Тяжелые металлы

• Опасность... Источники...Среди природных веществ, засоряющих среду обитания человека, особую группу вредных веществ (токсикантов) составляют металлы. Металлы, как составная часть неживой природы, распространены повсеместно, но крайне неравномерно. Как правило, металлы являются составной частью глубинных недр земли, и в чистом виде появляются только после определённых металлургических процессов (за исключением определённой группы самородных металлов). В чистом виде свободные металлы при попадании в организм человека действуют как своеобразные отравляющие вещества. С увеличением плотности металла увеличивается тяжесть последствий при его попадании в организм. Следует отметить, что в плодородных почвах в естественном состоянии металлы содержатся в элементарной форме, в пропорциях необходимых организму и ассимилируемых им, а затем, свободно распадающихся, образуя своеобразный кругооборот. Таким образом поддерживается необходимое естественное содержание элементарных форм металла в почве и организме человека. По мере вовлечения большого и увеличивающегося круга металлов в промышленное употребление и бесконтрольного его перемещения в среду обитания человека, на земле не осталось места, лишённого неэлементарного металла. Можно говорить о повсеместной угрозе металла жизни человека. Особую опасность представляют для человека так называемые тяжёлые металлы. Основной характеристикой "тяжёлых металлов", как токсикантов, является их плотность. К таким металлам относят химические элементы с плотностью большей 6 г/см³. Таких элементов более 40. Число наиболее опасных тяжёлых металлов с учётом их токсичности, стойкости, способности накапливаться в среде обитания, значительно меньше. К этой группе относятся, такие как: ртуть, свинец, кадмий, никель, цинк, олово, сурьма, медь, молибден, ванадий, мышьяк. Действие этой группы металлов на организм более исследовано, чем остальные, поэтому они выделены. Иногда к тяжелым металлам относят те, плотность которых составляет 5 г/см³.

• Действие... Защита...Тяжелые металлы являются причиной заболевания основных систем организма ­сердечно-сосудистой, центральной нервной системы. Некоторые из металлов при длительном контакте могут вызывать хронические, острые отравления и генетические изменения. Тяжелые металлы и их соединения могут поступать в организм человека через органы дыхания, слизистые оболочки, кожу, желудочно-кишечный тракт. Некоторые органы кумулируют элементы избирательно. Например, Cd, Hg, Мn накапливаются в почках, Sn – в тканях кишечника, V – в волосах и ногтях, Zn, Sr – в предстательной железе, Си – в тканях мозга. Пути проникновения металлов в среду обитания человека многообразны. К ним относят несовершенство технологий переработки руд и металлургических процессов, когда большoe их количество поступает в среду обитания в виде пыли, газов, аэрозолей, растворов. Под действием глобальных метеорологических процессов указанные выбросы разносятся на значительные расстояния, засоряя воздух, воду, почву. Значительные поступления тяжёлых металлов в среду обитания, особенно городскую, обеспечиваются сжиганием газообразного, жидкого и твёрдого топлива на транспорте, ТЭЦ, в котельных. Объектами концентрирования и поставки ионов тяжелых металлов, полициклических ароматических углеводородов в среду обитания города являются: 1) твёрдофазные, жидкофазные и газофазные производственные, транспортные и коммунальные, в том числе бытовые выбросы и сбросы; 2) функционирующие объекты, свалки и склады, с осуществляющимися процессами химической коррозии; 3) смывы со стен зданий, сооружений и инженерных сетей, деревьев и кустарников; 4) атмосферные выпадения; 5) листовой, травяной и веточный опады; 6) пожары, взрывы, аварийные выбросы на промышленных объектах; 7) отходы от истирания шин и покрытий дорог; 8) строительные и отделочные материалы, не удовлетворяющие санитарным нормам; 9) станции ремонта, технического обслуживания и мойки транспортных средств. Исследования показывают, что химические элементы по территории города имеют неравномерное случайное распределение, которое определяется многими факторами. Так, например, концентрация ионов хрома, марганца, кобальта, никеля в урбаноземе (почве города) в некоторых точках Санкт-Петербурга незначительна, в то время как меди, цинка, свинца, мышьяка превышает ПДК.

Причём это превышение над ПДК, например, меди и цинка, составляет в 100 раз, а мышьяка в 10-50 раз. Ионное железо в урбаноземе присутствует от 0,6 % до более 1,0 %, что соответствует весьма большому значению. Концентрация ионов свинца в урбаноземе в его поверхностном слое превышает ПДК на отдельных участках в 3-1О раз. Миграция элементов в почве зависит от растворимости соединений, температуры, кислотно-щелочного равновесия и других факторов. Поскольку тяжелые металлы можно отнести к долгоживущим в почве элементам, например, период полуудаления из почвы цинка составляет 500 лет, кадмия 1100 лет, меди – 1500 лет, свинца – несколько тысяч лет, они имеют тенденцию к накоплению. Это и подтверждают вышеприведенные примеры. Тяжёлые металлы и другие вредные химические элементы в той или иной степени мигрируют из техносферы в атмосферу и гидросферу и далее в литосферу (земные недра) создавая различного рода кругообороты этих элементов местного, регионального и глобального характера. Таким образом, достичь успехов в исключении попадания этих элементов в среду обитания можно только объединёнными усилиями, начав хотя бы на региональном уровне. Методы и средства снижения или исключения попадания тяжелых металлов в среду обитания и, таким образом, снижения или исключения неблагоприятного воздействия их на организм человека могут быть продиктованы их источниками. Необходимо поставить под особый контроль все источники поступления тяжёлых металлов и других вредных для человека элементов. Наиболее эффективными методами в условиях распространённого использования металлов в промышленности могут быть инженерные методы: разработка более совершенных технологий и техники, исключающих или снижающих до безопасного уровня выбросы этих элементов в окружающую среду, создание многоуровневой системы автоматического контроля; организационные методы - качественная профессиональная подготовка кадров с ориентированием на принципы осознанного отношения к опасности; усиление юридических и правовых требований к персоналу и предприятиям; совершенствование внешнего приборного и общественного контроля. Особое внимание необходимо уделить также новой организации учёта за движением массы металлов и создаваемых технических средств, с целью создания безотходного машинного производства. Эту задачу необходимо решать на всех этапах жизненного цикла техники и технологии. Пора приступить к созданию техники, работающей не как можно дольше, а работающей функционально эффективно и, главное, функционально безопасно для окружающей среды и человека. Очевидно, что эту задачу можно решить с использованием принципа сквозного проектирования, т.е. проектирования каждого этапа жизненного цикла изделия. При этом необходимо разработать соответствующие нормативные документы по организации проектирования жизненного цикла, учёта пути прохождения техники и организации её утилизации. В общих чертах утилизацию можно разделить на три вида: массовую, поэлементную и массово-поэлементную. Массовая – это утилизация изделий, состоящих из неразборных или малоразборных элементов, и изготовленных со значительным преобладанием одного (≈70 %) материала. Массовую утилизацию необходимо проводить на специализированных предприятиях вблизи металлургических заводов (для транспортабельных изделий) или организовывать её на месте с использованием специализированного брикетирующего оборудования. Поэлементная – утилизация изделий путем их полной разборки до деталей и последующей дефектовки и переработки. Поэлементная утилизация является наиболее перспективной, особенно в условиях дефицита сырья и материалов. Поэлементную утилизацию желательно проводить на заводах, которые изготавливают такие или аналогичные изделия. В этом случае имеются соответствующие подготовленные кадры, оборудование и, главное, это позволит специалистам анализировать изделие для последующего улучшения конструкции. Массово-поэлементная – это утилизация изделий, которые сначала разбираются на отдельные элементы (крупные транспортабельные узлы), а затем элементы подвергаются массовой или поэлементной утилизации. Данному виду утилизации могут подвергаться крупные комплексы, изготовленные по принципу монтажа на месте. В заключение необходимо отметить, что всякое машинное изделие должно в обязательном порядке иметь в паспорте графу "утилизация", в которой необходимо указывать место и вид утилизации, порядок снятия его с эксплуатации. Также необходимо разработать законы, поощряющие повторное использование многих узлов и деталей, вторичного сырья и тому подобное.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какую структуру имеет естественная система защиты человека от опасных и вредных факторов?

2. Какими характеристиками описывается шум и вибрация?

3. Какими свойствами характеризуются электромагнитные поля?