Полихлорированные бифенилы (ПХБ) — это хлорпроизводные предельных углеводородов.
Молекула их содержит два бензольных кольца, в которых атомы водорода полностью или частично замещены на хлор. ПХБ синтезируются из бифенила путем хлорирования его газообразным хлором в присутствии катализатора.
В молекуле ПХБ возможно замещение хлором в десяти положениях, что обеспечивает существование 209 индивидуальных соединений (конгенеров).
В отличие от близких им по химическому строению диоксинов, ПХБ являются целенаправленно производимыми веществами. Промышленные продукты этого состава называются Арохлор, Фенохлор, Хлорофен, Канехлор, Совол и др.
Широкое применение в мире ПХБ началось с начала 1930-х гг. Эти вещества применяют при изготовлении лаков, восков, синтетических смол, смазочно-охлаждающих жидкостей, красок для подводных частей кораблей, пластификаторов и т. д. Но основная часть производимых ПХБ использовалась при производстве трансформаторов, конденсаторов и гидравлического оборудования.
Массовый выпуск трансформаторов, конденсаторов и различного гидравлического оборудования с заполнителем из совола (ПХБ) и совтола (смесь ПХБ и трихлорбифенила — ТХБ) начался в 1960-е гг. и не прекращался до 1989—1990 гг. До сих пор в энергосистемах России эксплуатируются силовые конденсаторы, заполненные ТХБ.
Мировой объем произведенных ПХБ оценивается от 1 до 2 млн т. Из них 35 % поступило в окружающую среду, из которых лишь 5 % разложилось (Erickson, 1997).
Для всего живого опасны не только сами ПХБ. При производстве этих веществ, их применении и термическом обезвреживании (при температурах ниже 1000°С) образуются диоксины.
Основное количество ПХБ после отработки попадает на свалки или сжигается. Это один из путей попадания в атмосферу (около 50 % всех потерь). Кроме того, непосредственно в атмосферу дополнительно испаряется еще 6 % ПХБ (Ревич и др., 2004).
Миграция ПХБ в окружающей среде протекает так же, как и диоксинов, что связано с близкими свойствами этих загрязняющих веществ (липофильностью, устойчивостью к разложению и т. д.).
Непосредственно из источника загрязнения и вследствие переноса через атмосферу ПХБ поступают на поверхность почв, растительности, водоемов и могут циркулировать в наземных и водных экосистемах длительное время. В водные экосистемы ксенобиотики поступают также с твердым и жидким стоком из загрязненных почв.
Относительно низкая летучесть, малая растворимость в воде, высокая сорбционная способность ПХБ являются основными свойствами, благодаря которым ксенобиотики накапливаются в почве и донных отложениях. Наиболее прочно загрязняющие вещества сорбируются на тонких илисто-гумусовых частицах. В таком состоянии они проявляют высокую устойчивость к физико-химическому и биологическому разложению. Органические растворители, нефтепродукты, другие вещества, присутствующие вместе с ПХБ, могут, однако, увеличивать их мобильность в почвах. Период полураспада ПХБ в почве колеблется от 2,5 до 45 лет (среднее значение — около 20 лет) и зависит от климатических условий, физических, химических и биологических свойств почвы, ее ландшафтно-геохимического положения и некоторых других факторов.
Миграция загрязняющих веществ в почвенном профиле и перераспределение в геохимическом ландшафте были изучены (Севостьянов и др., 2007) в г. Серпухове Московской области, где в течение 25 лет применяли ПХБ на заводе «Конденсатор» (в конце 1980-х гг. производство было закрыто) и в почвах уровень их содержания достигал почти 6000 ПДК.
Миграция ксенобиотиков в почвенном профиле зависит от количества и состава ПХБ, физических, химических и биологических свойств почв. Загрязнители преимущественно концентрируются на геохимических барьерах (в органогенных и иллювиальных горизонтах). Общим является перераспределение гомологических групп ПХБ: наиболее тяжелые, токсичные высокохлорированные конгенеры сосредоточиваются в верхней части профиля, наиболее мобильные легкие низкохлорированные бифенилы мигрируют вниз по профилю (Севостьянов и др., 2007).
Особенности миграции ПХБ по элементам рельефа заключаются в обеднении ксенобиотиками почв элювиальных ландшафтов. Конгенерный состав также меняется от повышения к понижению: в почвах элювиальных ландшафтов преобладают высокохлорированные бифенилы, а в аккумулятивных — наиболее мобильные низкохлорированные бифенилы.
Растения способны поглощать ПХБ как из почвы, так и из воздуха. При корневом поглощении, которое лимитируется в основном диффузией, основная часть ксенобиотика концентрируется в корнях, причем отмечается преимущественное поглощение наиболее легких низкохлорированных конгенеров (Демин и др., 2007). Из-за низкой растворимости и высокой сорбционной способности гидрофобные органические вещества не способны к транслокации из корневой системы в надземную часть и наоборот. Поэтому в корнеплоды ПХБ переходят практически только из почвы. В листовые овощи и другие культуры, у которых пищевое значение имеют надземные части, ксенобиотики поступают из воздуха, концентрируясь в кутикуле. Поскольку загрязненная почва служит источником вторичного загрязнения атмосферы, в районах с повышенным содержанием ПХБ в почвах обычно обнаруживаются и повышенные концентрации ксенобиотиков в атмосферном воздухе, т. е. загрязненными бывают и подземные, и надземные части растений.
Коэффициенты перехода (КП) ПХБ из почвы в овощные культуры позволяют оценить уровень концентрации ксенобиотиков в продуктах питания в загрязненных районах. В течение десяти лет исследования (1988—1997) тенденции к снижению накопления ПХБ растениями не обнаружено (Булгаков и др., 2004).
При загрязнении почв (на примере дерново-подзолистых) ПХБ в концентрациях 15—210 мг/кг происходит снижение численности и биомассы бактерий, грибов, актиномицетов и водорослей, уменьшается интенсивность разрушения целлюлозы и накопления свободных аминокислот. При этом в бактериальном сообществе значительно возрастает доля бактерий Bacillus megaterium. Это делает возможным использовать показатель относительного содержания В. megaterium в качестве биоиндикатора загрязнения почвы ПХБ.
Что касается живых организмов, то ПХБ активно накапливаются в пищевых цепях. В длинных пищевых цепях содержание ксенобиотиков может возрастать в 107 раз по сравнению с начальным звеном. Это обусловлено их липофильностью и электронной структурой, а также малой способностью к электрофильным и радикальным атакам. Последнее обстоятельство является определяющим критерием их экотоксичности (Ившин, Полушин, 2005).