Тяжелые металлы в почве

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 Fe(II), а Fe(III) 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 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.

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 Fe(II) в Fе(III) и выпадением последнего в виде Fe(OH)3.

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/дм3 (лимитирующий показатель вредности —

органолептический), ПДКвр для железа - 0.1 мг/дм3

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 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.

Наиболее распространены в природных водах соединения никеля, в которых он

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5