą w przemyśle węglowym czy hutniczym, lecz dotyczy
ogromnej populacji mieszkańców miast.
Literatura:
1. BEZAK-MAZUR E., 1999, Elementy Toksykologii Środowiskowej, Skrypt, Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Kielce.
2. DUTKIEWICZ T., 1974, Chemia Toksykologiczna, Państwowy Zakład Wydawnictw
Lekarskich, Warszawa.
3.GUO Y., TONG S., LI S., BARNETT A.G., YU W., ZHANG Y., PAN X., 2010, Gaseous air
pollution and emergency hospital visits for hypertension in Beijing, China: a time-stratified
case-crossover study. Environ Health. 5:9-57.
4. LEE P.C., TALBOTT E.O., ROBERTS J.M., CATOV J.M., SHARMA R.K., RITZ B., 2011,
Particulate air pollution exposure and C-reactive protein during early pregnancy.
Epidemiology 22(4):524-31.
5. SAPOTA A., 2002, Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne(substancje smołowe
rozpuszczalne w cykloheksanie). Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy 2(32): 179-208
6. SILVERMAN R.A., ITO K., FREESE J., KAUFMAN B.J., DE CLARO D., BRAUN J., PREZANT D.J.,
2010, Association of ambient fine particles with out-of-hospital cardiac arrests in New York
City. Am J Epidemiol. 172(8):917-23.
7. TRAMUTO F., CUSIMANO R., CERAME G., VULTAGGIO M., CALAMUSA G., MAIDA C.M.,
VITALE F., 2011, Urban air pollution and emergency room admissions for respiratory
symptoms: a case-crossover study in Palermo, Italy. Environ Health 13:10-31.
8. WATANABE N., YAMAMOTO O., SAKAI M., FUKUYAMA J., 2004, Combustible and
incombustible speciation of Cl and S in various components of municipal solid waste. Waste
Manag. 24(6):623-32.
9. ZHANG P., DONG G., SUN B., ZHANG L., CHEN X., MA N., YU F., GUO H., HUANG H., LEE
Y.L., TANG N., CHEN J., 2011, Long-term exposure to ambient air pollution and mortality due
to cardiovascular disease and cerebrovascular disease in Shenyang, China. PLoS One.
6(6):e20827
10. ZMIROU D., MASCLET P., BOUDET C., DOR F., DÉCHENAUX J., 2000, Personal exposure to
atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons in a general adult population and lung cancer
risk assessment. J Occup Environ Med. 42(2):121-6.