Тяжелые металлы в почве

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.

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 —

Страницы: 1, 2, 3, 4