Опасность загрязнения окружающей среды гептилом и продуктами его превращения при разливе ракетного топлива

Галанов М.В., Мисоченко И.С.

Московский Государственный Университет им. М.В.Ломоносова,

Россия, Москва

The risk of environmental pollution of heptyl and its transformation products during missiles fuel decomposition

Galanov M.V., Misochenko I.S.

Moscow State University named by M.V. Lomonosov

Russia, Moscow

Бурное развитие космической техники привело к серьезному загрязнению окружающей среды компонентами ракетного топлива и отделяемыми частями ракетоносителей.

Нессиметричный диметилгидразин (1,1 – Диметилгидразин, гептил) (НДМГ) является основным компонентом ракетного топлива [1]. Одним из основных источников поступления НДМГ в окружающую среду является разлив ракетного топлива в местах запуска ракет и падения отработанных ступеней. Аварийные проливы его на полигонах и при падении отделяемых частей ракетоносителей вызывают загрязнение грунтов. При попадании НДМГ на почву происходит накопление продуктов его трансформации, токсичность которых сопоставима, а в некоторых случаях превышает токсичность исходного соеднинения [2]. В связи с этим важной задачей является исследование процессов трансформации НДМГ на разных типах грунтов с целью предсказания путей его превращения и определение качественного и количественного состава образующихся продуктов для оценки риска для здоровья населения.

Применение критерия экологического риска для оценки негативного влияния среды на здоровье и условия жизни населения создаёт объективные предпосылки выполнения прогнозных исследований как в целом по совокупному риску, так и по его отдельным формам. Отечественная и зарубежная литература, освещающая проблемы экологического риска окружающей среды для здоровья населения, как правило, связывает процесс возникновения медико-экологической напряжённости и появления новых форм риска с формированием загрязняющего комплекса среды.

Принципы формирования и анализа различных форм экологического риска окружающей среды для здоровья населения воплощаются в нескольких взаимоувязанных этапах:

1. 
   Идентификация риска по отдельным видам промышленных и агропроизводственных нагрузок.
   
2. 
   Оценка реального и потенциального воздействия токсических веществ на человека.
   
3. 
   Особое значение придаётся сложившейся плотности сельского населения и численности городских поселений.
   
4. 
   Экологический риск рассматривается в качестве одной из важнейшего компонента специальных модулей геоинформационной системы.
   
5. 
   Характеристика риска совокупного воздействия природных и антропогенных факторов на здоровье населения.
   
6. 
   Дифференциация территорий по уровням и формам экологического риска и выделение медико-экологических районов по региональным уровням антропогенного риска.
   

В большинстве регионов известны наиболее опасные объекты или источники опасности для населения и окружающей среды. Воздействие веществ, поступающих в организм человека основными путями (перорально и накожно) одновременно из различных воздействующих сред (питьевая вода, почва, вода открытых водоёмов), было проанализировано на уровне концентраций. Химические соединения в процессе циркуляции воздушных масс переносятся на значительные расстояния, загрязняя почву, воду и растительность.

Так например, о негативном влиянии остатков ракетного топлива на окружающую среду в районах Алтай-Саянского региона сообщалось неоднократно. При запуске ракет-носителей, стартующих с космодрома «Байконур», остатки топлива с отделяющимися фрагментами отработанных ступеней рассеиваются в воздухе, загрязняют почву и воду [3].

Наиболее опасными для окружающей среды и здоровья населения являются вещества - энергоносители и продукты их переработки. К таковым относятся компоненты ракетных топлив и их метаболиты, из всего спектра которых наиболее известным, но малоизученным, является несимметричный диметилгидразин (НДМГ), он же гептил, а также продукты его деструкции: нитрозодиметиламин (НДМА), диметиламин (ДМА), тетраметилтетразен (ТМТ), формальдегид (ФА) и другие. Действие последних на различные объекты окружающей природной среды и человека до сих пор недостаточно исследовано, но обнаружение формальдегида в объектах окружающей среды свидетельствует об антропогенном загрязнении, связанным с производством и применением НДМГ в ракетной технике.

НДМГ относится к группе канцерогенных и мутагенных агентов 1-го класса опасности. ПДК его в воздухе составляет 0,001 мг/м³, в воде 0,02 мг/л, временный предельно допустимый уровень в почве 0,1 мг/кг [4].

Неизбежность проливов ракетного топлива при пусках привела к необходимости создания особых районов падения отделяющихся частей ракет, содержащих остатки неотработанного топлива. Уровень загрязнения почв в таких районах может существенного превышать экологические нормативы. Установлено, что непосредственно после приземления отделяющиеся части ракеты-носителя содержание в районах падения НДМГ в почвах колеблется от 3,5 до 22 мг кг^-1, однако за 1-3 года наблюдается снижение уровня загрязнения до концентрации, не превышающей ориентировочно допустимый уровень (ОБУВ) [5].

По химической природе НДМГ является сильным восстановителем, при окислении которого, выделяется большое количество тепловой энергии и образуется целый ряд веществ. НДМГ хорошо растворим в воде, спиртах, аминах, смешивается с нефтепродуктами и многими органическими растворителями. С водой НДМГ образует смеси со значительным выделением тепла, при этом возможно образование малолетучего диметилгидразингидрата (дающего аэрозоли):

(СН₃)₂ N – NH₂ + H₂O  (CH₃)₂ N – NH₂  H₂O

Образование гидратов НДМГ в водных растворах малоизученный и сложный процесс, имеющий отношение к аномалии основных свойств НДМГ. Образующийся гидрат устойчив и не дегидратируется полностью даже при температуре кипения НДМГ (62⁰С), что затрудняет процессы определения НДМГ в микроколичествах.

НДМГ является слабым органическим основанием. Значения константы его основности (рК_а) при температуре 10С, 25С и 40С составляет 7,34; 7,12 и 6,95 соответственно. Как основание он может взаимодействовать с амфотерными металлами в водных растворах. С углекислым газом воздуха НДМГ образует соли алкилгидразинкарбоновой кислоты, которые хорошо растворяются в воде:

(CH₃)₂N – NH₂  0,5 CO₂; (СН₃)₂ N – NH₂  CO₂ и (СН₃)N – NH₂  2CO₂.

С воздухом НДМГ образует взрывоопасные смеси в самом широком диапазоне концентраций от 2 до 99 объемных %.

Протекающая под воздействием воздуха медленная окислительная трансформация НДМГ приводит не только к снижению его содержания, но и к накоплению в почвах продуктов его неполного окисления. В результате этого процесса происходит образование в значительных количествах четырех стабильных продуктов трансформации НДМГ – диметигидразида муравьиной кислоты (ДГМК), 1-метил-1,2,4 – триазола (МТ), диметиламина (ДМА) и диметилгуанидина (ДМГу). Содержание указанных веществ в почвах в настоящий момент не нормируется, однако важным вопросом является изучение поведения указанных вторичных загрязнителей в окружающей среде, для чего были разработаны способы их определения [6].

Взаимодействия НДМГ с кислородом воздуха с образованием диметиламина можно представить в виде схемы:

O₂


(СН₃)₂N-NH₂


(СН₃)₂NH + NHО₂


H₂O



O₂

(CH₃)₂N-N =О

Наибольшие концентрации НДМГ найдены в местах непосредственного поступления его остатков, в местах падения обломков топливных баков, например, от 0,27 мг/кг до 1,54 мг/кг (территория Улаганского района Республики Алтай) и от 0,6 до 1,78 мг/кг (территории Майминского, Турочакского, Онгудайского, Чемалького и Улаганского районов Республики Алтай) [6].

Авторами [6, 7] предложены способы определения экологически значимых продуктов трасформации НДМГ методом жидкостной хроматомасс-спектроскопии. Выбраны условия их экстракционного выделения из почв. Разработаные методики характеризуются низкими пределами обнаружения и высокой селективностью и позволяют проводить достаточно экспрессное определение продуктов превращения НДМГ.

Исследования по изменению концентрации НДМГ и продуктов его трансформации позволяют прогнозировать концентрацию этих опасных веществ, что в последующем позволяет говорить о потенциальном риске для здоровья населения, проживающего на данной территории и о воздействии на объекты окружающей среды.

Известно, что НДМА проявляет выраженный канцерогенный эффект, прочие воздействуют на организмы растений и животных другими путями (тератогенность, мутагенез и т.д.). При возрастающем потенциале химического загрязнения малоизученными остаются вопросы смежного взаимодействия токсикантов между собой с учетом их химической специфики, проблема комплексной оценки химического загрязнения природной среды и его связи с медико-демографической ситуацией; гигиенического нормирования особо опасных химических веществ, применительно к региональным масштабам.

Для изучения особенностей воздействия гептила и его метаболитов на различные объекты окружающей среды были выполнены следующие работы:

1. 
   Идентификация опасности, проявления всех видов возможного химического загрязнения без учета влияния НДМГ и его метаболитов.
   
2. 
   Оценка токсичности НДМГ и его метаболитов.
   
3. 
   Оценка результатов многолетнего мониторинга по воздействию НДМГ на различные объекты окружающей среды в районах падения и сопредельных территориях и составление базы данных.
   
4. 
   Расчет риска для здоровья и устойчивости окружающей среды.
   

- стабильного сохранения компонентов ракетного топлива в объектах окружающей среды;

- разбрызгивания и испарения КРТ во время падения и непосредственно на местах приземления отделяющихся частей ракет-носителей и их металлических осколков и наличия в связи с этим опасного загрязнения атмосферного воздуха, почвы, растительности, водоисточников;

- поступления КРТ в организм с вдыхаемым воздухом, через слизистые оболочки верхних дыхательных путей, с продуктами питания растительного и животного происхождения.

1. 
   Fedorov L.A. Liquid missile propellants in the former Soviet Union, Environmental Pollution 1999, 105, p.157-161.
   
2. 
   Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Гигиенические нормативы, Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России, Москва, 1998.
   
3. 
   Ворожейкин А.П., Королева Т.В., Проскуряков Ю.В., Пузанов А.В. Поведение
   

частей ракет-носителей, стартующих с космодрома «Байконур» // Сибир. экол. журн. 2001. Т. 8, № 2. С. 167-175.

4. 
   Кушнева В.С., Горшкова Р.Б. Справочник по токсикологии и гигиеническим нормативам (ПДК) потенциально опасных химических веществ. М.: ИздАТ, 1999, 202 с.
   
5. 
   Кречетов П.П., Королева Т.В., Черницова О.В., Неронов В.В. Ракетно-космическая деятельность как источник воздействия на окружающую среду // Проблемы региональной экологии. 2008. № 6, с. 47-58.
   
6. 
   Родин И.А., Ананьева И.А., Смоленков А.Д., Шпигун О.А. Определение продуктов окислительной трансформации несимметричного диметилгидразина в почвах методом жидкостной хроматомасс-спектрометрии. Масс-спектрометрия, 2009, Т. 6, № 4, с. 302-306
   
7. 
   Сотников Е.Е., Московкин А.С. Газохроматографическое определение несимметричного диметилгидразина в воде. Журнал аналитической химии, 2006, Т.61, № 2, с. 139-142.
   

Key words: risk, heptyl, transformation, fuel missiles.

Авторская справка:

Галанов Максим Владимирович,

Московский Государственный Университет им. М.В.Ломоносова,

студент.

Адрес: г. Москва, ул. Лужская, д. 20, стр. 1, Б/Н

Тел. 8-926-719-98-88.

e-mail: maxim-galanov@rambler.ru

Московский Государственный Университет им. М.В.Ломоносова,

Адрес: Московская обл, г. Электросталь, ул. Юбилейная, д. 5А, кв. 158.