Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Ярославский Государственный Университет им. П.Г. Демидова

Кафедра физиологии человека и животных

Доклад на тему

Влияние тяжелых металлов на гидробионтов и экосистему водоемов

Исполнитель: Серов Д.А.

Студент группы Б-51

Проверил: к.б.н. Рябухина Е.В.

Ярославль 2013 г.

Содержание

• 1. Тяжелые металлы. Формы. Свойства. Факторы, определяющие путь и интенсивность миграции
• 2. Свойства отдельных представителей
• 2.1 Ванадий
• 2.2 Висмут
• 2.3 Железо
• 2.4 Кадмий
• 2.5 Кобальт
• 2.6 Марганец
• 2.7 Медь
• 2.8 Молибден
• 2.9 Мышьяк
• 2.10 Никель
• 2.11 Олово
• 2.12 Ртуть
• 2.13 Свинец
• 2.14 Серебро
• 2.15 Сурьма
• 2.16 Хром
• 2.17 Цинк
• Список литературы

1. Тяжелые металлы. Формы. Свойства. Факторы, определяющие путь и интенсивность миграции

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 г/см3. 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. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

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. [Афанасьева Л.С. 2006.; Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

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 [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987].

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 [Афанасьева Л.С. 2006].

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.

Таблица 1

Сравнительный анализ биогеохимических свойств тяжелых металлов

В -- высокая, У -- умеренная, Н -- низкая [Филов В.А.,1988]

2. Свойства отдельных представителей

2.1 Ванадий

В природных водах встречается в очень малой концентрации: в воде рек 0.2-40 мкг/л, в морской воде - в среднем 2 мкг/л. В металлической форме малотоксичен. ПДК не выявлены. В воде образует устойчивые анионные комплексы (V₄O₁₂)^4- и (V₁₀O₂₆)^6-. В миграции ванадия существенна роль растворенных комплексных соединений его с органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами. [Филов В.А.,1988]

Повышенные концентрации ванадия вредны для здоровья человека и гидробионтов. Наибольшей токсичностью обладают такие соединения ванадия, как пентаокид ванадия (V₂O₅), окрашивает воду в оранжевый цвет, и ванадаты (NH₄VO₃, NaVO₃). Соединения ванадия обладают широким спектром токсического действия: поражают систему кровообращения, органы дыхания, ЦНС, вызывают нарушения белкового обмена, функциональные расстройства сердечной и нервной деятельности. Накапливаются соединения ванадия в почках, печени и легких. [Афанасьева Л.С. 2006]

ПДКв ванадия составляет 0.1 мг/л (лимитирующий показатель вредности -- санитарно-токсикологический), ПДКвр - 0.001 мг/л. Токсическое действие соединений ванадия зависит от жесткости воды: в мягкой воде окунь погибает при концентрации V⁵⁺, равной 6 мг/л, в жесткой - при 55 мг/л. Соединения ванадия так же оказывают токсическое действие на микрофлору очистных сооружений. В концентрации 30-50 мг/л они тормозят очистку сточных вод. При концентрации соединений ванадия выше 50 мг/л очистка воды полностью прекращается. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.2 Висмут

2.3 Железо

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 Fe(II), а Fe(III) в отсутствие комплексообразующих веществне может в значительных количествах находиться в растворенном состоянии. [Афанасьева Л.С. 2006]

Железо обнаруживается в основном в водах с низкими значениями Eh. В результате химического и биохимического (при участии железобактерий) окисления Fe(II) переходит в Fe(III), который, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде Fe(OH)3. Как для Fе(II), так и для Fe(III) характерна склонность к образованию гидроксокомплексов типа [Fe(OH)₂]⁺, [Fe2(OH)₂]⁴⁺, [Fe(OH)₃]⁺, [Fe2(OH)₃]³⁺, [Fe(OH)₃]^- и других, сосуществующих в растворе в разных концентрациях в зависимости от рН и в целом определяющих состояние системы железо-гидроксил. Основной формой нахождения Fe(III) в поверхностных водах являются комплексные соединения его с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом гумусовыми веществами. При рН = 8.0 основной формой является Fe(OH)₃ .Коллоидная форма железа наименее изучена, она представляет собой гидрат оксида железа Fe(OH)₃ и комплексы с органическими веществами. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

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 л) 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 Fe(II) в Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3. [Афанасьева Л.С. 2006]

Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования в технических целях. ПДКв железа составляет 0.3 мг Fe/л (лимитирующий показатель вредности -- органолептический), ПДКвр для железа - 0.1 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

Механизм вредоносного действия железа на рыб заключается в том, что железо в виде гидроксида Fe(OH)₃ осаждается на слизистой оболочке жабр, закупоривает в разъедает их. Этот процесс приводит к массовой гибели рыб и других гидробионтов по причине кислородного голодания. Железо губительно действует на микрофлору очистных сооружений, задерживает образование активного ила и сбраживание осадка в метантенках, препятствует самоочищению водоема. [Афанасьева Л.С. 2006]

биогеохимический санитарный металл водоем

2.4 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 органоминеральные 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 л. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами. Способен оказывать нефротоксическое, цитотоксическое и гепатотоксическое действия. Последнее связано с угнетением активности тиоловых ферментов (кадмий соединяется с HS-группами ферментов), снижением скорости синтеза белка в печени. Механизм токсического действия - нарушение фосфорно-кальциевого обмена. Одно из следствий - поражения костной ткани. Кадмий способен замещать цинк в ферментных комплексах, тем самым инактивируя их. Кроме того, он обладает большим сродством к нуклеиновым кислотам и поэтому способен нарушать их метаболизм, в частности, ход репарации ДНК. Кадмий является канцерогеном. [Афанасьева Л.С. 2006]

ПДКв составляет 0.001 мг/л, ПДКвр -- 0.0005 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985] Кадмий способнее к материальной кумуляции: концентрация в теле гидробионтов может превышать концентрацию в воде в 200 раз. Концентрация кадмия в воде водоемов 8 мкг/л вызывает гибель некоторых видов рыб. При концентрации 0,2 мкг/л снижает репродуктивную функцию дафний. [Афанасьева Л.С. 2006]

2.5 Кобальт

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. Избыток кобальта ингибирует адсорбцию железа в организме, блокирует его транспортные системы, нарушает функционирование печени, сердечнососудистой системы, Соединения кобальта обладают канцерогенным и мутагенным свойствами. Соли кобальта (хлорид, нитрат, сульфат) при концентрации в воде водоема 3 мг/л (по кобальту) вызывают гибель дафний, при концентрации 7-15 мг/л и более оказывают токсическое действие на рыб. В концентрации более 5 мг/л кобальт тормозит самоочищение водоема. [Афанасьева Л.С. 2006; Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 л (в чистых водах 0,04-8мкг/л), среднее содержание в морской воде 0.5 мкг/л. ПДКв составляет 0,1 мг/л, ПДКв.р. 0,01 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.6 Марганец

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(VII) в природных водах не встречается. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

В речных водах содержание марганца колеблется обычно от 1 до 160 мкг/л, среднее содержание в морских водах составляет 2 мкг/л, в подземных - n*10² - n*10³ мкг/л. [Филов В.А.,1988]

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. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

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. В избыточных дозах марганец способен проявлять токсическое действие, выраженное в снижении усвоение железа в ЖКТ, нарушает синтез гемоглобина, поражает органы дыхания, вызывает патологии ЦНС. Концентрируется в печени, в меньшей степени - в почках спинном и головном мозге. Для водных организмов марганец относительно мало токсичен: ЛК₅₀ для дафнии 50 мг/л, дял форели - 100 мг/л, карпа - 650 мг/л. [Афанасьева Л.С. 2006]

При повышении концентрации марганца в воде водоемов до 0,1-10 мг/л проиходит заметное снижение темпов самоочищения водоемов.

Для водоемов санитарно-бытового использования установлена ПДКв (по иону марганца), равная 0,1 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.7 Медь

Содержание меди в природных пресных водах колеблется от 2 до 30 мкг/л, в морских водах - от 0.5 до 3.5 мкг/л. 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. Медь интенсивно сорбируется на глинистых частицах природных вод, что определяет её повышенное содержание в донных отложениях. В подземных водах содержание меди обусловлено взаимодействием воды с горными породами, содержащими ее (халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризаколла, бротантин). [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

Предельно допустимая концентрация меди в воде водоемов санитарно-бытового водопользования составляет 0.1 мг/л (лимитирующий признак вредности -- общесанитарный), в воде рыбохозяйственных водоемов - 0.001 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.8 Молибден

Молибден в поверхностных водах находится в основном в форме МоО₄^2-. 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/л. В морской воде содержится в среднем 10 мкг/л молибдена. Наиболее подвижны растворимые соли молибденовой кислоты (H₂MoO₄) образованные одновалентными металлами и катионом аммония. Они активно сорбируются в ЖКТ при поступлении с пищей и водой. [Афанасьева Л.С. 2006]

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, в частности, нарушается кальциево-фосфатный обмен. ЛК50 для гольяна в мягкой воде (рН 7,0) составляет 70 мкг/л, в жесткой - 370 мкг/л (из-за присутствия гидрокарбонатов кальция и магния). [Афанасьева Л.С. 2006]

Предельно допустимая концентрация молибдена в водоемах санитарно-бытового использования составляет 0.25 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.9 Мышьяк

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 л, в морских водах в среднем содержится 3 мкг/л, в подземных - встречается в концентрациях n*10⁵ мкг/л. [Филов В.А.,1988]

Соединения мышьяка в повышенных концентрациях являются токсичными для организма гидробионтов: они тормозят окислительные процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей, в итоге приводят к кислородному голоданию и массовой гибели гидробионтов. [Афанасьева Л.С. 2006]

ПДКв мышьяка составляет 0.05 мг/л (лимитирующий показатель вредности -- санитарно-токсикологический) и ПДКвр - 0.05 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.10 Никель

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. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, входя в состав ферментных систем. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечнососудистую систему, нарушает процессы кроветворения, углеводный и белковый обмены, деятельность ЦНС, вызывает дистрофические изменения в печени и селезенке. Никель принадлежит к числу канцерогенных элементов. Считается, что свободные ионы никеля (Ni²⁺) примерно в 2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения. [Афанасьева Л.С. 2006]

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0.8 до 10 мкг/л; в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 л. Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/л, в подземных водах - n*10³ мкг/л. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/л. [Филов В.А.,1988]

Содержание никеля в водных объектах лимитируется: ПДКв составляет 0.1 мг/л (лимитирующий признак вредности -- общесанитарный), ПДКвр -- 0.01 мг/л (лимитирующий признак вредности -- токсикологический). [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.11 Олово

2.12 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. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

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. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

Содержание ртути в речных незагрязненных, слабозагрязненных водах составляет несколько десятых долей микрограмма в 1 л, средняя концентрация в морской воде 0.03 мкг/л, в подземных водах 1-3 мкг/л. [Филов В.А.,1988]

Соединения ртути высокотоксичны, они поражают ЦНС (кумулируется в спинном и головном мозге), приводя к дистрофическим изменениям в клетках головного мозга. Соединения ртути вызывают изменения со стороны слизистой оболочки, нарушение двигательной функции и секреции желудочно-кишечного тракта, изменения в крови и др.

Механизм токсического действия - прочное связывание с HS-группами цистеина молекул ферментов, приводящее к ингибированию их активности. При концентрации ртути в воде более 5 мкг/л происходит гибель дафний. Токсическое действие на рыбу происходит при действии ртути в концентрации 8 мкг/л. [Афанасьева Л.С. 2006]

Бактериальные процессы метилирования направлены на образование метилртутных соединений, которые во много раз токсичнее минеральных солей ртути. Метилртутные соединения способны к материальной кумуляции, накапливаются в рыбе и могут попадать в организм человека. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

ПДКв ртути составляет 0.0005 мг/л (лимитирующий признак вредности -- санитарно-токсикологический), ПДКвр 0.0001 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.13 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 рудо-обогатительных 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. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 л. Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 л. Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 л.

Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсикологический. ПДКв свинца составляет 0,03 мг/л, ПДКвр - 0,001 мг/л. Свинец содержится в выбросах предприятиями металлургии, металлообработки, электротехники, нефтехимии и автотранспорта. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

Свинец влияет на почки, печень, нервную систему и органы кровообразования, нарушает синтез небелковой части гемоглобина. Механизм действия свинца - связывание с остатками цистеина в HS-содержащих ферментах, приводящее к ингибированию их активности. Также ионы Pb²⁺ образуют устойчивые комплексы с карбонильными и фосфатными группами белков и нуклеиновых кислот, тем самым нарушая их нормальный метаболизм. Концентрируется в первую очередь в костях (до 95% поступившего свинца), откуда позже высвобождается, приводя к осложнению интоксикации организма. Основной путь выведения - через выделительную систему. [Афанасьева Л.С. 2006; Филов В.А.,1988]

Концентрация свинца в природных водах более 0,1-0,3 мг/л вызывает гибель подавляющего числа видов рыб, при меньших концентрациях он накапливается в биомассе рыбы, делая её опасной для пищевого потребления. Для водных растений свинец токсичен практически во всех концентрациях. Концентрация свинца 0,1 мг/л и более тормозит биологическую очистку сточных вод и снижает скорость самоочищения водоема.

Тетраэтилсвинец Pb(С₂Н₅)₄ 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). [Афанасьева Л.С. 2006]

2.14 Серебро

Ионы серебра способны уничтожать бактерии и уже в незначительной концентрации стерилизуют воду (нижний предел бактерицидного действия ионов серебра 2*10^-11 моль/л). Роль серебра в организме животных и человека изучена недостаточно. [Афанасьева Л.С. 2006]

При концентрации серебра более 1 мкг/л погибает большинство микроорганизмов, при 4 мкг/л и более - некоторые виды рыб. ПДКв серебра составляет 0.05 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.15 Сурьма

2.16 Хром

В зависимости от условия хром может присутствовать в трех- или шестивалентной форме. Концентрация хрома в чистых поверхностных водах составляет 1-10 мкг/л, в загрязненных 0,1 мг/л и более. К растворимым соединениям хрома относятся хлорид, нитрат и сульфат хрома (III), а так же хроматы и бихроматы натрия, калия, аммония. Соединения хрома VI в водоемах стабильны, в анаэробных условиях способны восстанавливаться до соединений хрома III. При рН > 7 Cr³⁺ переходит в гидроксид хрома Cr(ОН)₃ и выпадает в осадок, концентрируясь в донных отложениях. При подкислении воды (например, после кислотных дождей), гидроксид вновь переходит в растворимую форму хрома, что вызывает вторичное загрязнение водоема. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

В трехвалентном состоянии хром образует комплексные соединения с аминокислотами, в шестивалентном обладает сильными окислительными свойствами, которые определяют его высокую токсичность, проявляющуюся в нарушении процессов окисления в ЖКТ, крови, поражении органов дыхания и пищеварения. Кроме того хром способен угнетать активность ферментов, участвующих в энергетическом тканевом обмене. Соединения Cr(VI) и Cr(III) в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения Cr(VI) являются более опасными. [Афанасьева Л.С. 2006; Филов В.А.,1988]

Для рыбы летальная концентрация хрома (VI) составляет 30-50 мг/л, хрома (III) приблизительно 120 мг/л. Хром в высоких концентрациях губительно действует на водную растительность и микроорганизмы, способен препятствовать самоочищению водоема, работе аэротенков. [Афанасьева Л.С. 2006]

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 мкг/л, в подземных водах - обычно в пределах n*10-n*10² мкг/л. [Филов В.А.,1988]

Содержание их в водоемах санитарно-бытового использования не должно превышать ПДКв для Cr(VI) 0.05 мг/л, для Cr(III) 0.5 мг/л. ПДКвр для Cr(VI) - 0.001 мг/л, для Cr(III) - 0.005 мг/л. [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

2.17 Цинк

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. В нейтральной и щелочной воде цинк находится в малорастворимой форме гидроксидов, поэтому малотоксичен. При подкислении воды переходит в подвижную свободную ионную форму. Цинк относительно мало токсичен для теплокровных, но в повышенной концентрации опасен для гидробионтов. Концентрация 0,4 мг/л вызывает гибель колюшки и дафний, лососевые погибают при конценрации цинка равной 0,05 мг/л. Механизм токсического действия - нарушение синтеза металлопротеинов и других металлорганических соединений. Накапливаются соединения цинка, в первую очередь, и печени и скелете. [Афанасьева Л.С. 2006]

ПДКв Zn²⁺ составляет 1 мг/л (лимитирующий показатель вредности -- органолептический), ПДКвр Zn²⁺ - 0.01 мг/л (лимитирующий признак вредности -- токсикологический). [Беспамятнов Г.П. и Кротов Ю.А., 1985]

Список литературы

1. Афанасьева Л.С. Экологическая химия: учебник для студ. сред. проф. учеб. заведений / Л.С. Афанасьева. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 224 с.

2. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник.-- Л.: "Химия",1985.

3. Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. -- Л.: "Химия",1988.

4. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп: Справ. изд./ Под ред. В.А. Филова и др. -- Л.: "Химия",1989.

5. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.: "Мир", 1987.

Размещено на Allbest.ru