загрузка...
загрузка...
На головну

Забруднення вод важкими металами

  1. Антропогенний перетворення і забруднення атмосфери
  2. Аерозольна забруднення атмосфери
  3. Взаємодія сірчаної та азотної кислот з деякими металами
  4. Дифузійна металізація
  5. Забруднення біосфери автотранспортним комплексом
  6. Забруднення водойм у зв'язку з їх використанням

Одним з найсильніших за дією і найбільш поширеним хімічним забрудненням є забруднення важкими металами.

Важкі метали - це елементи періодичної системи хімічних елементів, з молекулярною масою понад 50 атомних одиниць. Ця група елементів бере активну участь в біологічних процесах, входячи до складу багатьох ферментів. Група «важких металів» багато в чому збігається з групою мікроелементів. З іншого боку, важкі метали та їх сполуки мають шкідливий вплив на організм. До них відносяться: свинець, цинк, кадмій, ртуть, молібден, хром, марганець, нікель, олово, кобальт, титан, мідь, ванадій.

Важкі метали, потрапляючи в організм, залишаються там назавжди, вивести їх можна тільки за допомогою білків молока. Досягаючи певної концентрації в організмі, вони починають своє згубний вплив - викликають отруєння, мутації.Крім того, що самі вони отруюють організм людини, вони ще і чисто механічно засмічують його - іони важких металів осідають на стінках найтонших систем організму і засмічують ниркові канали, канали печінки, таким чином, знижуючи фільтраційну здатність цих органів. Відповідно, це призводить до накопичення токсинів і продуктів життєдіяльності клітин нашого організму, тобто самоотруєння організму, тому що саме печінку відповідає за переробку отруйних речовин, що потрапляють в наш організм, і продуктів життєдіяльності організму, а нирки - за їх виведення з організму.

Джерела надходження важких металів діляться на природні (Вивітрювання гірських порід і мінералів, ерозійні процеси, вулканічна діяльність) і техногенні (Видобуток і переробка корисних копалин, спалювання палива, рух транспорту, діяльність сільського господарства).

Частина техногенних викидів, що надходять у природне середовище у вигляді тонких аерозолів, переноситься на значні відстані і викликає глобальне забруднення.

Інша частина надходить в безстічні водойми, де важкі метали накопичуються і стають джерелом вторинного забруднення, тобто утворення небезпечних забруднень у ході фізико-хімічних процесів, що йдуть безпосередньо в середовищі (наприклад, освіту з нетоксичних).

У водойми важкі метали надходять зазвичай зі стоками гірничодобувних і металургійних підприємств, а також підприємств хімічної і легкої промисловості, де їх з'єднання використовують в різних технологічних процесах. Наприклад, багато солей хрому скидають підприємства по дублення шкіри, хром і нікель використовуються для гальванічного покриття поверхонь металевих виробів. Сполуки міді, цинку, кобальту, титану використовуються в якості барвників і т.д.

До можливих джерел забруднення біосфери важкими металами відносять: підприємства чорної і кольорової металургії (аерозольні викиди, машинобудування (гальванічні ванни міднення, нікелювання, хромування), заводи з переробки акумуляторних батарей, автомобільний транспорт.

Крім антропогенних джерел забруднення довкілля важкими металами існують і інші, природні, наприклад вулканічні виверження. Всі ці джерела забруднення викликають у біосфері або її складових (повітрі, воді, ґрунтах, живих організмах) збільшення вмісту металів-забруднювачів в порівнянні з природним, так званим фоновим рівнем.

Період напіввидалення або видалення половини від початкової концентрації становить тривалий час: для цинку - від 70 до 510 років, для кадмію - від 13 до 110 років, для міді - від 310 до 1500 років і для свинцю - від 740 до 5900 років.

Важкі метали мають високу здатність до різноманітних хімічних, фізико-хімічних і біологічних реакцій. Багато з них мають змінну валентність і беруть участь в окисно-відновних процесах.

Як токсикантів в водоймах зазвичай зустрічаються: ртуть, свинець, кадмій, олово, цинк, марганець, нікель, хоча відома висока токсичність і інших важких металів - кобальту, срібла, золота, урану та інших. Взагалі, висока токсичність для живих істот - це характерна властивість сполук та іонів важких металів.

В ряду важких металів одні вкрай необхідні для життєзабезпечення людини і інших живих організмів і відносяться до так званим біогенних елементів. Інші викликають протилежний ефект і, потрапляючи в живий організм, призводять до його отруєння або загибелі. Ці метали відносять до класу ксенобіотиків, тобто чужих живому. Серед металів-токсикантів виділена пріоритетна група: кадмій, мідь, миш'як, нікель, ртуть, свинець, цинк і хром як найбільш небезпечні для здоров'я людини і тварин. З них ртуть, свинець і кадмій найбільш токсичні.

Токсична дія важких металів на організм посилюється тим, що багато важкі метали виявляють виражені комплексоутворюючі властивості. Так, у водних середовищах іони цих металів гідратованих і здатні утворювати різні гідроксокомплекси, склад яких залежить від кислотності розчину. Якщо в розчині присутні будь-які аніони або молекули органічних сполук, то іони важких металів утворюють різноманітні комплекси різної будови і стійкості.

Наприклад ртуть, легко утворюють з'єднання і комплекси з органічними речовинами в розчинах і в організмі, добре засвоюються організмами з води і передаються по харчовому ланцюгу. По класу небезпеки ртуть належить до першого класу (надзвичайно небезпечна хімічна речовина). Ртуть реагує з SH-групами білкових молекул, серед яких - найважливіші для організму ферменти. Ртуть також реагує з білковими групами - СООН і NH2 з утворенням міцних комплексів - металопротеїдів. А що циркулюють в крові іони ртуті, що потрапили туди з легких, також утворюють сполуки з білковими молекулами. Порушення нормальної роботи білків-ферментів призводить до глибоких порушень в організмі, і перш за все - в центральній нервовій системі, а також в нирках.

Особливо небезпечні викиди в воду ртуті, оскільки в результаті діяльності населяють дно мікроорганізмів відбувається утворення розчинних у воді токсичних органічних сполук ртуті, які набагато більш токсичні, ніж неорганічні. Мікроорганізми що там живуть перетворюють їх на диметилмеркурій (CH3)2Hg, яка відноситься до числа найбільш отруйних речовин. Диметилмеркурій далі легко переходить в водорозчинний катіон HgCH3+. Обидві речовини поглинаються водними організмами і потрапляють у харчовий ланцюжок; спочатку вони накопичуються в рослинах і дрібних організмах, потім - в рибах. Метилована ртуть дуже повільно виводиться з організму - місяцями у людей і роками у риб.

Важкі метали проникають в живий організм, в основному, через воду (винятком є ??ртуть, пари якої дуже небезпечні). Потрапивши в організм, важкі метали частіше за все не піддаються яким-небудь істотних перетворень, як це відбувається з органічними токсикантами, і, включившись в біохімічний цикл, вони вкрай повільно залишають його.

Найважливішим показником якості середовища проживання є ступінь чистоти поверхневих вод. Метал-токсикант, потрапивши у водойму або річку, розподіляється між компонентами цієї водної екосистеми. Однак не всяке кількість металу викликає розлад екосистеми.

При оцінці здатності екосистеми чинити опір зовнішнім токсичного впливу прийнято говорити про буферної ємності екосистеми. Так, під буферної ємністю прісноводних екосистем по відношенню до важких металів розуміють таку кількість металу-токсиканта, надходження якого істотно не порушує природного характеру функціонування всієї досліджуваної екосистеми.

При цьому сам метал-токсикант розподіляється на наступні складові:

- Метал в розчиненої формі;

- Сорбованих і акумульований фітопланктоном, тобто рослинними мікроорганізмами;

- Утримуваний донними відкладеннями в результаті седиментації зважених органічних і мінеральних часток з водного середовища;

- Адсорбований на поверхні донних відкладень безпосередньо з водного середовища в розчинній формі;

- Знаходиться в адсорбированной формі на частинках суспензії.

Крім акумулювання металів за рахунок адсорбції і подальшої седиментации в поверхневих водах відбуваються інші процеси, що відображають стійкість екосистем до токсичного впливу такого роду забруднювачів. Найбільш важливий з них полягає в зв'язуванні іонів металів у водному середовищі розчиненими органічними речовинами. При цьому загальна концентрація токсиканта у воді не змінюється. Проте, прийнято вважати, що найбільшою токсичністю володіють гідратованих іони металів, а пов'язані в комплекси небезпечні в меншій мірі або навіть майже нешкідливі. Спеціальні дослідження показали, що між загальною концентрацією металу-токсиканта в природних поверхневих водах і їх токсичністю немає однозначної залежності.

У природних поверхневих водах міститься безліч органічних речовин, 80% яких становлять високоокісленние полімери типу гумусових речовин, що проникають в воду з грунтів. Інша частина органічних речовин, розчинних у воді, є продукти життєдіяльності організмів (поліпептиди, полісахариди, жирні і амінокислоти) або ж подібні за хімічними властивостями домішки антропогенного походження. Всі вони, звичайно, зазнають різні перетворення в водному середовищі. Але всі вони в той же час є свого роду комплексообразующими реагентами, що зв`язують іони металів в комплекси і зменшують тим самим токсичність вод.

Різні поверхневі води по-різному пов'язують іони важких металів, проявляючи при цьому різну буферну ємність. Води південних озер, річок, водойм, які мають великий набір природних компонентів (гумусові речовини, гумінові кислоти та фульвокислоти) та їх високу концентрацію, здатні до більш ефективної природної детоксикації в порівнянні з водами водойм Півночі і помірної смуги. Тому токсичність вод, в яких опинилися забруднювачі, залежить і від кліматичних умов природної зони. Слід зазначити, що буферна ємність поверхневих вод по відношенню до металів-токсикантів визначається не тільки наявністю розчиненої органічної речовини і суспензій, але і акумулюючої здатністю гідробіонтів, а також кінетикою поглинання іонів металів всіма компонентами екосистеми, включаючи комплексообразование з розчиненими органічними речовинами. Все це говорить про складність процесів, що протікають в поверхневих водах при попаданні в них металів-забруднювачів.

Що стосується свинцю, то половина від загальної кількості цього токсиканта надходить в навколишнє середовище в результаті спалювання етилованого бензину. У водних системах свинець в основному пов'язаний адсорбционно зі зваженими частками або знаходиться в вигляді розчинних комплексів з гуміновими кислотами. При біометілірованіі, як і у випадку зі ртуттю, свинець в результаті утворює тетраметілсвінец. У незабруднених поверхневих водах суші вміст свинцю зазвичай не перевищує 3 мкг / л. У річках промислових регіонів відзначається більш високий вміст свинцю. Сніг здатний в значній мірі акумулювати цей токсикант: в околицях великих міст його зміст може досягати майже 1 млн мкг / л, а на деякій відстані від них ~ 1-100 мкг / л.

Водні рослини добре акумулюють свинець, але по-різному. Іноді фітопланктон утримує його з коефіцієнтом концентрування до 105, як і ртуть. У рибі свинець накопичується незначно, тому для людини в цій ланці трофічного ланцюга він відносно мало небезпечний. Метиловані з'єднання в рибі в звичайних умовах утримання водойм виявляються відносно рідко. У регіонах з промисловими викидами накопичення тетраметілсвінца в тканинах риб протікає ефективно і швидко - гострий та хронічний вплив свинцю настає при рівні забруднення 0,1-0,5 мкг / л. В організмі людини свинець може накопичуватися в скелеті, заміщаючи кальцій.

Інший важливий забруднювач водойм - кадмій. За хімічними властивостями цей метал подібний цинку. Він може заміщати останній в активних центрах металлсодержащих ферментів, приводячи до різкого порушення в функціонуванні ферментативних процесів.

Кадмій зазвичай виявляє меншу токсичність по відношенню до рослин в порівнянні з метилртуттю і порівняти за токсичністю зі свинцем. При змісті кадмію ~ 0,2-1 мг / л сповільнюються фотосинтез і ріст рослин. Цікавий наступний зафіксований ефект: токсичність кадмію помітно знижується в присутності деяких кількостей цинку, що ще раз підтверджує припущення про можливість конкуренції іонів цих металів в організмі за участь у ферментативному процесі.

Поріг гострої токсичності кадмію варіює в межах від 0,09 до 105 мкг / л для прісноводних риб. Збільшення жорсткості води підвищує ступінь захисту організму від отруєння кадмієм. Відомі випадки сильного отруєння людей кадмієм, що потрапили в організм по трофічних ланцюгах (хвороба ітай-ітай). З організму кадмій виводиться протягом тривалого періоду (близько 30 років).

У водних системах кадмій зв'язується з розчиненими органічними речовинами, особливо якщо в їх структурі присутній сульфгідрильні групи SH. Кадмій утворює також комплекси з амінокислотами, полісахаридами, гуміновими кислотами. Як і у випадку зі ртуттю та іншими важкими металами адсорбція іонів кадмію донними опадами сильно залежить від кислотності середовища. У нейтральних водних середовищах вільний іон кадмію практично без остачі сорбуеться частками донних відкладень.

Для контролю якості поверхневих вод створені різні гідробіологічні служби спостережень. Вони стежать за станом забруднення водних екосистем під впливом антропогенного впливу.

Контрольні питання ДО МОДУЛЯ 3

1. Чим визначається роль Світового океану як ключової ланки в біосфері?

2. Охарактеризуйте склад гідросфери.

3. Як взаємодіє гідросфера з іншими оболонками Землі?

4. Яке значення водних розчинів для живих організмів?

5. Перерахуйте найбільш поширені хімічні елементи в складі гідросфери.

6. В яких одиницях вимірюється солоність морської води?

7. На яких принципах побудована класифікація природних вод?

8. Хімічний склад природних вод.

9. Поверхнево-активні речовини в водоймах.

10. Ізотопний склад води.

11. Вплив кислотних дощів на об'єкти гідросфери.

12. Буферна ємність природних водойм.

13. Біонакопленіе важких металів, пестицидів, радіонуклідів в організмах, що мешкають у водному середовищі.

14. Горизонтальні і вертикальні переміщення водних мас.

15. Апвелінг.

16. Кругообіг природних вод.

17. Процеси окислення і відновлення в природних водоймах.

18. Нафтові забруднення природних вод.

19. Антропогенні забруднення гідросфери.

20. Факти, що характеризують погіршення стану водного басейну?

21. Наведіть характеристики показників якості води.

22. Окисляемость грунтових вод.

23. Основні фізичні властивості води.

24. Аномалії фізичних властивостей води.

25. Поясніть схему глобального кругообігу води?

26. Перерахуйте основні види забруднених стічних вод.

27. Принципи оцінки якості води?

 




іоносфера | Хімічні перетворення в атмосферному повітрі | Радіаційний та теплової баланси поверхні Землі | Джерела забруднення атмосфери | Аерозольна забруднення атмосфери | Хімія парникового ефекту | Загальні відомості про гідросферу | Хімічний склад природних вод | Характеристика хімічних показників якості води | Фізичні властивості і будова води |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати