Тяжелые металлы 
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.
Страницы: 1, 2, 3
|
