2.Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами.

Тяжелые металлы: критерии атомная масса, плотность, токсичность, распределение в окружающей среде и вовлеченность в природеи техногенные циклы.

Хрупкие металлы: металлоиды – мышьяк.

В среднем 40 элементов с атомным весом больше 50.

Важна их токсичность в низких концентрациях. Способность аккумулировать их. Играют определенную роль в биологических процессах.

Накопление металлов в окружающею среду в результате деятельности человека.особенно в связи с промышленностью.

Fe 10*108

Mn.Al

Cu Zn

Ni

Mo,W.Co.Col.V

Hg.Ag

Наиболее токсичны: Be,Al,Cr,As,Se,Ag,Cd,Ba,Hg,Ti,Pb.

Наиболее загрязнен в биосфере Pb он проще добывается из пород имеет высокий кларк. Используется в производстве соли, глазури, в аккумуляторах, в атомной промышленности, в лаках, красках,пластмассе.2.5 млн. m\в год – промышленного производства. 500-600т попадает в окр. среду в виде отходов. 400 тыс в атмосфере..

В воздух попадает с выхлопными газами -264 тыс в год. При сжигании каменного угля 30тыс т. содержание воздуха в городов больше 2мкг\м³ - ср. концентрация воздуха в больших городах. 1 в малых городах. 0.5 в сельской местности. Ежегодно концентрация повышается на 5%.

За 14 лет концентрация удвоилась. В составе аэрозолей в воздухе 40 мкг\м³ вблизи автострад. Сильно загрязнена почва. Токсичен для живых организмов. Необходим в микрожозах.

При низких концентрациях вызывает изменение в крови,нарушение в половой системе, сперматогенеза, появление патологических форм, снижение их активности, изменение яйцеклеток. Снижение массы тела на 30%.Длительное воздействие приводит к атеросклерозу. Для снижение загрязнения используют бензин без добавок.

Водопроводная вода содержит много Pb. Т.к. хлорирована, а хлор вымывает Pb из труб. Велечина ПДК для водостоков 0,03 мг\л в ест. среде кол-во Pb 0,003 ПДК для Pb = 0,01мг\м³

Кадмий

В естественных условиях кадмий попадает в подземные воды в результате выщелачивания руд цветных металлов, а также в результате разложения водных растений и организмов, способных его накапливать. В последние десятилетия превалирующим становится антропогенный фактор загрязнения кадмием природных вод. Стоки рудообогатительных фабрик, заводов по производству цветных металлов, химических и прочих промышленных предприятий вносят в наше время основной вклад в сбросы кадмия в природу. По некоторым данным в мире ежегодно в окружающую среду выбрасывается около 5000 т кадмия.    Кадмий присутствует в воде в растворенном виде (сульфат, хлорид, нитрат кадмия) и во взвешенном виде в составе органо-минеральных комплексов. На содержание кадмия в воде существенное влияние оказывает pH среды (в щелочной среде кадмий выпадает в осадок в виде гидроксида), а также сорбционные процессы. в незагрязненных природных водах содержания кадмия составляет существенно меньше 1 мкг/л (порядка 0.02 - 0.3 мкг/л). Однако в загрязненных районах его концентрация в воде может достигать десятков микрограмм на литр. Существует определенная, хотя и не большая опасность загрязнения питьевой воды за счет процессов коррозии цинка гальванизированных труб и другой водопроводной арматуры, так как цинк очень часто содержит примеси кадмия. Естественными источниками поступления кадмия в организм служат пища (90-95)%, вода (5-10%) и воздух (примерно 1%). суммарное суточное поступление кадмия в организм человека из всех источников составляет 10-50 мкг. Основным и наиболее "стабильным" источником является пища - в среднем от 10 до 30-40 мкг кадмия в сутки. Овощи, фрукты, мясо животных, рыба содержат обычно 10-20 мкг кадмия на килограмм веса. Особенной способностью накапливать кадмий отличаются грибы. По некоторым сведениям, содержание кадмия в грибах может достигать единиц, десятков и даже 100 и более МИЛЛИГРАММ (т.е. тысяч мкг) на кг собственного веса. Употребление таких грибов может быть просто опасно для жизни. Повышенные концентрации кадмия могут содержаться в печени (10-100 мкг/кг) и особенно в почках (100-1000 мкг/кг) животных, а также в различных моллюсках, например, в устрицах (200-1000 мкг/кг).    Суточное потребление кадмия с водой, как правило, не превышает 2-5 мкг, хотя и может в отдельных местах достигать 20 мкг. Поступление кадмия с дыханием для населения, проживающего в незагрязненных районах, в т.ч. в городах, не превышает 0.1 - 0.8 мкг в сутки, а для проживающих в окресностях предприятий, служащих источником кадмиевого загрязнения, - до 2-10 мкг в сутки. кадмия получают курильщики. Одна сигарета содержит 1 мкг (а иногда и более - до 2 мкг) кадмия.

   Как и многие другие тяжелые металлы, кадмий имеет отчетливую тенденцию к накоплению в организме - период его полувыведения составляет 10-35 лет. К 50 годам его общее весовое содержание в теле человека может достигать 30-50 мг. Главным "хранилищем" кадмия в организме служат почки (30-60% всего количества) и печень (20-25%). Остальной кадмий находится в поджелудочной железе, селезенке, трубчатых костях, других органах и тканях. В основном кадмий находится в организме в связанном состоянии - в комплексе с белком-металлотионеином (являющимся, таким образом естественной защитой организма, по последним данным альфа-2 глобулин также связывает кадмий), и в таком виде он менее токсичен, хотя и далеко не безвреден. Даже "связанный" кадмий, накапливаясь годами способен привести к неприятностям со здоровьем, в частности к нарушению работы почек и повышенной вероятности образования почечных камней. К тому же часть кадмия остается в более токсичной ионной форме. Кадмий химически очень близок к цинку и способен замещать его в биохимических реакциях, например, выступать как псевдоактиватор или, наоборот, ингибитор содержащих цинк белков и ферментов (а их в организме человека более двухсот). Кадмий является также антагонистом кальция и железа и способен замещать эти элементы, например, кальций в костной ткани. Поэтому недостаток в организме цинка, железа и кальция может привести к 2-3 кратному повышению усвояемости кадмия из желудочно-кишечного тракта (до 15-20%). Не смотря на то, что кадмий обнаруживается в организме практически у всех животных (у наземных в на уровне в среднем около 0.5 мг/кг веса, а у морских - от 0.15 до 3 мг/кг), его специфическое физиологическое значение достоверно не установлено. Известно, что кадмий влияет на углеводный обмен, на синтез в печени гиппуровой кислоты, на активность некоторых ферментов, а также на обмен в организме цинка, меди, железа и кальция. Некоторые исследования позволяют предполагать, что микроскопические количества кадмия в пище могут стимулировать рост у млекопитающих.

Ртуть

Ртуть – один из семи металлов, известных с древнейших времен. Несмотря на то, что ртуть относится к рассеянным элементам и в природе ее очень мало (7·10^–6% в земной коре, примерно столько же, сколько и серебра), она встречается в свободном состоянии в виде вкраплений в горные породы. Кроме того, ее очень легко выделить из основного минерала – сульфида (киновари), при обжиге которого идет реакция HgS + O₂  Hg + SO₂. Пары ртути легко конденсируются в блестящую, как серебро, жидкость. Ее плотность настолько велика (13,6 г/см³), что ведро со ртутью обычный человек даже не оторвет от пола. Сейчас ядовитость ртути общеизвестна. Из всех ее соединений особенно опасны легкорастворимые соли, например, хлорид HgCl₂ (сулема – раньше ее широко использовали как антисептик); смертельная доза сулемы при попадании в желудок составляет от 0,2 до 0,5 г. Опасна и металлическая ртуть, особенно при регулярном ее поступлении в организм. Но это – малоактивный металл, с желудочным соком не реагирует и выводится из желудка и кишечника почти полностью. Ртуть легко испаряется, а ее пары, попадая в легкие, полностью задерживаются там и вызывают впоследствии отравление организма, хотя и не такое быстрое, как соли ртути. При этом происходят специфические биохимические реакции, окисляющие ртуть. Ионы ртути прежде всего реагируют с SH-группами белковых молекул, среди которых – важнейшие для организма ферменты. Ионы Hg²⁺ реагируют также с белковыми группами –СООН и NH₂ с образованием прочных комплексов – металлопротеидов. А циркулирующие в крови нейтральные атомы ртути, попавшие туда из легких, также образуют соединения с белковыми молекулами. Нарушение нормальной работы белков-ферментов приводит к глубоким нарушениям в организме, и прежде всего – в центральной нервной системе, а также в почках.

Предельно допустимые уровни загрязнённости металлической ртутью и её парами

ПДК в населенных пунктах (среднесуточная) — 0,0003 мг/м³

ПДК в жилых помещениях (среднесуточная) — 0,0003 мг/м³

ПДК воздуха в рабочей зоне (макс. разовая) — 0,01 мг/м³

ПДК воздуха в рабочей зоне (среднесменная) — 0,005 мг/м³

ПДК сточных вод (для неорганических соединений в пересчёте на двухвалентную ртуть) — 0,005 мг/мл

ПДК водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования, в воде водоемов — 0,0005 мг/л

ПДК рыбохозяйственных водоемов — 0,00001 мг/л

ПДК морских водоемов — 0,0001 мг/л

ПДК в почве — 2,1 мг/кг

Алюминий

В земной коре алюминия очень много: 8,8% по массе. Он занимает первое место среди всех металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах). Некоторые из них:

Бокситы — Al₂O₃ • H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃)

Нефелины — KNa₃[AlSiO₄]₄

Алуниты — KAl(SO₄)₂ • 2Al(OH)₃

Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO₂, известняком CaCO₃, магнезитом MgCO₃)

Корунд — Al₂O₃

Полевой шпат (ортоклаз) — K₂O×Al₂O₃×6SiO₂

Каолинит — Al₂O₃×2SiO₂ × 2H₂O

Алунит — (Na,K)₂SO₄×Al₂(SO₄)₃×4Al(OH)₃

Берилл — 3ВеО • Al₂О₃ • 6SiO₂

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л. Алюминий-самый распространненый металл в земной коре. Его содержание оценивают в 7.45 % (больше, чем железа, которого только 4.2 %).

Общее количество алюминия в жив. в-ва 5млрд т.Больше всего в бактериах 200мм\кг сухого веса.

в организм человека алюминий ежедневно поступает с пищей (около 2-3 мг), но его биологическая роль не установлена. В среднем в организме человека (70 кг) в костях, мышцах содержится около 60 мг алюминия.

Аммиак

Образуется при разложении азотсодержащих веществ, хорошо растворимых в воде с образованием гидроксида аммония. ПДК 2мм\л в поверхностных водах. Встречается в чистых и загрязненных водах. В чистых в результате разложения белков, мочевины. Из антропогенных источников - это животноводчиские комплексные формы, хоз. бытовые сточные воды, поверхностный сток с с\х угодий. В сточных водах предприятий химической, пищевой промышленности, лесо.химическлой. В стоках промышленных предприятний до 1 мг\л аммония. В бытовых 2-7 мг\л. В хоз. Бытовых сточных водах поступает ежедневно 10г. аммонитного азота в расчете на каждого жителя.

Нормативы дляч питьевой воды составляют не менее 2мм\л по азоту.

ПДК вредности токсикологический паоказатель состовляет 0.5 мг\л.

При концентрации веше 1мг\л рыбы задыхаются, перевозбуждает ЦНС, раздрожение жаберного эпителия, разрыв эритроцитов. Токсичность розрастает с повышением рН. Водоемы по степени загрязнения делелят на классы:

Очень чистые 0,05

Чистые 0,1

Умеренно загрязненные 0,2-0,3

Загрязненные 0,4-1

Грязные 1,1-3

Очень грязные больше3

Нитраты

Значительное количество в поверхностных водах. Источник процессы нитрификации аммонитных ионов в присутствии О2 и нитрификации бактерий. В результате выпадания атмосферных осадков, вымывание из атмосферы оксиды азота 0,9 -1 мм\л нитратов в осадках

Высокие дозы нитратов  у животных и человека могут вызвать тяжелое отравление и даже привести к смерти. Само по себе, токсическое действие нитратов связано с восстановлением их до нитритов, аммиака, гидроксиламина под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и ферментов тканей. Нитраты обладают еще одной неприятной особенностью - накапливаться в организме, вызывая хроническую интоксикацию. Содержание нитратов и нитритов невелико в продуктах животноводства, например в молоке и молочных продуктах их содержится не более 10 мг/кг. При производстве сыров нитраты и нитриты используют как консерванты,  их суммарное содержание не превышает 50 мг/кг. При изготовлении ветчинно-колбасных изделий нитраты и нитриты добавляют для подавления деятельности болезнетворных бактерий и для того, чтобы придать мясным изделиям красно-коричневый оттенок. Также не представляет опасности для здоровья людей содержание этих веществ в мясной продукции (нитраты – 1–5 мг/кг, нитриты – 0,8–2,2 мг/кг). Не все растения одинаково накапливают нитраты. Больше всего их накапливается в арбузах, свекле, дыне, капусте, петрушке, укропе, моркови, редисе.  Особенно опасными

являются арбузы и дыни. Чтобы эти плоды поскорее дозрели и имели хороший товарный вид, недобросовестные бахчеводы "подкармливают" эти ягоды мочевиной и прочей химией. Так что, отведав этих плодов, вполне можно очутиться в больнице. Именно поэтому не рекомендуют покупать арбузы, появившиеся на рынках ранее 20 августа.

  А вот бобы, фасоль, зерновые культуры, чеснок, смородина, вишня, яблоки, сливы, не  любят копить нитраты.  Следует так же помнить, что в яблоках зелено-желтой расцветки нитратов меньше, нежели в красных.

ПДК нитратов в продуктах

Листовые овощи 2000мкг\кг

Перец сладкий до 200

Кабачки 400

Дыни 90

Арбуз 60

Виноград, яблоки, груши 60

Картофель, морковь 250

Ранняя капуста 900

Томаты150

Огурцы 150

Свекла 1400

Лук репчатый 80

Лек перо 600

Допустимое содержание нитратов для взрослого человека составляет 5 мг на 1 кг массы тела. Относительно легко организм человека справляется с дневной дозой нитратов, равной 15-200 мг, а предельно допустимая доза равна 500 мг. Для взрослого человека токсичной дозой становится 600 мг. 10 мг нитратов будет достаточно для отравления грудного ребёнка. Допустимая среднесуточная доза нитратов в РФ составляет 312 мг, но в весеннее время она поднимается до 500-700 мг на сутки. Нитраты сродни красящим веществам крови (гема), поэтому они легко образуют метгемоглобин. Метгемоглобин лишь напоминает настоящий гемоглобин (красный шарик крови человека), но на самом деле он не обладает его свойством — не способен переносить кислород. Парализуя, приглушая, замещая гемоглобин, накопление метгемоглобина приводит организм к кислородному голоданию.

Нитриты

Промежуточная сиепень в процессах окисления. При доступном кол-ве О2 нитриты окисляются, а при недостатке О2 восстанавливаются до азота и солей аммония(аммиака) используя в качкстве ингибиторов коррозии при водоподготовки для производственной цели. Для консистенции пищевых продуктов. Сезонные колебания характеризуются отсутствием их зимой и повышенной концентрацией. Фитопланктон восстанавливает нитраты до нитритов ПДК 3,3 мм\л в питьевой воде в виде ионов 1мгв перерасчете на азот ПДК вредности 0,08мг\л в виде иона и 0.02 в перерасчете на Л. Концентрация нитритов в водоемах входит в глобальную систему мониторинга окр. среды и является одной из основных показателей антропогенного загрязнения водоема.