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 гсм3. 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 активностьВТоксичность ВУУВУВУКанцерогенность В В Обогащение аэрозолей ВНВВНВВМинеральная форма распространения ВВНВНВНОрганическая форма распространения ВПодвижность ВНУВНВУТенденция к биоконцентрированию ВВУВВВУЭффективность накопления ВУВВУВВКомплексообразующая способность УНВУННВСклонность к гидролизу УНВУУУВРастворимость соединений ВНВВНВВВремя жизни ВВВНВНВВ 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 крайсвинец, цинк, медь, марганецванадий, марганец.2. Белово Кемеровская областьцинк, свинец, медь, никель.3. Ревда Свердловская областьмедь, цинк, свинец.4. Магнитогорскникель, цинк, свинец.5. Глубокое Белоруссиямедь, свинец, цинк.6. Усть-Каменогорск Казахстанцинк, медь, никель.7. Дальнегорск Приморский крайсвинец, цинк.8. Мончегорск Мурманская областьникель.9. Алаверди Армениямедь, никель, свинец.10. Константиновка Украина, Донецкая облсвинец, 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 мкгдм3, в морской воде - в среднем 2 мкгдм3 . В воде образует устойчивые анионные комплексы V4O124- и V10O266 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 мгдм3 лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический, ПДКвр - 0.001 мгдм3. 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 мкгдм3, в морских водах - 0.02 мкгдм3. ПДКв составляет 0.1 мгдм3 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 FeII, а FeIII 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 FeII переходит в FeIII, который, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде FeOH3. Как для FеII, так и для FeIII характерна склонность к образованию гидроксокомплексов типа FeOH2, Fe2OH24, FeOH3, Fe2OH33, FeOH3- и других, сосуществующих в растворе в разных концентрациях в зависимости от рН и в целом определяющих состояние системы железо-гидроксил. Основной формой нахождения FeIII в поверхностных водах являются комплексные соединения его с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами.

При рН 8.0 основной формой является FeOH3 .Коллоидная форма железа наименее изучена, она представляет собой гидрат оксида железа FeOH3 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 FeII в FеIII и выпадением последнего в виде FeOH3. Содержание железа в воде выше 1-2 мг Feл значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях.ПДКв железа составляет 0.3 мг Feдм3 лимитирующий показатель вредности органолептический, ПДКвр для железа - 0.1 мгдм3 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 мгдм3, ПДКвр 0.0005 мгдм3 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 мкгдм3. ПДКв составляет 0.1 мгдм3, ПДКвр 0.01 мгдм3. 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 MnII 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.

MnII образует растворимые комплексы с бикарбонатами и сульфатами. Комплексы марганца с ионом хлора встречаются редко. Комплексные соединения MnII с органическими веществами обычно менее прочны, чем с другими переходными металлами. К ним относятся соединения с аминами, органическими кислотами, аминокислотами и гумусовыми веществами.MnIII в повышенных концентрациях может находиться в растворенном состоянии только в присутствиии сильных комплексообразователей, MnYII в природных водах не встречается.

В речных водах содержание марганца колеблется обычно от 1 до 160 мкгдм3, среднее содержание в морских водах составляет 2 мкгдм3, в подземных - n.102 - n.103 мкгдм3. 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 FeII в FeIII, 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 мгдм3. 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 мкгм3 наблюдаются в крупных центрах металлургии Липецке и Череповце, а также в Магадане.

Больше всего городов с высокими концентрациями Mn 0,23 - 0,69 мкгм3 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 мкгдм3, в морских водах - от 0.5 до 3.5 мкгдм3. Повышенные концентрации меди до нескольких граммов в литре характерны для кислых рудничных вод. В природных водах наиболее часто встречаются соединения CuII. Из соединений CuI 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 мгдм3 лимитирующий признак вредности общесанитарный, в воде рыбохозяйственных водоемов - 0.001 мгдм3. ГородMНорильск2382,3Ревда1162,9Мончегорс к933,7Красноуральск653,0Кольчугино140,1Н икель81,8Заполярный81,0Выбросы М тыс.тгод оксида меди и среднегодовые концентрации q мкгм3 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 мкгдм3. В морской воде содержится в среднем 10 мкгдм3 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 мгдм3. 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 мкгдм3, в подземных - встречается в концентрациях n.105 мкгдм3. 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 мгдм3 лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический и ПДКвр - 0.05 мгдм3. 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 мкгдм3 в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм3. Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкгдм3, в подземных водах - n.103 мкгдм3. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мгдм3. Содержание никеля в водных объектах лимитируется ПДКв составляет 0.1 мгдм3 лимитирующий признак вредности общесанитарный, ПДКвр 0.01 мгдм3 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.тгод и среднегодовые концентрации q мкгм3 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 мгдм3. 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 мкгдм3, в подземных водах 1-3 мкгдм3. 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 мгдм3 лимитирующий признак вредности санитарно-токсикологический, ПДКвр 0.0001 мгдм3. 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 мгдм3, ПДКвр - 0.1 мгдм3. 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.тгод и среднегодовые концентрации q мкгм3 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 мгкг при предельно допустимой концентрации ПДК 130 мккг. 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 мкгдм3. Ионы серебра способны уничтожать бактерии и уже в незначительной концентрации стерилизуют воду нижний предел бактерицидного действия ионов серебра 2.10-11 мольдм3. Роль серебра в организме животных и человека изучена недостаточно. ПДКв серебра составляет 0.05 мгдм3. 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 мкгдм3, в подземных водах - 10 мкгдм3. ПДКв сурьмы составляет 0.05 мгдм3 лимитирующий показатель вредности санитарно-токсикологический, ПДКвр - 0.01 мгдм3. 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 CrVI переходит в CrIII, 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 мкгдм3, в подземных водах - обычно в пределах n.10 - n.102 мкгдм3. Соединения CrVI и CrIII в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения CrVI являются более опасными.Содержание их в водоемах санитарно-бытового использования не должно превышать ПДКв для CrVI 0.05 мгдм3, для CrIII 0.5 мгдм3. ПДКвр для CrVI - 0.001 мгдм3, для CrIII - 0.005 мгдм3. 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 мкгдм3, в морских - от 1.5 до 10 мкгдм3. 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 мгдм3 лимитирующий показатель вредности органолептический, ПДКвр Zn2 - 0.01 мгдм3 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.