Víztisztítási melléktermék vegyületek kialakulása, eredete

Napjainkban egyre nagyobb figyelmet kapnak a toxikológiában az ivóvíz fertőtlenítése közben képződő vegyületek. A jó minőségű, káros szennyezőanyagoktól mentes ivóvíz biztosítása világszerte stratégiai feladattá vált.

A jelenleg alkalmazott víztisztítási, fertőtlenítési eljárások (klór, klór-dioxid, UV, illetve ózon kezelés) elsősorban a vízben levő kórokozók elpusztítását szolgálják, ezen túlmenően a különböző szűrési módszerekkel igyekeznek a kémiai szennyeződéseket mérsékelni.

Az oxidáló fertőtlenítőszerek élettelen anyagokkal is reagálhatnak az ivóvízben és nyilvánvaló előnyeik mellett, a fenti kémiai beavatkozások nyomán számos szerves vegyület keletkezik (víztisztítási-reakciómelléktermékek), melyeknek káros, elsősorban mutagén (Sujbert et al. 1993) és karcinogén hatása lehet (Bull et al. 1995).

A víztisztítás során keletkező melléktermék vegyületek (DBP- disinfection by-product) jelenlétére és vizsgálatának fontosságára először a holland vegyész, Johannes Rook (1974) munkássága irányította a figyelmet. Az elmúlt néhány évtizedben több, mint 600 anyagról derült ki, hogy a vízkezelés során keletkezik (Richardson&Postigo 2011), ezeknek azonban csak töredékéhez rendeltek határértéket a hatályos jogszabályokban (98/83/EK rendelet, 201/2001. (X.25.) Kormányrendelet). Számos olyan anyagról tudunk, melyek toxikológiai vonatkozásairól a mai napig nem áll rendelkezésünkre elegendő információ.

Bár az elmúlt években számos publikáció jelent meg a DBP-kel kapcsolatban, még mindig kevés figyelmet kap ez a témakör. A kezeletlen ivóvízzel ellentétben, mely számos betegség terjesztője lehet, akut problémát általában nem okoznak sem

Mi folyik itt? – Melléktermék vegyületek az ivóvízben ● 191

az élővilágban, sem pedig a fogyasztókban. Igazi veszélyük a mindennapi fogyasztásban rejlik, hiszen a káros hatások kialakulásához évek vagy évtizedek is kellhetnek. A fogyasztók mindennapi életük során ki vannak téve ezen vegyületek hatásainak, nem csupán az ivóvíz közvetlen fogyasztásával, hanem például zuhanyzás közben is, ahol apró cseppek formájában közvetlenül a tüdőbe kerül a víz, ezáltal a melléktermék vegyületek is (Uddameri & Venkataraman 2013).

A víztisztítási melléktermék vegyületek kialakulásában kulcs szerepe van az oldott szervesanyag (DOM- dissolved organic matter) tartalomnak. Kiderült, hogy a DOM mellett a korábban a vízbázisba került vegyületekből is kialakulhatnak DBP-k. A szerves anyag, mely főként kolloid mérettartományba tartozó, vizes fázisban oldott, biomassza eredetű anyagból áll, szinte minden természetes eredetű vízben jelen van. Eredete főként szárazföldi és vízi mikroszervezetek lebontó tevékenységére, szekunder szervesanyag-feldolgozást végző heterotróf szervezetek működésére, valamint fotoszintetizálni képes élőlények tevékenységére vezethető vissza (Rositano et al. 2001). A DOM és a melléktermékek kialakulása közötti kapcsolat mind Európában, mind pedig a tengerentúlon megdöbbenést váltott ki a tudományos közéletben, hiszen addig az volt az álláspont, hogy kezelés után az ivóvíz nem tartalmaz semmilyen, az egészségre ártalmas összetevőt.

Szervetlen szennyezők is szerepet játszanak a DBP-k kialakulásában, ezek közül legjelentősebbek a jodid-és bromidionok. Ezek azért különösen veszélyesek, mert hipobrómsavvá vagy hipojódossavvá alakulva könnyen reakcióba léphetnek a DOM-mal (Hua et al. 2006).

A gyógyszer-hatóanyagok közül számos olyan van, melyet nagy mennyiségben használunk. Ilyenek például a hormonális fogamzásgátló készítményeket, csontritkulás elleni szereket. Mennyiségüket tekintve a legtöbbet fájdalomcsillapító, gyulladáscsökkentő szereket állítunk elő és alkalmazunk világszerte. A széleskörben használt antibiotikumok közül több csoportról (tetraciklinek, flurokinolonok, β-laktámok) kimutatták, hogy képesek reakcióba lépni a klórvegyületekkel (Wang et al. 2011, Dodd et al. 2005).

Mivel napjainkban már számos DBP-t ismer a tudomány, melyeknek csak egy része került eddig górcső alá toxikológiai szempontból, így lehetetlen minden anyagra határértéket bevezetni. Más vegyületcsoportokhoz hasonlóan a DBP-k esetében is úgynevezett „jelző” vegyületekre állapítottak meg határértékeket, melyek többnyire vegyületcsoportjuk legnagyobb mennyiségben jelen lévő képviselői.

Miután számos vizsgálatban fény derült a DBP-k jelenlétére az ivóvízben, illetve egyes DBP-k potenciális egészségkárosító hatásaira, az egyes nemzetek és közösségek a vízminőségi követelmények fontos részévé tették a melléktermék vegyületek alacsony mennyiségét. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala (US EPA, 1998) és az Európai Unió is irányelvben rögzítette a tagállamoktól elvárt határértéket, valamint a WHO is bevezette irányelveibe néhány DBP maximális megengedhető szintjét.

A szabályozás alá eső DBP-k mellett egyre nagyobb figyelem irányul a szabályozás alá nem eső vegyületekre. Számos új DBP-t vontak már be in silico szerkezet-hatásmechanizmus elemzésbe, mely módszerrel nagy biztonsággal

192 ● Szepesi-Bencsik D.

következtethetünk egy-egy vegyület hatásmechanizmusára, potenciális karcinogenitására. Ezek között szerepelnek jódos savak, bromo-nitrometánok, jodo-trihalometánok, halofuranonok, halopirrolok, halokinonok, haloamidok, haloaldehidek, halonitrilek és nitrózaminok (Woo et al. 2002).

A téma komplexitását tovább növeli, hogy több tízezer vegyületet használ az emberiség az élet számos területén, így ezek a háztartásokból, a mezőgazdasági tevékenységből, a nehéz- és könnyűiparból, a közlekedésből és a vegyiparból, beleértve a gyógyszeripart, kikerülhetnek és ki is kerülnek a környezetbe. Mivel bolygónk egy zárt rendszer, ezért vagy a levegőből kiülepedve vagy kimosódva, esetleg a talajba bemosódva, vagy a kommunális szennyvízzel elérik a természetes vízforrásokat, amik aztán ivóvízbázisunk alapját is adják.

Az ösztrogének napjainkban egyre nagyobb problémát okoznak az ökoszisztémákban, illetve a humán populáció körében is. A hormonális fogamzásgátlók, valamint az állatgyógyászati készítmények egyaránt bejuthatnak a szennyvizekbe, vagy közvetlenül a talajvízbe, így elszennyezve azt. Ezek a vegyületek önmagukban is komoly problémákat képesek okozni, ám több vizsgálat kimutatta, hogy a vízkezelés során hozzájárulnak a DBP vegyületek számának emelkedéséhez. A klórral történő kezelés után a diklórozott származékok ösztrogén hatása sokkal kisebb, mint a monoklórozottaké (Pereira et al. 2011).

Az elmúlt évtizedekben, a növénytermesztés intenzifikációja miatt egyre nagyobb mennyiségű peszticidet használ a mezőgazdaság. A kijuttatás során, vagy a növények lombozatáról lemosódva könnyen bejutnak a talajba. Ha az UV-sugárzás hatására nem bomlanak le, vagy talajszemcsék felszínén nem kötődnek meg, egyenesen a talajvízbe kerülnek. Mivel kémiai természetüket tekintve nagyon változatosak ezek a szerek, így a bomlásuk, valamint a vízkezelés során lejátszódó kémiai reakciók miatt is tovább növelhetik a DBP-k számát az ivóvízben.

Vannak olyan esetek, amikor a klórvegyületekkel történő vízkezelés után kialakuló termékek toxikusabbak az anyamolekuláknál. Brix és munkatársai (2009) a tirazin bomlástermékeiről, míg Duirk és Collette (2006) a klórpirifosz bomlástérmékéről, a klórpirifosz-oxonról állapították meg ugyanezt. Az organofoszfátok ózonos kezelés hatására oxon intermedier vegyületek (diazooxon, metil-paraoxon, metil-paration és paration) keletkeznek, melyek a víz pH-jának függvényében képesek felhalmozódni (Wu et al. 2009).

A kozmetikumok összetevői a tisztálkodás során bekerülnek a szennyvízbe, vagy természetes vizekben történő fürdőzés során közvetlenül a nyersvíz forrásokba.

A legtöbb ilyen termékben megtalálhatók a parabének, melyeket a kozmetikai, a gyógyszer- és az élelmiszeripar is használ tartósítószerként baktericid és fungicid hatásaik miatt. Mind a klórvegyületekkel, mind pedig az ózonnal történő kezelés hatására számos melléktermék vegyület alakulhat ki belőlük. Előbbi hatására klórozott parabén származékok keletkeznek, míg utóbbi hatására hidroxiláción esik át a molekulák aromás gyűrűje és/vagy észter lánca (Terasaki & Makino 2008, Tay et al. 2010).

Joll és munkatársai (2010) a természetes vizek klórozását modellezték β-karotin jelenlétében. A keletkező melléktermék vegyületeket CLSA/GC-MS módszerrel

Mi folyik itt? – Melléktermék vegyületek az ivóvízben ● 193

vizsgálták. Számos trihalometán vegyületet mutattak ki a metil-keton csoportok haloform reakcióinak köszönhetően. Kanasawud & Crouzet (1990) tanulmányában egy modellkísérletben a β-karotin bomlástermékeként nevezik meg a vegyületet.

Kísérletükben a hő és az oxidáció hatását vizsgálták a β-karotin bomlására. Számos illékony és nem illékony vegyületet írtak le. A β-karotin oldatot 3 órán át tartották 97 °C-on, különböző oxigén koncentrációkon. Azt találták, hogy minél nagyobb az oldott oxigén mennyisége, annál több bomlástermék keletkezik, főként az illékony frakcióban.