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 |В |В |Н |В |Н |В |Н |
|распространения | | | | | | | |
|Органическая форма |В |В |В |В |В |В |В |
|распространения | | | | | | | |
|Подвижность |В |Н |У |В |Н |В |У |
|Тенденция к |В |В |У |В |В |В |У |
|биоконцентрированию | | | | | | | |
|Эффективность накопления |В |У |В |В |У |В |В |
|Комплексообразующая |У |Н |В |У |Н |Н |В |
|способность | | | | | | | |
|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 |свинец, цинк, медь, марганец+ванадий,|
|край) |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 |никель. |
|область) | |
|9. Алаверди (Армения) |медь, никель, свинец. |
|10. Константиновка (Украина, |свинец, ртуть. |
|Донецкая обл) | |
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]+, [Fe2(OH)2]4+,
[Fe(OH)3]+, [Fe2(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), ПДКвр 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/дм3.
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,
Cu2S, 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/дм3.
|Город |M |
|Норильск |2382,3 |
|Ревда |1162,9 |
|Мончегорск |933,7 |
|Красноуральс|653,0 |
|к | |
|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 МоО42-.
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/дм3, 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/дм3.
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.
-----------------------
[pic]
[pic] |
