 |
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Реферат: Тяжелые металлы
Реферат: Тяжелые металлы
Введение
Понятие "тяжелые металлы"
2
Ванадий
6
Висмут
6
Железо
6
Кадмий
7
Кобальт
7
Марганец
8
Медь
9
Молибден
11
Мышьяк
11
Никель
12
Олово
13
Ртуть
14
Свинец
14
Серебро
17
Сурьма
17
Хром
18
Цинк
18
Список литературы
19
Понятие "тяжелые металлы".
Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения
за которыми обязательны во всех средах.
Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих
веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных
научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия.
В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов,
изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются
многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность,
распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и
техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов
попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам
(например, мышьяк).
В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и
экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам
относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой
свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb,
Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов
играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в
относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и
биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за
исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на
настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят
в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует
считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым
металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество
элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической
деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением
окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как
загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок
группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности,
обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в ставших уже
классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих
определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в
разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой
стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов,
работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся
сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских
странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам
. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и
редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb,
Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего
добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В
зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал,
наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в
состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые
могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав
минеральных и органических взвесей.
Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что
связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием
полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными
лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и
доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в
водной экосистеме.
Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы
являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах.
Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются
устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа,
алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов,
относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и
слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать
в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для
маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых
образование других комплексов невозможно.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных
водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и
токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю
свободных и связанных форм металла.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:
1. может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за
счет перехода его в раствор из донных отложений;
2. мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно
отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
3. токсичность металла в результате комплексообразования может сильно
измениться.
Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных
водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и
токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных
и свободных форм [34].
Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды
гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной
металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав
удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с
сельскохозяйственных угодий.
Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с
другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных
осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из
сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.
Прежде всего представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени
загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в
производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде
представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и
токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут,
кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и
мышьяк.
Биогеохимические свойства тяжелых металлов
Свойство | .Cd. | .Co. | .Cu. | .Hg. | .Ni. | .Pb. | .Zn . | | Биохимическая активность | В | В | В | В | В | В | В | | Токсичность | В | У | У | В | У | В | У | | Канцерогенность | — | В | — | — | В | — | — | | Обогащение аэрозолей | В | Н | В | В | Н | В | В | | Минеральная форма распространения | В | В | Н | В | Н | В | Н | | Органическая форма распространения | В | В | В | В | В | В | В | | Подвижность | В | Н | У | В | Н | В | У | | Тенденция к биоконцентрированию | В | В | У | В | В | В | У | | Эффективность накопления | В | У | В | В | У | В | В | | Комплексообразующая способность | У | Н | В | У | Н | Н | В | | Склонность к гидролизу | У | Н | В | У | У | У | В | | Растворимость соединений | В | Н | В | В | Н | В | В | | Время жизни | В | В | В | Н | В | Н | В |
В — высокая, У — умеренная, Н — низкая
10 наиболее загрязненных городов бывшего СССР.
Металлы приведены в порядке убывания уровня приоритетности для данного города.
| 1. Рудная Пристань (Приморский край) | свинец, цинк, медь, марганец+ванадий, марганец. | | 2. Белово (Кемеровская область) | цинк, свинец, медь, никель. | | 3. Ревда (Свердловская область) | медь, цинк, свинец. | | 4. Магнитогорск | никель, цинк, свинец. | | 5. Глубокое (Белоруссия) | медь, свинец, цинк. | | 6. Усть-Каменогорск (Казахстан) | цинк, медь, никель. | | 7. Дальнегорск (Приморский край) | свинец, цинк. | | 8. Мончегорск (Мурманская область) | никель. | | 9. Алаверди (Армения) | медь, никель, свинец. | | 10. Константиновка (Украина, Донецкая обл) | свинец, ртуть. |
Ванадий
Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в
железных рудах, нефтях, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и др.
Одним из главных источников загрязнения природных вод ванадием являются нефть
и продукты ее переработки.
В природных водах встречается в очень малой концентрации: в воде рек 0.2 - 4.5
мкг/дм3, в морской воде - в среднем 2 мкг/дм3
.
В воде образует устойчивые анионные комплексы (V4O12)
4- и (V10O26)6-. В миграции ванадия
существенна роль растворенных комплексных соединений его с органическими
веществами, особенно с гумусовыми кислотами.
Повышенные концентрации ванадия вредны для здоровья человека. ПДКв
ванадия составляет 0.1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности —
санитарно-токсикологический), ПДКвр - 0.001 мг/дм3.
Висмут
Естественными источниками поступления висмута в природные воды являются
процессы выщелачивания висмутсодержащих минералов. Источником поступления в
природные воды могут быть также сточные воды фармацевтических и парфюмерных
производств, некоторых предприятий стекольной промышленности.
В незагрязненных поверхностных водах содержится в субмикрограммовых
концентрациях. Наиболее высокая концентрация обнаружена в подземных водах и
составляет 20 мкг/дм3, в морских водах - 0.02 мкг/дм3.
ПДКв составляет 0.1 мг/дм3
Железо
Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются
процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их
механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с
содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами
образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в
растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества
железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий
металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной
промышленности и с сельскохозяйственными стоками.
Фазовые равновесия зависят от химического состава вод, рН, Eh и в некоторой
степени от температуры. В рутинном анализе во взвешенную форму выделяют
частицы с размером более 0.45 мк. Она представляет собой преимущественно
железосодержащие минералы, гидрат оксида железа и соединения железа,
сорбированные на взвесях. Истинно растворенную и коллоидную форму обычно
рассматривают совместно. Растворенное железо представлено соединениями,
находящимися в ионной форме, в виде гидроксокомплекса и комплексов с
растворенными неорганическими и органическими веществами природных вод. В
ионной форме мигрирует главным образом Fe(II), а Fe(III) в отсутствие
комплексообразующих веществне может в значительных количествах находиться в
растворенном состоянии.
Железо обнаруживается в основном в водах с низкими значениями Eh.
В результате химического и биохимического (при участии железобактерий) окисления
Fe(II) переходит в Fe(III), который, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде
Fe(OH)3. Как для Fе(II), так и для Fe(III) характерна склонность к
образованию гидроксокомплексов типа [Fe(OH)2]+, [Fe
2(OH)2]4+, [Fe(OH)3]+, [Fe
2(OH)3]3+, [Fe(OH)3]- и
других, сосуществующих в растворе в разных концентрациях в зависимости от рН и
в целом определяющих состояние системы железо-гидроксил. Основной формой
нахождения Fe(III) в поверхностных водах являются комплексные соединения его с
растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом
гумусовыми веществами. При рН = 8.0 основной формой является Fe(OH)3
.Коллоидная форма железа наименее изучена, она представляет собой гидрат оксида
железа Fe(OH)3 и комплексы с органическими веществами.
Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли
миллиграмма, вблизи болот - единицы миллиграммов. Повышенное содержание железа
наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с
солями гуминовых кислот - гуматами. Наибольшие концентрации железа (до
нескольких десятков и сотен миллиграммов в 1 дм3) наблюдаются в
подземных водах с низкими значениями рН.
Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет
на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в
водоеме.
Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с
высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации
заметно увеличение концентрации железа в придонных слоях воды. Осенне-весеннее
перемешивание водных масс (гомотермия) сопровождается окислением Fe(II) в
Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3.
Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает органолептические
свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для
использования в технических целях. ПДКв железа составляет 0.3 мг
Fe/дм3 (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДК
вр для железа - 0.1 мг/дм3
Кадмий
В природные воды поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных
руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать.
Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-
цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий
(производство серной кислоты), гальванического производства, а также с
шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия
происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и
карбоната кадмия и потребления их водными организмами.
Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным
образом минеральные и органо-минеральные комплексы. Основной взвешенной
формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть
кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах кадмий содержится в
субмикрограммовых концентрациях, в загрязненных и сточных водах концентрация
кадмия может достигать десятков микрограммов в 1 дм3.
Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и
человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими
токсичными веществами.
ПДКв составляет 0.001 мг/дм3, ПДКвр — 0.0005
мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — токсикологический).
Кобальт
В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов
выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении
организмов и растений, а также со сточными водами металлургических,
металлообрабатывающих и химических заводов. Некоторые количества кобальта
поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов.
Соединения кобальта в природных водах находятся в растворенном и взвешенном
состоянии, количественное соотношение между которыми определяется химическим
составом воды, температурой и значениями рН. Растворенные формы представлены
в основном комплексными соединениями, в т.ч. с органическими веществами
природных вод. Соединения двухвалентного кобальта наиболее характерны для
поверхностных вод. В присутствии окислителей возможно существование в
заметных концентрациях трехвалентного кобальта.
Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в
организме животных и в растениях. С недостаточным содержанием его в почвах
связано недостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует
развитию малокровия у животных (таежно-лесная нечерноземная зона). Входя в
состав витамина В12, кобальт весьма активно влияет на поступление
азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты,
активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях.
Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах его содержание колеблется от
десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 дм3, среднее содержание в
морской воде 0.5 мкг/дм3. ПДКв составляет 0.1 мг/дм3
, ПДКвр 0.01 мг/дм3.
Марганец
В поверхностные воды марганец поступает в результате выщелачивания
железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит,
псиломелан, браунит, манганит, черная охра). Значительные количества марганца
поступают в процессе разложения водных животных и растительных организмов,
особенно сине-зеленых, диатомовых водорослей и высших водных растений.
Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых
обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической
промышленности и с шахтными водами.
Понижение концентрации ионов марганца в природных водах происходит в результате
окисления Mn(II) до MnO2 и других высоковалентных оксидов,
выпадающих в осадок. Основные параметры, определяющие реакцию окисления, -
концентрация растворенного кислорода, величина рН и температура. Концентрация
растворенных соединений марганца понижается вследствие утилизации их
водорослями.
Главная форма миграции соединений марганца в поверхностных водах - взвеси,
состав которых определяется в свою очередь составом пород, дренируемых
водами, а также коллоидные гидроксиды тяжелых металлов и сорбированные
соединения марганца. Существенное значение в миграции марганца в растворенной
и коллоидной формах имеют органические вещества и процессы
комплексообразования марганца с неорганическими и органическими лигандами.
Mn(II) образует растворимые комплексы с бикарбонатами и сульфатами. Комплексы
марганца с ионом хлора встречаются редко. Комплексные соединения Mn(II) с
органическими веществами обычно менее прочны, чем с другими переходными
металлами. К ним относятся соединения с аминами, органическими кислотами,
аминокислотами и гумусовыми веществами. Mn(III) в повышенных концентрациях
может находиться в растворенном состоянии только в присутствиии сильных
комплексообразователей, Mn(YII) в природных водах не встречается.
В речных водах содержание марганца колеблется обычно от 1 до 160 мкг/дм3
, среднее содержание в морских водах составляет 2 мкг/дм3, в
подземных - n.102 - n.103 мкг/дм
3.
Концентрация марганца в поверхностных водах подвержена сезонным колебаниям.
Факторами, определяющими изменения концентраций марганца, являются
соотношение между поверхностным и подземным стоком, интенсивность потребления
его при фотосинтезе, разложение фитопланктона, микроорганизмов и высшей
водной растительности, а также процессы осаждения его на дно водных объектов.
Роль марганца в жизни высших растений и водорослей водоемов весьма велика.
Марганец способствует утилизации CO2 растениями, чем повышает
интенсивность фотосинтеза, участвует в процессах восстановления нитратов и
ассимиляции азота растениями. Марганец способствует переходу активного Fe(II) в
Fe(III), что предохраняет клетку от отравления, ускоряет рост организмов и т.д.
Важная экологическая и физиологическая роль марганца вызывает необходимость
изучения и распределения марганца в природных водах.
Для водоемов санитарно-бытового использования установлена ПДКв (по
иону марганца), равная 0.1 мг/дм3.
Ниже представлены карты распределения средних концентраций металлов:
марганца, меди, никеля и свинца, построенные по данным наблюдений за 1989 -
1993 гг. в 123 городах. Использование более поздних данных предполагается
нецелесообразным, поскольку в связи с сокращением производства значительно
снизились концентрации взвешенных веществ и соответственно, металлов.
Влияние на здоровье. Многие металлы являются составляющей пыли и
оказывают существенное влияние на здоровье.
Марганец поступает в атмосферу от выбросов предприятий черной металлургии
(60% всех выбросов марганца), машиностроения и металлообработки (23%),
цветной металлургии (9%), многочисленных мелких источников, например, от
сварочных работ.
 Высокие концентрации марганца
приводят к появлению нейротоксических эффектов, прогрессирующего поражения
центральной нервной системы, пневмонии.
Самые высокие концентрации марганца (0,57 - 0,66 мкг/м3) наблюдаются в крупных
центрах металлургии: Липецке и Череповце, а также в Магадане. Больше всего
городов с высокими концентрациями Mn (0,23 - 0,69 мкг/м3)
сосредоточено на Кольском полуострове: Заполярный, Кандалакша, Мончегорск,
Оленегорск (см. карту).
За 1991 - 1994 гг. выбросы марганца от промышленных источников снизились на
62%, средние концентрации – на 48%.
Медь
Медь - один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди
связана главным образом с включением ее в состав активных центров
окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в
почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует
бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и
влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем, избыточные концентрации
меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные
организмы.
Содержание меди в природных пресных водах колеблется от 2 до 30 мкг/дм3
, в морских водах - от 0.5 до 3.5 мкг/дм3. Повышенные концентрации
меди (до нескольких граммов в литре) характерны для кислых рудничных вод.
В природных водах наиболее часто встречаются соединения Cu(II). Из соединений
Cu(I) наиболее распространены труднорастворимые в воде Cu2O, Cu
2S, CuCl. При наличии в водной среде лигандов наряду с равновесием
диссоциации гидроксида необходимо учитывать образование различных комплексных
форм, находящихся в равновесии с акваионами металла.
Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды
предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды,
альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может
появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений,
используемых в системах водоснабжения. В подземных водах содержание меди
обусловлено взаимодействием воды с горными породами, содержащими ее
(халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризаколла,
бротантин).
Предельно допустимая концентрация меди в воде водоемов санитарно-бытового
водопользования составляет 0.1 мг/дм3 (лимитирующий признак
вредности — общесанитарный), в воде рыбохозяйственных водоемов - 0.001 мг/дм
3.
| Город | M | | Норильск | 2382,3 | | Ревда | 1162,9 | | Мончегорск | 933,7 | | Красноуральск | 653,0 | | Кольчугино | 140,1 | | Никель | 81,8 | | Заполярный | 81,0 |
Выбросы М (тыс.т/год) оксида меди и среднегодовые концентрации q (мкг/м3) меди.
Медь поступает в воздух с выбросами металлургических производств. В выбросах
твердых веществ она содержится в основном в виде соединений, преимущественно
оксида меди.
На долю предприятий цветной металлургии приходится 98,7 % всех антропогенных
выбросов этого металла, из них 71% осуществляется предприятиями концерна
“Норильский никель”, расположенными в Заполярном и Никеле, Мончегорске и
Норильске, а еще примерно 25% выбросов меди осуществляются в Ревде,
Красноуральске, Кольчугино и в других.
Высокие концентрации меди приводят к интоксикации, анемии и заболеванию
гепатитом.
Как видно из карты, самые высокие концентрации меди отмечены в городах Липецк
и Рудная Пристань. Повышены также концентрации меди в городах Кольского
полуострова, в Заполярном, Мончегорске, Никеле, Оленегорске, а также в
Норильске.
Выбросы меди от промышленных источников снизились на 34%, средние
концентрации – на 42%.
Молибден
Соединения молибдена попадают в поверхностные воды в результате выщелачивания
их из экзогенных минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы
также со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной
металлургии. Понижение концентраций соединений молибдена происходит в
результате выпадения в осадок труднорастворимых соединений, процессов
адсорбции минеральными взвесями и потребления растительными водными
организмами.
Молибден в поверхностных водах находится в основном в форме МоО4
2-. Весьма вероятно существование его в виде органоминеральных
комплексов. Возможность некоторого накопления в коллоидном состоянии вытекает
из того факта, что продукты окисления молибденита представляют рыхлые
тонкодисперсные вещества.
В речных водах молибден обнаружен в концентрациях от 2.1 до 10.6 мкг/дм3
. В морской воде содержится в среднем 10 мкг/дм3 молибдена.
В малых количествах молибден необходим для нормального развития растительных
и животных организмов. Молибден входит в состав фермента ксантиноксидазы. При
дефиците молибдена фермент образуется в недостаточном количестве, что
вызывает отрицательные реакции организма. В повышенных концентрациях молибден
вреден. При избытке молибдена нарушается обмен веществ.
Предельно допустимая концентрация молибдена в водоемах санитарно-бытового
использования составляет 0.25 мг/дм3.
Мышьяк
В природные воды мышьяк поступает из минеральных источников, районов
мышьяковистого оруднения (мышьяковый колчедан, реальгар, аурипигмент), а
также из зон окисления пород полиметаллического, медно-кобальтового и
вольфрамового типов. Некоторое количество мышьяка поступает из почв, а также
в результате разложения растительных и животных организмов. Потребление
мышьяка водными организмами является одной из причин понижения концентрации
его в воде, наиболее отчетливо проявляющегося в период интенсивного развития
планктона.
Значительные количества мышьяка поступают в водные объекты со сточными водами
обогатительных фабрик, отходами производства красителей, кожевенных заводов и
предприятий, производящих пестициды, а также с сельскохозяйственных угодий,
на которых применяются пестициды.
В природных водах соединения мышьяка находятся в растворенном и взвешенном
состоянии, соотношение между которыми определяется химическим составом воды и
значениями рН. В растворенной форме мышьяк встречается в трех- и
пятивалентной форме, главным образом в виде анионов.
В речных незагрязненных водах мышьяк находится обычно в микрограммовых
концентрациях. В минеральных водах его концентрация может достигать нескольких
миллиграммов в 1 дм3, в морских водах в среднем содержится 3 мкг/дм
3, в подземных - встречается в концентрациях n.105
мкг/дм3. Соединения мышьяка в повышенных концентрациях являются
токсичными для организма животных и человека: они тормозят окислительные
процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей.
ПДКв мышьяка составляет 0.05 мг/дм3 (лимитирующий
показатель вредности — санитарно-токсикологический) и ПДКвр - 0.05
мг/дм3.
Никель
Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через
которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных
медно-никелевых руд и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из
растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с
другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых
водорослях. Соединения никеля в водные объекты поступают также со сточными
водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых
обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание
ископаемого топлива.
Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких
соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении
значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов
адсорбции.
В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и
коллоидном состоянии, количественное соотношение между которыми зависит от
состава воды, температуры и значений рН. Сорбентами соединений никеля могут
быть гидроксид железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат
кальция, глины. Растворенные формы представляют собой главным образом
комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и
фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее
распространены в природных водах соединения никеля, в которых он находится в
степени окисления +2. Соединения Ni3+ образуются обычно в щелочной
среде.
Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь
катализаторами. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на
сердечно-сосудистую систему. Никель принадлежит к числу канцерогенных
элементов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что
свободные ионы никеля (Ni2+) примерно в 2 раза более токсичны, чем
его комплексные соединения.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется
обычно от 0.8 до 10 мкг/дм3; в загрязненных она составляет несколько
десятков микрограммов в 1 дм3. Средняя концентрация никеля в морской
воде 2 мкг/дм3, в подземных водах - n.103
мкг/дм3. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы,
концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/дм3.
Содержание никеля в водных объектах лимитируется: ПДКв составляет 0.1
мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — общесанитарный), ПДКвр
— 0.01 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — токсикологический).
Никель поступает в атмосферу от предприятий цветной металлургии, на долю
которых приходится 97% всех выбросов никеля, из них 89% на долю предприятий
концерна “Норильский никель”, расположенных в Заполярном и Никеле,
Мончегорске и Норильске.
 Повышенное содержание никеля в
окружающей среде приводит к появлению эндемических заболеваний, бронхиального
рака. Соединения никеля относят к 1 группе канцерогенов.
На карте видно несколько точек с высокими средними концентрациями никеля в
местах расположения концерна Норильский никель: Апатиты, Кандалакша,
Мончегорск, Оленегорск.
Выбросы никеля от промышленных предприятий снизились на 28%, средние
концентрации – на 35%.
Выбросы М (тыс.т/год) и среднегодовые концентрации q (мкг/м3) никеля.
Олово
В природные воды поступает в результате процессов выщелачивания
оловосодержащих минералов (касситерит, станнин), а также со сточными водами
различных производств (крашение тканей, синтез органических красок,
производство сплавов с добавкой олова и др.).
Токсическое действие олова невелико.
В незагрязненных поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых
концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограммов
в 1 дм3. ПДКв составляет 2 мг/дм3.
Ртуть
В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате
выщелачивания пород в районе ртутных месторождений (киноварь, метациннабарит,
ливингстонит), в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть.
Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами
предприятий, производящих красители, пестициды, фармацевтические препараты,
некоторые взрывчатые вещества. Тепловые электростанции, работающие на угле,
выбрасывают в атмосферу значительные количества соединений ртути, которые в
результате мокрых и сухих выпадений попадают в водные объекты.
Понижение концентрации растворенных соединений ртути происходит в результате
извлечения их многими морскими и пресноводными организмами, обладающими
способностью накапливать ее в концентрациях, во много раз превышающих
содержание ее в воде, а также процессов адсорбции взвешенными веществами и
донными отложениями.
В поверхностных водах соединения ртути находятся в растворенном и взвешенном
состоянии. Соотношение между ними зависит от химического состава воды и
значений рН. Взвешенная ртуть представляет собой сорбированые соединения
ртути. Растворенными формами являются недиссоциированные молекулы,
комплексные органические и минеральные соединения. В воде водных объектов
ртуть может находиться в виде метилртутных соединений.
Содержание ртути в речных незагрязненных, слабозагрязненных водах составляет
несколько десятых долей микрограмма в 1 дм3, средняя концентрация в
морской воде 0.03 мкг/дм3, в подземных водах 1-3 мкг/дм3.
Соединения ртути высоко токсичны, они поражают нервную систему человека,
вызывают изменения со стороны слизистой оболочки, нарушение двигательной
функции и секреции желудочно-кишечного тракта, изменения в крови и др.
Бактериальные процессы метилирования направлены на образование метилртутных
соединений, которые во много раз токсичнее минеральных солей ртути.
Метилртутные соединения накапливаются в рыбе и могут попадать в организм
человека.
ПДКв ртути составляет 0.0005 мг/дм3 (лимитирующий признак
вредности — санитарно-токсикологический), ПДКвр 0.0001 мг/дм3
.
Свинец
Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются
процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и
др.) минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде
(в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением
тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в
водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых
металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными
факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его
взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В числе других
металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами.
Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном
(сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде
минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в
нерастворимой - главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов.
В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц
микрограммов в 1 дм3. Даже в воде водных объектов, прилегающих к
районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков
миллиграммов в 1 дм3. Лишь в хлоридных термальных водах концентрация
свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дм3.
Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДКв
свинца составляет 0.03 мг/дм3, ПДКвр - 0.1 мг/дм3
.
Свинец содержится в выбросах предприятиями металлургии, металлообработки,
электротехники, нефтехимии и автотранспорта.
Влияние свинца на здоровье происходит при вдыхании воздуха, содержащего
свинец, и поступлении свинца с пищей, водой, на пылевых частицах. Свинец
накапливается в теле, в костях и поверхностных тканях. Свинец влияет на
почки, печень, нервную систему и органы кровообразования. Пожилые и дети
особенно чувствительны даже к низким дозам свинца.
Выбросы М (тыс.т/год) и среднегодовые концентрации q (мкг/м3) свинца.
За семь лет выбросы свинца от промышленных источников снизились на 60%
вследствие сокращения производства и закрытия многих предприятий. Резкое
снижение промышленных выбросов не сопровождается снижением выбросов
автотранспорта. Средние концентрации свинца снизились только на 41%. Различие
в степени снижения выбросов и концентраций свинца можно объяснить неполным
учетом выбросов от автомобилей в предыдущие годы; в настоящее время
увеличилось количество автомобилей и интенсивность их движения.
Свинцовая интоксикация
В настоящее время свинец занимает первое место среди причин промышленных
отравлений. Это вызвано широким применением его в различных отраслях
промышленности. Воздействию свинца подвергаются рабочие, добывающие свинцовую
руду, на
свинцово-плавильных заводах, в производстве аккумуляторов, при пайке, в
типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий,
этилированного бензина, свинцовых красок и др. Загрязнение свинцом
атмосферного воздуха, почвы и воды в окресности таких производств, а также
вблизи крупных автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом
населения, проживающего в этих районах, и прежде всего детей, которые более
чувствительны к воздействию тяжелых металлов.
С сожалением надо отметить, что в России отсутствует государственная политика
по правовому, нормативному и экономическому регулированию влияния свинца на
состояние окружающей среды и здоровье населения, по снижению выбросов
(сбросов, отходов) свинца и его соединений в окружающую среду, полному
прекращению производства свинецсодержащих бензинов.
Вследствие чрезвычайно неудовлетворительной просветительной работы по
разъяснению населению степени опасности воздействия тяжелых металлов на
организм человека, в России не снижается, а постепенно увеличивается
численность контингентов, имеющих профессиональный контакт со свинцом. Случаи
хронической свинцовой интоксикации зафиксированы в 14 отраслях промышленности
России. Ведущими являются электротехническая промышленность (производство
аккумуляторов), приборостроение, полиграфия и цветная металлургия, в них
интоксикация обусловлена превышением в 20 и более раз предельно допустимой
концентрации (ПДК) свинца в воздухе рабочей зоны.
Значительным источником свинца являются автомобильные выхлопные газы, так как
половина России все еще использует этилированный бензин. Однако
металлургические заводы, в частности медеплавильные, остаются главным
источником загрязнений окружающей среды. И здесь есть свои лидеры. На
территории Свердловской области находятся 3 самых крупных источника выбросов
свинца в стране: в городах Красноуральск, Кировград и Ревда.
Дымовые трубы Красноуральского медеплавильного завода, построенного еще в
годы сталинской индустриализации и использующего оборудование 1932 года,
ежегодно извергают на 34-тысячный город 150 -170 тонн свинца, покрывая все и
вся свинцовой пылью.
Концентрация свинца в почве Красноуральска варьируется от 42,9 до 790,8 мг/кг
при предельно допустимой концентрации (ПДК)= 130 мк/кг. Пробы воды в
водопроводе соседнего пос. Октябрьский, питаемого подземным водоисточником,
фиксировали превышение ПДК до двух раз.
Загрязнение окружающей среды свинцом оказывает влияние на состояние здоровья
людей. Воздействие свинца нарушает женскую и мужскую репродуктивную систему.
Для женщин беременных и детородного возраста повышенные уровни свинца в крови
представляют особую опасность, так как под действием свинца нарушается
менструальная функция, чаще бывают преждевременные роды, выкидыши и смерть
плода вследствие проникновения свинца через плацентарный барьер. У
новорожденных детей высока смертность.
Отравление свинцом чрезвычайно опасно для маленьких детей - он действует на
развитие мозга и нервной системы. Проведенное тестирование 165
красноуральских детей от 4 лет выявило существенную задержку психического
развития у 75,7%, а у 6,8% обследованных детей обнаружена умственная
отсталость, включая олигофрению.
Дети дошкольного возраста наиболее восприимчивы к вредному воздействию
свинца, поскольку их нервная система находится в стадии формирования. Даже
при низких дозах свинцовое отравление вызывает снижение интеллектуального
развития, внимания и умения сосредоточиться, отставание в чтении, ведет к
развитию агрессивности, гиперактивности и другим проблемам в поведении
ребенка. Эти отклонения в развитии могут носить длительный характер и быть
необратимыми. Низкий вес при рождении, отставание в росте и потеря слуха
также являются результатом свинцового отравления. Высокие дозы интоксикации
ведут к умственной отсталости, вызывают кому, конвульсии и смерть.
Белая книга, опубликованная российскими специалистами, сообщает, что
свинцовое загрязнение покрывает всю страну и является одним из многочисленных
экологических бедствий в бывшем Советском Союзе, которые стали известны в
последние годы. Большая часть территории России испытывает нагрузку от
выпадения свинца, превышающую критическую для нормального функционирования
экосистемы. В десятках городов отмечается превышение концентраций свинца в
воздухе и почве выше величин, соответствующих ПДК.
Наибольший уровень загрязнения воздуха свинцом, превышающий ПДК, отмечался в
городах Комсомольск-на-Амуре, Тобольск, Тюмень, Карабаш, Владимир,
Владивосток.
Максимальные нагрузки выпадения свинца, ведущие к деградации наземных
экосистем, наблюдаются в Московской, Владимирской, Нижегородской, Рязанской,
Тульской, Ростовской, Ленинградской областях.
Стационарные источники ответственны за сброс более 50 тонн свинца в виде
различных соединений в водные объекты. При этом 7 аккумуляторных заводов
сбрасывают ежегодно 35 тонн свинца через канализационную систему. Анализ
распределения сбросов свинца в водные объекты на территории России
показывает, что по этому виду нагрузки лидируют Ленинградская, Ярославская,
Пермская, Самарская, Пензенская и Орловская области.
В стране необходимы срочные меры по снижению свинцового загрязнения, однако
пока экономический кризис России затмевает экологические проблемы. В
затянувшейся промышленной депрессии Россия испытывает недостаток средств для
ликвидации прежних загрязнений, но если экономика начнет восстанавливаться, а
заводы вернутся к работе, загрязнение может только усилиться.
Тетраэтилсвинец
Поступает в природные воды в связи с использованием в качестве антидетонатора
в моторном топливе водных транспортных средств, а также с поверхностным
стоком с городских территорий.
Данное вещество характеризуется высокой токсичностью, обладает кумулятивными
свойствами.
Содержание тетраэтилсвинца в воде водоемов хозяйственно-питьевого, культурно-
бытового и рыбохозяйственного назначения не допускается (ПДК — полное
отсутствие).
Серебро
Источниками поступления серебра в поверхностные воды служат подземные воды и
сточные воды рудников, обогатительных фабрик, фотопредприятий. Повышенное
содержание серебра бывает связано с применением бактерицидных и альгицидных
препаратов.
В сточных водах серебро может присутствовать в растворенном и взвешенном
виде, большей частью в форме галоидных солей.
В незагрязненных поверхностных водах серебро находится в субмикрограммовых
концентрациях. В подземных водах концентрация серебра колеблется от единиц до
десятков микрограммов в 1 дм3, в морской воде - в среднем 0.3 мкг/дм
3.
Ионы серебра способны уничтожать бактерии и уже в незначительной концентрации
стерилизуют воду (нижний предел бактерицидного действия ионов серебра 2.
10-11 моль/дм3). Роль серебра в организме животных и
человека изучена недостаточно.
ПДКв серебра составляет 0.05 мг/дм3.
Сурьма
Сурьма поступает в поверхностные воды за счет выщелачивания минералов сурьмы
(стибнит, сенармонтит, валентинит, сервантит, стибиоканит) и со сточными
водами резиновых, стекольных, красильных, спичечных предприятий.
В природных водах соединения сурьмы находятся в растворенном и взвешенном
состоянии. В окислительно-восстановительных условиях, характерных для
поверхностных вод, возможно существование как трехвалентной, так и
пятивалентной сурьмы.
В незагрязненных поверхностных водах сурьма находится в субмикрограммовых
концентрациях, в морской воде ее концентрация достигает 0.5 мкг/дм3,
в подземных водах - 10 мкг/дм3. ПДКв сурьмы составляет
0.05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности —
санитарно-токсикологический), ПДКвр - 0.01 мг/дм3.
Хром
В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в
результате выщелачивания из пород (хромит, крокоит, уваровит и др.).
Некоторые количества поступают в процессе разложения организмов и растений,
из почв. Значительные количества могут поступать в водоемы со сточными водами
гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных
заводов и предприятий химической промышленности. Понижение концентрации ионов
хрома может наблюдаться в результате потребления их водными организмами и
процессов адсорбции.
В поверхностных водах соединения хрома находятся в растворенном и взвешенном
состояниях, соотношение между которыми зависит от состава вод, температуры,
рН раствора. Взвешенные соединения хрома представляют собой в основном
сорбированные соединения хрома. Сорбентами могут быть глины, гидроксид
железа, высокодисперсный оседающий карбонат кальция, остатки растительных и
животных организмов. В растворенной форме хром может находитьсяв виде
хроматов и бихроматов. При аэробных условиях Cr(VI) переходит в Cr(III), соли
которого в нейтральной и щелочной средах гидролизуются с выделением
гидроксида.
В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах содержание хрома колеблется от
нескольких десятых долей микрограмма в литре до нескольких микрограммов в
литре, в загрязненных водоемах оно достигает нескольких десятков и сотен
микрограммов в литре. Средняя концентрация в морских водах - 0.05 мкг/дм3
, в подземных водах - обычно в пределах n.10 - n.102
мкг/дм3.
Соединения Cr(VI) и Cr(III) в повышенных количествах обладают канцерогенными
свойствами. Соединения Cr(VI) являются более опасными.
Содержание их в водоемах санитарно-бытового использования не должно превышать
ПДКв для Cr(VI) 0.05 мг/дм3, для Cr(III) 0.5 мг/дм3
. ПДКвр для Cr(VI) - 0.001 мг/дм3, для Cr(III) - 0.005
мг/дм3.
Цинк
Попадает в природные воды в результате протекающих в природе процессов
разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит,
госларит, смитсонит, каламин), а также со сточными водами рудообогатительных
фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных
красок, вискозного волокна и др.
В воде существует главным образом в ионной форме или в форме его минеральных
и органических комплексов. Иногда встречается в нерастворимых формах: в виде
гидроксида, карбоната, сульфида и др.
В речных водах концентрация цинка обычно колеблется от 3 до 120 мкг/дм3
, в морских - от 1.5 до 10 мкг/дм3. Содержание в рудных и особенно в
шахтных водах с низкими значениями рН может быть значительным.
Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное
развитие организмов. В то же время многие соединения цинка токсичны, прежде
всего его сульфат и хлорид.
ПДКв Zn2+ составляет 1 мг/дм3 (лимитирующий
показатель вредности — органолептический), ПДКвр Zn2+ -
0.01 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности — токсикологический).
Список литературы
1. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических
веществ в окружающей среде. Справочник.— Л.: "Химия",1985.
2. Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ.
изд./ Под ред. В.А. Филова и др. — Л.: "Химия",1988.
3. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп:
Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. — Л.: "Химия",1989.
4. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.: "Мир", 1987.
| |
|
|
