Teški metali su najopasniji elementi koji mogu zagaditi tlo. Teški metali u zemljištu

Uvod

Stanje prirodne sredine je najvažniji faktor, koji određuje životnu aktivnost čovjeka i društva. Visoke koncentracije mnogih hemijski elementi a spojevi uzrokovani tehnogenim procesima trenutno se nalaze u svim prirodnim sredinama: atmosferi, vodi, tlu, biljkama.

Tlo je posebna prirodna formacija koja ima niz svojstava svojstvenih živoj i neživoj prirodi; sastoji se od genetski povezanih horizonata (formiraju profil tla) koji su rezultat transformacije površinskih slojeva litosfere pod kombinovanim uticajem vode, vazduha i organizama; karakteriše plodnost. Tlo igra važnu ulogu u ciklusu teški metali, heterogene su mješavine različitih organskih i organomineralnih sastojaka glinenih minerala, oksida željeza (Fe), aluminija (Al) i mangana (Mn) i drugih čvrstih čestica, kao i raznih topljivih jedinjenja. Zbog raznolikosti tipova tla, njihovih redoks uslova i reaktivnosti, mehanizmi i metode vezivanja teških metala u zemljištu su raznoliki. Teški metali se nalaze u tlima u različitim oblicima: u kristalnoj rešetki minerala u obliku izomorfne smjese, u obliku soli i oksida, u sastavu različitih organskih tvari, u stanju ionske izmjene iu rastvorljivom obliku u tlima. rastvor zemljišta. Treba napomenuti da teški metali, dolazeći iz tla u biljke, a zatim u tijela životinja i ljudi, imaju sposobnost postupnog akumuliranja. Najtoksičniji su živa, kadmijum, olovo i arsen, a trovanje njima izaziva ozbiljne posledice. Manje toksični: cink i bakar, ali onečišćenje tla njima potiskuje mikrobiološku aktivnost i smanjuje biološku produktivnost.

Teški metali već sada zauzimaju drugo mjesto po opasnosti, iza pesticida i znatno ispred poznatih zagađivača kao što su ugljični dioksid i sumpor. U budućnosti mogu postati opasniji od otpada iz nuklearnih elektrana i čvrsti otpad. Zagađenje teškim metalima povezano je s njihovom širokom primjenom u industrijska proizvodnja. Zbog nesavršenih sistema prečišćavanja, teški metali ulaze u okolinu, uključujući i tlo, zagađujući ga i trujući. Teški metali su posebni zagađivači čiji je monitoring obavezan u svim sredinama.

Trenutno se u Rusiji koriste i službeno odobreni i nezvanični standardi za procjenu kontaminacije tla teškim metalima. Njihova glavna svrha je spriječiti ulazak suvišnih količina antropogeno akumuliranih čvrstih metala u ljudsko tijelo u ljudsko tijelo i na taj način ih izbjeći. negativan uticaj.

Prilikom određivanja teških metala u zemljištu i komponentama tla koristi se atomska apsorpciona analiza tla i raznih ekstrakata (npr. ekstrakcija Zn, Cu, Pb, Fe, Ni, kojom se izvlači 70-90% ukupnog sadržaja teških metala iz kontaminirani uzorci tla). Metoda ima niz prednosti: dobru osjetljivost, selektivnost, prilično dobru ponovljivost rezultata, lakoću analize. Omogućava vam da odredite do 70 elemenata, pruža granicu detekcije za mnoge elemente na nivou od 0,1-0,01 μg/ml, što u mnogim slučajevima omogućava analizu tla i biljaka bez preliminarne koncentracije elemenata.

Svrha ovog rada je da se metodom atomske apsorpcione spektroskopije odredi sadržaj kiselinsko-topivih oblika metala (olovo, bakar, cink, nikal, gvožđe) u uzorcima tla Tulske regije.

Za postizanje ovog cilja bilo je potrebno riješiti sljedeće zadatke:

1. Proučiti princip rada atomskog apsorpcionog spektrometra sa elektrotermalnom atomizacijom “MGA-915M”.

2. Odredite koncentraciju svakog teškog metala u uzorcima tla.

3. Procijeniti stepen kontaminacije odabranih objekata.

1. Pregled literature

apsorpciona spektroskopija olovni bakar

1.1 Zagađenje tla

Zagađivač može biti bilo koji fizički agens, hemijska supstanca ili biološka vrsta koja ulazi ili se pojavljuje u okolišu u količinama iznad svoje normalne koncentracije, ograničavajućih količina, ekstremnih prirodnih fluktuacija ili prosječne prirodne pozadine u datom trenutku.

Glavni pokazatelj koji karakteriše uticaj zagađujućih materija na životnu sredinu je maksimalno dozvoljena koncentracija (MPC). Sa ekološke perspektive, maksimalno dozvoljene koncentracije određene supstance predstavljaju gornje granice ograničavajućih faktora životne sredine (posebno hemijskih jedinjenja), pri kojima njihov sadržaj ne prelazi dozvoljene granice ljudske ekološke niše.

U skladu sa stepenom otpornosti na zagađivače, razlikuju se tla:

1. vrlo otporan;

2. održivo;

3. srednje otporan;

4. nisko-stabilan;

5. veoma nestabilan.

Preporučljivo je odrediti osjetljivost ili otpornost tla na zagađivače u skladu sa:

2) njen kvalitet;

3) biološka aktivnost;

4) dubina humusnog horizonta;

6) minerali gline;

7) dubina profila tla.

Tla su zagađena raznim hemikalijama, pesticidima, otpadom iz poljoprivrede, industrijske proizvodnje i komunalnih preduzeća. Hemijski spojevi koji ulaze u tlo akumuliraju se i dovode do postupne promjene kemijskih i fizičkih svojstava tla, smanjuju broj živih organizama i pogoršavaju njegovu plodnost.

Zagađenje tla i poremećaj normalnog ciklusa supstanci nastaje kao rezultat nedovoljne doze mineralnih đubriva i pesticida. U brojnim poljoprivrednim sektorima, pesticidi se koriste u velikim količinama za zaštitu biljaka i kontrolu korova. Njihova godišnja upotreba, često nekoliko puta u sezoni, dovodi do njihovog nakupljanja u tlu i njegovog trovanja.

Uz gnoj i izmet, patogene bakterije, jaja helminta i drugi često ulaze u tlo. štetočina koji ulaze u ljudski organizam putem hrane.

Tlo se zagađuje naftnim derivatima pri punjenju automobila gorivom u poljima i šumama, na sječama itd. .

Teški metali koji ulaze u tlo tokom rada vozila, kao i prilikom abrazije površine puta, dolaze: gvožđe, nikl, cink, olovo i drugi elementi.

Okolna industrijska preduzeća različitih profila, tla, sadrže toksične elemente u većim količinama prihvatljivim standardima, desetine i stotine puta

Najgornji, površinski horizont litosfere prolazi kroz najveću transformaciju. Zemljište zauzima 29,2% površine zemaljske kugle i obuhvata zemljišta različitih kategorija, od kojih vitalni značaj Ima plodno tlo. Ako se neispravno eksploatiše, tla su nepovratno uništena kao rezultat erozije, salinizacije i zagađenja industrijskim i drugim otpadom.

Pod uticajem ljudske aktivnosti dolazi do ubrzane erozije kada se tla uništavaju 100 - 1000 puta brže nego u prirodnim uslovima. Kao rezultat takve erozije, tokom prošlog vijeka izgubljeno je 2 milijarde hektara plodnog zemljišta, ili 27% poljoprivrednog zemljišta.

Hemijski spojevi koji ulaze u tlo akumuliraju se i dovode do postupne promjene kemijskih i fizičkih svojstava tla, smanjuju broj živih organizama i pogoršavaju njegovu plodnost.

Zagađenje tla povezano je sa zagađenjem zraka i vode. U tlo ulazi razni čvrsti i tečni otpad iz industrijske proizvodnje, poljoprivrede i komunalnih preduzeća. Glavni zagađivači tla su metali i njihovi spojevi.

Intenzivan razvoj industrije, energetike, saobraćaja, kao i intenziviranje poljoprivredne proizvodnje doprinose povećanju antropogenog opterećenja na poljoprivredne ekosisteme i prije svega na zemljišni pokrivač. Kao rezultat, dolazi do kontaminacije tla teškim metalima. Teški metali, koji u biosferu ulaze uglavnom kao rezultat industrijskih i transportnih emisija, jedan su od njenih najopasnijih zagađivača. Stoga je proučavanje njihovog ponašanja u tlu i zaštitnih sposobnosti tla važan ekološki problem.

Teški metali se akumuliraju u tlu i doprinose postepenoj promjeni njegovog hemijskog sastava, narušavajući život biljaka i živih organizama. Iz tla teški metali mogu ući u organizam ljudi i životinja i izazvati neželjene efekte. U ljudskom tijelu teški metali učestvuju u vitalnim biohemijskim procesima. Prekoračenje dozvoljenih koncentracija dovodi do ozbiljnih bolesti.

Dakle, kontaminacija tla teškim metalima ima sljedeće izvore:

1. Otpad izduvnih gasova automobila

2. Proizvodi sagorevanja goriva

3. Industrijske emisije

4. Metalna industrija

5. Poljoprivredne hemikalije.

1.2 Teški metali u zemljištu

Trenutno se u Rusiji koriste i službeno odobreni i nezvanični standardi za procjenu kontaminacije tla teškim metalima. Njihova glavna svrha je spriječiti ulazak viška količina antropogeno akumuliranih teških metala iz tla u ljudski organizam i na taj način izbjeći njihov negativan utjecaj. Tlo je, za razliku od homogene vodene i vazdušne sredine, složen heterogeni sistem koji menja ponašanje toksičnih supstanci u zavisnosti od svojih svojstava. Poteškoće razumne procjene zemljišno-ekološkog stanja jedan su od razloga za različite razine fitotoksičnosti tla.

Tla igraju važnu ulogu u ciklusu teških metala i drugih mikroelemenata. To su heterogene mješavine različitih organskih i organomineralnih komponenti glinenih minerala, oksida željeza, aluminija i mangana i drugih čvrstih čestica, kao i raznih topljivih jedinjenja. Zbog raznolikosti tipova tla, njihovih redoks uslova i reaktivnosti, mehanizmi i metode vezivanja teških metala u zemljištu su raznoliki. Na apsorpciju mikroelemenata tla usled tehnogenog zagađenja utiču mehanički sastav, reakcija, sadržaj humusa i karbonata, sposobnost apsorpcije i uslovi vodnog režima. Mikroelementi, uključujući teške metale, nalaze se u zemljištu u različitim oblicima: u kristalnoj rešetki minerala u obliku izomorfne smjese, u obliku soli i oksida, u sastavu različitih organskih tvari, u stanju ionske izmjene iu rastvorljiv oblik u rastvoru zemljišta. Na ponašanje mikroelemenata u tlu utiču redoks uslovi, reakcija okoline, koncentracija ugljen-dioksida i prisustvo organske materije. Promjene redoks stanja tla značajno utiču na ponašanje mikroelemenata promjenjive valencije. Dakle, tokom oksidacije, mangan prelazi u netopive oblike, a hrom i vanadijum, naprotiv, postaju pokretni i migriraju. S kiselom reakcijom tla povećava se pokretljivost bakra, mangana, cinka i kobalta, a smanjuje se pokretljivost molibdena. Bor, fluor i jod su pokretni u kiselim i alkalnim sredinama.

Mobilnost kemijskih elemenata u tlu mijenja se kao rezultat promjene ravnoteže između jedinjenja elemenata u čvrstoj i tečnoj fazi. Zagađivači koji ulaze u tlo mogu ući u čvrsto fiksirano stanje do kojeg biljke teško mogu doći. Više visoka stabilnost tla do zagađenja određuju ona svojstva tla koja doprinose snažnoj fiksaciji zagađivača. Povećanje koncentracije CO2 u otopini tla dovodi do povećanja pokretljivosti mangana, nikla i barija kao rezultat prijelaza karbonata ovih elemenata u bikarbonate. Huminske i organske tvari nespecifične prirode (mravlje, limunske, oksalne i druge kiseline) mogu vezati mikroelemente, tvoreći i topljiva i slabo topljiva jedinjenja za biljke.

Jedinjenja metala rastvorljiva u vodi brzo migriraju duž profila tla. Učinak organskih tvari na migraciju metala u tlu je dvostruk. Tokom mineralizacije organske materije u tlu nastaju niskomolekularna mineralna jedinjenja rastvorljiva u vodi, koja migriraju u donji deo profila. Teški metali sa ovim supstancama formiraju komplekse niske molekularne težine. Dubljom transformacijom organskih supstanci nastaju visokomolekularne huminske kiseline, a njihov uticaj na migraciju metala je različit. Fulvićne kiseline, kombinujući se sa metalima, formiraju helatna jedinjenja, rastvorljiva u širokom pH opsegu, migrirajući niz profil tla. Metali formiraju komplekse sa huminskim kiselinama, koje se odlikuju inertnošću i nerastvorljive su u kiseloj sredini, što doprinosi akumulaciji teških metala u organskom horizontu. Metalni kompleksi sa fulvičnim kiselinama i huminskim kiselinama najstabilniji su na pH 3 do 7.

Primer transformacije cinka i kadmijuma u zemljištu je njihov prelazak u tečnu fazu usled procesa rastvaranja (Alekseenko i sar., 1992.) Kadmijum je veoma toksičan i relativno visoko pokretljiv u tlu i dostupan biljkama. Budući da su tehnogena jedinjenja ovih metala termodinamički nestabilna u zemljišnim uslovima, njihov prelazak u tečnu fazu tla je nepovratan. Dalja transformacija cinka i kadmijuma u tlima povezana je sa reverzibilnim procesima koji se odvijaju između zemljišne otopine i apsorpcionog kompleksa tla, stabilnih sedimenata slabo topljivih cinka i soli kadmija, viših biljaka i mikroorganizama.

1.3 Izvori teških metala koji ulaze u objekte okruženje

Teški metali uključuju više od četrdeset hemijskih elemenata periodni sistem DI. Mendeljejeva, čija masa atoma iznosi preko pedeset atomskih jedinica.

Ova grupa elemenata aktivno je uključena u biološke procese, kao dio mnogih enzima. Grupa „teških metala“ se u velikoj meri poklapa sa konceptom „mikroelemenata“. Otuda: olovo, cink, kadmijum, živa, molibden, hrom, mangan, nikl, kalaj, kobalt, titan, bakar, vanadijum su teški metali.

Izvori teških metala dijele se na prirodne (trošenje stijena i minerala, procesi erozije, vulkanska aktivnost) i umjetne (vađenje i prerada minerala, sagorijevanje goriva, saobraćaj, poljoprivredne djelatnosti). Neke od umjetnih emisija koje ulaze u prirodno okruženje u obliku finih aerosola prenose se na značajne udaljenosti i uzrokuju globalno zagađenje. Drugi dio ulazi u rezervoare bez drenaže, gdje se teški metali akumuliraju i postaju izvor sekundarnog zagađenja, tj. stvaranje opasnih zagađivača tokom fizičkih i hemijskih procesa koji se odvijaju direktno u okolini (na primjer, stvaranje otrovnog plina fosgena iz netoksičnih tvari).

Teški metali se akumuliraju u tlu, posebno u gornjim humusnim horizontima, i polako se uklanjaju ispiranjem, potrošnjom biljaka, erozijom i deflacijom - izduvavanjem tla. Period polovičnog uklanjanja ili uklanjanja polovine početne koncentracije je dug: za cink - od 70 do 510 godina, za kadmijum - od 13 do 110 godina, za bakar - od 310 do 1500 godina i za olovo - od 740 do 5900 godina.

U humusnom dijelu tla događa se primarna transformacija spojeva koji se nalaze u njemu.

Teški metali imaju visoka sposobnost na razne hemijske, fizičko-hemijske i biološke reakcije. Mnogi od njih imaju varijabilnu valentnost i učestvuju u redoks procesima. Teški metali i njihova jedinjenja, kao i druga hemijska jedinjenja, mogu da se kreću i preraspodele u životnim sredinama, tj. migrirati . Migracija jedinjenja teških metala odvija se uglavnom u obliku organomeralne komponente. Neka od organskih jedinjenja sa kojima se metali vezuju predstavljaju produkti mikrobiološke aktivnosti. Živu karakterizira njena sposobnost da se akumulira u dijelovima "lanca ishrane" (o tome je ranije bilo riječi). Mikroorganizmi u tlu mogu proizvesti populacije otporne na živu koje pretvaraju metalnu živu u tvari koje su toksične za više organizme. Neke alge, gljive i bakterije mogu akumulirati živu u svojim stanicama. Živa, olovo, kadmijum su uvršteni u opštu listu najvažnijih zagađivača životne sredine, koju su dogovorile zemlje članice UN. Pogledajmo pobliže ove tvari i dodajmo im željezo i nikl.

Živa je izuzetno slabo raspoređena u zemljinoj kori (-0,1 x 10-4%), ali je pogodna za ekstrakciju, jer je koncentrisana u sulfidnim ostacima, na primjer, u obliku cinobera (HgS). U ovom obliku živa je relativno bezopasna, ali su atmosferski procesi, vulkanska i ljudska aktivnost doveli do akumulacije oko 50 miliona tona ovog metala u svjetskim okeanima. Prirodno uklanjanje žive u okean kao rezultat erozije je 5000 tona/godišnje, još 5000 tona/godišnje žive se vrši kao rezultat ljudske aktivnosti.

U početku, živa ulazi u okean u obliku Hg2+, zatim stupa u interakciju s organskim tvarima i uz pomoć anaerobnih organizama pretvara se u otrovne tvari metil živa (CH3 Hg)+ i dimetil živa (CH3 -Hg-CH3),

Živa je prisutna ne samo u hidrosferi, već iu atmosferi, jer ima relativno visokog pritiska para Prirodni sadržaj žive je ~0,003-0,009 μg/m3.

Živu karakterizira kratko vrijeme boravka u vodi i brzo prelazi u sedimente u obliku spojeva s organskim tvarima koje se nalaze u njima. Budući da se živa adsorbira u sedimentu, može se polako oslobađati i otopiti u vodi, što rezultira izvorom kroničnog zagađenja koji djeluje dugo vrijeme nakon što je izvorni izvor zagađenja nestao.

Globalna proizvodnja žive trenutno iznosi preko 10.000 tona godišnje, od čega se većina koristi u proizvodnji hlora. Živa ulazi u zrak izgaranjem fosilnih goriva. Analiza leda sa Grenlandske ledene kupole pokazala je da je od 800. n. do 1950-ih, sadržaj žive je ostao konstantan, ali od 50-ih godina. ovog veka, količina žive se udvostručila.

Živa i njeni spojevi opasni su po život. Metil živa je posebno opasna za životinje i ljude, jer brzo prelazi iz krvi u moždano tkivo, uništavajući mali mozak i moždanu koru. Klinički simptomi takve lezije su utrnulost, gubitak orijentacije u prostoru, gubitak vida. Simptomi trovanja živom se ne pojavljuju odmah. Još jedna neugodna posljedica trovanja metil živom je prodiranje žive u posteljicu i njeno nakupljanje u fetusu, a da majka ne osjeća bol. Metil živa ima teratogeno dejstvo na ljude. Živa pripada I klasi opasnosti.

Metalna živa je opasna ako se proguta ili udahne njene pare. U tom slučaju osoba dobije metalni okus u ustima, mučninu, povraćanje, grčeve u trbuhu, zubi pocrne i počnu se rušiti. Prosuta živa se raspršuje u kapljice i, ako se to dogodi, živa se mora pažljivo prikupiti. Neorganska jedinjenja žive su praktički neisparljiva, pa je opasnost kada živa uđe u organizam kroz usta i kožu. Živine soli nagrizaju kožu i mukozne membrane tijela. Unošenje živinih soli u organizam uzrokuje upalu ždrijela, otežano gutanje, utrnulost, povraćanje i bol u trbuhu. Kod odrasle osobe, gutanje oko 350 mg žive može uzrokovati smrt.

Zagađenje živom može se smanjiti zabranom proizvodnje i upotrebe određenih proizvoda. Nema sumnje da će zagađenje živom uvijek biti gorući problem. No, uvođenjem stroge kontrole industrijskog otpada koji sadrži živu, kao i prehrambenih proizvoda, može se smanjiti rizik od trovanja živom.

Sadržaj olova u magmatskim stijenama omogućava mu da se klasifikuje kao rijedak metal. Koncentrisan je u sulfidnim stenama, koje se nalaze na mnogim mestima u svetu. Olovo se može lako izolovati topljenjem njegove rude. U svom prirodnom stanju nalazi se uglavnom u obliku galena (PbS).Olovo sadržano u zemljinoj kori može se isprati pod uticajem atmosferskih procesa, postepeno prelazeći u okeane. Ioni Pb2+ su prilično nestabilni, a sadržaj olova u jonskom obliku je samo 10 -8%. Međutim, akumulira se u okeanskim sedimentima kao sulfiti ili sulfati. IN svježa voda Sadržaj olova je znatno veći i može dostići 2 x 10 -6%, au tlu je približno isti kao u zemljinoj kori (1,5 x 10 -3%) zbog nestabilnosti ovog elementa u geohemijskom ciklusu. .

Olovne rude sadrže 2-20% olova. Koncentrat dobijen flotacijom sadrži 60-80% Pb. Zagreva se da bi se uklonio sumpor i olovo se topi. Takvi primarni procesi su velikih razmjera. Ako se otpad koristi za proizvodnju olova, procesi topljenja se nazivaju sekundarnim. Godišnja globalna potrošnja olova je više od 3 miliona tona, od čega se 40% koristi za proizvodnju baterije, 20% - za proizvodnju aditiva za olovo alkil - benzin, 12% se koristi u građevinarstvu, 28% za ostale namene.

Svake godine oko 180 hiljada tona olova migrira širom svijeta kao rezultat atmosferskih procesa. Prilikom eksploatacije i prerade ruda olova gubi se više od 20% olova. Čak iu ovim fazama oslobađanje olova u okoliš je jednako količini koja ulazi u okoliš kao rezultat utjecaja atmosferskih procesa na magmatske stijene.

Najozbiljniji izvor zagađenja olovom u staništu organizama su izduvni gasovi iz automobilskih motora. Sredstvo protiv detonacije tetrametil - ili tetraetil swinep - dodaje se većini benzina od 1923. godine u količini od oko 80 mg/l.

Benzin može sadržavati 380 mg olova, a ukupan sadržaj tetraetil olova dostiže 1 g/l. Kada se benzin sagori, oko 75% olova koje sadrži oslobađa se u obliku aerosola i raspršuje se u vazduhu, dalje se preraspoređuje na različitim udaljenostima od površina puta. Kada se automobil vozi, od 25 do 75% ovog olova se oslobađa u atmosferu, u zavisnosti od uslova vožnje. Najveći dio se taloži na tlu, ali primjetan dio ostaje u zraku.

Olovna prašina ne pokriva samo rubove autoputeva i tlo u industrijskim gradovima i oko njih, već se nalazi i u ledu sjevernog Grenlanda, a 1756. godine sadržaj olova u ledu bio je 20 µg/t, 1860. već je bio 50 µg. /t, a 1965. godine - 210 µg/t. Aktivni izvori zagađenja olovom uključuju elektrane i kućne peći na ugalj. Izvori kontaminacije olovom u kući mogu uključivati ​​glaziranu keramiku; olovo sadržano u pigmentima za bojenje.

Olovo nije od vitalnog značaja neophodni element. Toksičan je i pripada I klasi opasnosti. Njegovi anorganski spojevi ometaju metabolizam i inhibitori su enzima (poput većine teških metala). Jednom od najpodmuklijih posljedica djelovanja anorganskih spojeva olova smatra se njegova sposobnost da zamjenjuje kalcij u kostima i da dugo vremena bude stalni izvor trovanja. Biološki poluživot olova u kostima je oko 10 godina. Količina akumuliranog olova u kostima raste s godinama, a u dobi od 30-40 godina kod osoba čije zanimanje nije povezano sa kontaminacijom olovom iznosi 80-200 mg.

Organska jedinjenja olova smatraju se čak toksičnijima od neorganskih jedinjenja olova. Glavni izvor iz kojeg olovo ulazi u ljudski organizam je hrana, uz to važnu ulogu igra udahnuti zrak, a kod djece se u organizam unose i prašina i boje koje sadrže olovo. Otprilike 30-35% udahnute prašine zadržava se u plućima, a značajan dio se apsorbira u krvotoku. Apsorpcija u gastrointestinalnom traktu je uglavnom 5-10%, kod djece - 50%. Nedostatak kalcijuma i vitamina D povećava apsorpciju olova. Akutno trovanje olovom je rijetko. Njihovi simptomi su slinjenje, povraćanje, crijevne kolike, akutno zatajenje bubrega i oštećenje mozga. U teškim slučajevima smrt nastupa u roku od nekoliko dana. Rani simptomi trovanja olovom uključuju povećanu ekscitabilnost, depresiju i razdražljivost. U slučaju trovanja organskim spojevima olova, njegov povećani sadržaj se nalazi u krvi.

Zbog globalnog zagađenja životne sredine olovom, ono je postalo sveprisutna komponenta sve hrane i hrane za životinje. Biljna hrana generalno sadrži više olova od hrane životinjskog porekla.

Kadmijum i cink.

Kadmijum, cink i bakar su najvažniji metali kada se proučavaju problemi zagađenja, jer su rasprostranjeni u svetu i imaju toksična svojstva. Kadmijum i cink (kao i olovo i živa) nalaze se uglavnom u sulfidnim sedimentima. Kao rezultat atmosferskih procesa, ovi elementi lako ulaze u okeane. Zemljišta sadrže približno 4,5x10 -4%. Vegetacija sadrži različite količine oba elementa, ali je sadržaj cinka u biljnom pepelu relativno visok - 0,14; budući da ovaj element igra značajnu ulogu u ishrani biljaka. Oko 1 milion kg kadmijuma godišnje uđe u atmosferu kao rezultat aktivnosti njegovih topionica, što čini oko 45% ukupnog zagađenja ovim elementom. 52% zagađivača dolazi od sagorevanja ili recikliranja proizvoda koji sadrže kadmijum. Kadmijum ima relativno visoku isparljivost, pa lako prodire u atmosferu. Izvori zagađenja vazduha cinkom su isti kao i kadmijumom.

Kadmijum ulazi u prirodne vode kao rezultat njegove upotrebe u galvanskim procesima i opremi. Najozbiljniji izvori zagađenja vode cinkom su topionice cinka i postrojenja za galvanizaciju.

Đubriva su potencijalni izvor kontaminacije kadmijumom. U ovom slučaju kadmijum se unosi u biljke koje ljudi konzumiraju kao hranu, a na kraju lanca prelazi u ljudski organizam. Cink je najmanje toksičan od svih navedenih teških metala. Međutim, svi elementi postaju toksični ako se nađu u višku; cink nije izuzetak. Fiziološki učinak cinka je njegovo djelovanje kao aktivatora enzima. U velikim količinama izaziva povraćanje, ova doza je približno 150 mg za odraslu osobu.

Kadmijum je mnogo otrovniji od cinka. On i njegova jedinjenja pripadaju I klasi opasnosti. Prodire u ljudsko tijelo tokom dužeg perioda. Udisanje vazduha tokom 8 sati pri koncentraciji kadmijuma od 5 mg/m3 može dovesti do smrti. Kod kroničnog trovanja kadmijem, protein se pojavljuje u mokraći i krvni tlak raste.

Prilikom ispitivanja prisustva kadmijuma u hrani, ustanovljeno je da ljudske izlučevine rijetko sadrže onoliko kadmijuma koliko je uneseno. Trenutno ne postoji konsenzus o prihvatljivom bezbednom sadržaju kadmijuma u hrani.

Jedan od efikasnih načina da se spreči ulazak kadmijuma i cinka u vidu zagađenja je uvođenje kontrole sadržaja ovih metala u emisijama iz topionica i drugih industrijskih preduzeća.

Antimon, arsen, kobalt.

Antimon je prisutan zajedno s arsenom u rudama koje sadrže metalne sulfide. Svjetska proizvodnja antimona iznosi oko 70 tona godišnje. Antimon je komponenta legura, koristi se u proizvodnji šibica, au svom čistom obliku koristi se u poluvodičima.Otrovni efekat antimona je sličan arsenu. Velike količine antimona izazivaju povraćanje; kod kroničnog trovanja antimonom dolazi do poremećaja probavnog trakta, praćenog povraćanjem i smanjenjem temperature. Arsen se prirodno javlja u obliku sulfata. Njegov sadržaj u olovno-cink koncentratima je oko 1%. Zbog svoje hlapljivosti lako ulazi u atmosferu.

Najjači izvori zagađenja ovim metalom su herbicidi ( hemijske supstance za suzbijanje korova), fungicide (supstance za suzbijanje gljivičnih bolesti biljaka) i insekticide (supstance za suzbijanje štetnih insekata).

Prema svojim toksičnim svojstvima, arsen je otrov koji se nakuplja. Na osnovu stepena toksičnosti treba napraviti razliku između elementarnog arsena i njegovih spojeva. Elementarni arsen je relativno malo toksičan, ali ima teratogena svojstva. Štetno djelovanje na nasljedni materijal (mutagenost) je sporno.

Jedinjenja arsena se polako apsorbuju kroz kožu i brzo apsorbuju kroz pluća i gastrointestinalni trakt. Smrtonosna doza za ljude je 0,15-0,3 g.

Kronično trovanje uzrokuje nervne bolesti, slabost, utrnulost udova, svrab, tamnjenje kože, atrofiju koštane srži i promjene jetre. Jedinjenja arsena su kancerogena za ljude. Arsen i njegova jedinjenja pripadaju II klasi opasnosti.

Kobalt nije u širokoj upotrebi. Na primjer, koristi se u industriji čelika i u proizvodnji polimera. Kada se unese u velikim količinama, kobalt negativno utječe na sadržaj hemoglobina u ljudskoj krvi i može uzrokovati krvna oboljenja. Vjeruje se da kobalt uzrokuje Gravesovu bolest. Ovaj element je opasan po život organizama zbog svoje izuzetno visoke reaktivnosti i pripada I klasi opasnosti.

Bakar i mangan.

Bakar se nalazi u sulfidnim sedimentima zajedno sa olovom, kadimijumom i cinkom. Prisutan je u malim količinama u koncentratima cinka i može se prenositi na velike udaljenosti u zraku i vodi. Nenormalan sadržaj bakra nalazi se u biljkama sa zrakom i vodom. Nenormalni nivoi bakra nalaze se u biljkama i zemljištu udaljenom više od 8 km od topionice. Soli bakra pripadaju II klasi opasnosti. Toksična svojstva bakra su proučavana mnogo manje nego ista svojstva drugih elemenata. Apsorpcija velikih količina bakra od strane ljudi dovodi do Wilsonove bolesti, sa viškom bakra koji se taloži u moždanom tkivu, koži, jetri i gušterači.

Prirodni sadržaj mangana u biljkama, životinjama i zemljištu je veoma visok. Glavna područja proizvodnje mangana su proizvodnja legiranih čelika, legura, električnih baterija i drugih hemijskih izvora struje. Prisustvo mangana u vazduhu iznad norme (prosečna dnevna MPC mangana u atmosferi – vazduhu naseljenih mesta je 0,01 mg/m3) štetno deluje na ljudski organizam, što se izražava u progresivnom uništenje centralnog nervni sistem. Mangan pripada II klasi opasnosti.

Trenutno se u Rusiji koriste i službeno odobreni i nezvanični standardi za procjenu kontaminacije tla teškim metalima. Njihova glavna svrha je spriječiti ulazak prevelikih količina antropogeno akumuliranih HM u ljudski organizam i na taj način izbjeći njihov negativan utjecaj. Tlo je, za razliku od homogene vodene i vazdušne sredine, složen heterogeni sistem koji menja ponašanje toksičnih supstanci u zavisnosti od svojih svojstava. Poteškoće razumne procjene zemljišno-ekološkog stanja jedan su od razloga za različite razine fitotoksičnosti tla koje su utvrdili različiti istraživači.

Tehnogeni izvori gvožđa koji ulaze u životnu sredinu. U područjima metalurških postrojenja čvrste emisije sadrže od 22.000 do 31.000 mg/kg željeza.

Kao rezultat toga, željezo se akumulira u vrtnim usjevima.

Mnogo gvožđa ulazi u otpadne vode i mulj iz metalurške, hemijske, mašinske, metaloprerađivačke, petrohemijske, hemijsko-farmaceutske industrije, industrije boja i lakova, tekstilne industrije. Sadržaj gvožđa u sirovom sedimentu koji ispada u primarnim taložnicima velikog industrijskog grada može dostići 1428 mg/kg. Dim i prašina iz industrijske proizvodnje mogu sadržavati velike količine željeza u obliku aerosola željeza, njegovih oksida i ruda. Prašina željeza ili njegovi oksidi nastaje prilikom oštrenja metalnih alata, čišćenja dijelova od rđe, valjanja željeznih limova, elektrozavarivanja i drugih proizvodnih procesa u kojima se javlja željezo ili njegova spojeva.

Gvožđe se može akumulirati u zemljištu, vodenim tijelima, zraku i živim organizmima. Glavni minerali željeza u prirodi podliježu fotokemijskoj destrukciji, formiranju kompleksa i mikrobiološkom ispiranju, zbog čega željezo prelazi iz teško topljivih minerala u vodena tijela.

Minerale koji sadrže željezo oksidiraju bakterije tipa Th. Ferrooxidans. Oksidacija sulfida može se općenito opisati na primjeru pirita sljedećim mikrobiološkim i kemijskim procesima. Kao što vidite, ovo proizvodi drugu komponentu, sumpornu kiselinu, koja zagađuje površinske vode. Iz ovog primjera može se suditi o razmjerima njenog mikrobiološkog obrazovanja. Pirit je česta nečistoća u ležištima uglja, a njegovo ispiranje dovodi do zakiseljavanja rudničkih voda. Prema jednoj procjeni, 1932. god. Oko 3 miliona tona pSO4 ušlo je u rijeku Ohajo u SAD sa minskim vodama. Mikrobiološko ispiranje željeza se vrši ne samo zbog oksidacije, već i prilikom redukcije oksidiranih ruda. U njemu učestvuju mikroorganizmi koji pripadaju različitim grupama.

Konkretno, redukciju Fe3 u Fe2 provode predstavnici rodova Bacillus i Pseudomonas, kao i neke gljive.

Ovdje spomenuti procesi, rasprostranjeni u prirodi, dešavaju se i na deponijama rudarskih preduzeća i metalurških pogona koji proizvode velike količine otpada, šljake, pepela itd. Sa kišom, poplavama i podzemnim vodama, metali oslobođeni iz čvrstih matrica prenose se u rijeke i rezervoare. Gvožđe se nalazi u prirodne vode V različite države a oblici u istinski rastvorenom obliku su deo donskih sedimenata i heterogenih sistema suspendovanih materija i koloida. Donji sedimenti rijeka i akumulacija djeluju kao rezervoar željeza. Visok sadržaj gvožđa je posledica geohemijskih karakteristika formiranja horizonata tla. Njegov povećani sadržaj u zemljišnom pokrivaču može biti posljedica korištenja vode s prirodno visokim sadržajem željeza za navodnjavanje.

Klasa opasnosti - nije predviđena podjela na klase opasnosti.

Ograničavajući pokazatelj štetnosti je da štetnost nije utvrđena.

Nikl, zajedno sa Mn, Fe, Co i Cu, spada u takozvane prelazne metale, čija jedinjenja imaju visoku biološku aktivnost. Zbog strukturnih karakteristika elektronskih orbitala, gore navedeni metali, uključujući nikal, imaju izraženu sposobnost formiranja kompleksa.

Nikl je sposoban formirati stabilne komplekse, na primjer, sa cisteinom i citratom, kao i sa mnogim organskim i neorganskim ligandima. Geohemijski sastav izvornih stijena u velikoj mjeri određuje sadržaj nikla u tlu. Najveća količina nikla sadržana je u zemljištima formiranim od bazičnih i ultrabazičnih stijena. Prema nekim autorima, granice viška i toksičnosti nikla za većinu vrsta variraju od 10 do 100 mg/kg. Najveći dio nikla je nepomično fiksiran u tlu, a vrlo slaba migracija u koloidnom stanju iu sastavu mehaničkih suspenzija ne utiče na njihovu distribuciju po vertikalni profil i prilično ujednačen.

Prisustvo nikla u prirodnim vodama je zbog sastava stijena kroz koje voda prolazi: nalazi se na mjestima gdje se talože sulfidne rude bakra-nikla i željezo-nikl rude. U vodu ulazi iz tla i iz biljnih i životinjskih organizama tokom njihovog propadanja. Povećan sadržaj nikla u odnosu na druge vrste algi pronađen je u plavo-zelenim algama. Jedinjenja nikla također ulaze u vodena tijela sa otpadnim vodama iz niklovanih radnji, pogona sintetičkog kaučuka i tvornica za koncentraciju nikla. Ogromne emisije nikla prate sagorevanje fosilnih goriva.

Njegova koncentracija se može smanjiti kao rezultat taloženja spojeva kao što su sulfidi, cijanidi, karbonati ili hidroksidi (s povećanjem pH vrijednosti), zbog njegove potrošnje u vodenim organizmima i procesa adsorpcije.

IN površinske vode Jedinjenja nikla nalaze se u rastvorenom, suspendovanom i koloidnom stanju, čiji kvantitativni odnos zavisi od sastava vode, temperature i pH vrednosti. Sorbenti za jedinjenja nikla mogu biti gvožđe hidroksid, organske supstance, visoko dispergovani kalcijum karbonat i gline. Otopljeni oblici su prvenstveno kompleksni joni, najčešće sa aminokiselinama, huminskim i fulvičnim kiselinama, a takođe i kao jak kompleks cijanida. Najčešća jedinjenja nikla u prirodnim vodama su ona u kojima se nalazi u +2 oksidacionom stanju. Ni3+ jedinjenja se obično formiraju u alkalnoj sredini.

Jedinjenja nikla igraju važnu ulogu u hematopoetskim procesima, budući da su katalizatori. Njegov povećani sadržaj ima specifičan učinak na kardiovaskularni sistem. Nikl je jedan od kancerogenih elemenata. Može uzrokovati respiratorne bolesti. Vjeruje se da su slobodni ioni nikla (Ni2+) otprilike 2 puta toksičniji od njegovih kompleksnih spojeva.

Metalurška preduzeća godišnje emituju na površinu zemlje više od 150 hiljada tona bakra, 120 hiljada tona cinka, oko 90 hiljada tona olova, 12 hiljada tona nikla, 1,5 hiljada tona molibdena, oko 800 tona kobalta i oko 30 tona žive. Za 1 gram blister bakra otpad iz topionice bakra sadrži 2,09 tona prašine, koja sadrži do 15% bakra, 60% željeznog oksida i po 4% arsena, žive, cinka i olova. Otpad iz mašinske i hemijske industrije sadrži do 1 hiljada mg/kg olova, do 3 hiljade mg/kg bakra, do 10 hiljada mg/kg hroma i gvožđa, do 100 g/kg fosfora i više do 10 g/kg mangana i nikla. U Šleziji, oko tvornica cinka, nagomilane su deponije koje sadrže 2 do 12% cinka i 0,5 do 3% olova.

Više od 250 hiljada tona olova godišnje dospeva na površinu tla sa izduvnim gasovima; glavni je zagađivač tla olovom.

1.4 Metode za određivanje teških metala

Danas postoje dvije grupe glavnih analitičkih metoda koje određuju prisustvo teških metala u tlu:

1. Elektrohemijski

Elektrohemijske metode se klasifikuju prema prirodi analitičkog signala. Tako je tokom analize moguće izmjeriti potencijal jedne od elektroda (potenciometrija), otpor ćelije ili električnu provodljivost otopine (konduktometrija). U mnogim slučajevima, vanjski napon se primjenjuje na elektrode, nakon čega se mjeri struja koja prolazi kroz otopinu (voltametrijske metode, posebno polarografija). U tom slučaju na površini elektroda dolazi do redoks reakcija, odnosno do elektrolize otopine. Ako izvršite elektrolizu do kraja i izmjerite količinu električne energije koja se koristi za oksidaciju (ili smanjenje) tvari koja se utvrđuje, možete izračunati masu ove tvari. Ova metoda se zove kulometrija. Ponekad se sadržaj analita izračunava povećanjem težine elektrode, odnosno masom proizvoda elektrolize koji se oslobađa na njoj (elektrogravimetrija).

Elektrohemijske metode su prilično selektivne (osim konduktometrije), pa se uz njihovu pomoć neki elementi kvantitativno određuju u prisustvu drugih, a određuju se zasebno različitih oblika jedan element, odvajaju kompleksne smjese i identifikuju njihove komponente, a također koncentrišu neke nečistoće u tragovima. Elektrohemijske metode se široko koriste za kontrolu sastava prirodnih i otpadnih voda, tla i prehrambenih proizvoda, tehnoloških rješenja i bioloških tekućina. Odgovarajuće tehnike ne zahtijevaju složenu opremu i ne koriste visoke temperature i pritiske. Različite elektrohemijske metode razlikuju se po osjetljivosti, preciznosti, brzini i drugim pokazateljima, te se stoga dobro nadopunjuju.

Razmotrimo metode elektrohemijske grupe:

voltametrija:

Voltametrijske metode analize nazivaju se metode zasnovane na snimanju i proučavanju ovisnosti struje koja teče kroz elektrolitičku ćeliju od vanjskog primijenjenog napona. Grafički prikaz ove zavisnosti naziva se voltamogram. Analiza voltamograma daje informacije o kvalitativnom i kvantitativnom sastavu analizirane supstance.

Za snimanje voltamograma potrebna je elektrolitička ćelija koja se sastoji od indikatorske elektrode i referentne elektrode. Referentna elektroda je obično zasićena kalomelna elektroda ili sloj žive na dnu elektrolizera. Kao indikator koriste se elektroda koja kapa živom, mikrodisk platinaste ili grafitne elektrode.

Ovisno o vrsti indikatorske elektrode, voltametrijske metode se obično dijele na polarografiju i samu voltametriju. Ako se kao indikatorska elektroda koristi kapajuća živa elektroda, tada se rezultirajuće ovisnosti struje o naponu nazivaju polarogrami i, shodno tome, metoda analize se naziva polarografija. Metodu je kreirao istaknuti češki elektrohemičar i dobitnik Nobelove nagrade Jar. Heyrovsky (1922). Kada se radi s bilo kojom drugom indikatorskom elektrodom, uključujući stacionarnu živinu elektrodu, radi se o voltametriji.

Potenciometrija:

Potenciometrijska analiza je mjerenje indikatora onih supstanci koje su u jonskom stanju. Drugim riječima, predmet proučavanja su otopine, gotovo uvijek vodene, iako se analiza čvrstih supstanci provodi i ako postoje topivi elementi. Za ispitivanje nekih čestica može biti potrebna elektroda s osjetljivom membranom određeni oblik, koji će pomoći u analizi viskoznih supstanci ili gelova.

Potenciometrijska analiza se može izvesti na nekoliko načina. Prva je direktna potenciometrija. Najčešće se ova metoda provodi za mjerenje pH razine i ovisi o vrsti same mjerne elektrode. Ova metoda je najjednostavnija. Druga metoda je potenciometrijska titracija koja se provodi u mnogim varijacijama. Njegova je suština da se za izračunavanje indikatora provodi niz kemijskih reakcija pod kontrolom ionsko selektivne elektrode. Ova metoda se razlikuje od prethodne po većim troškovima rada, ali i po preciznijim rezultatima. I treća metoda - metoda aditiva - povezana je s gore opisanom. Izvodi se u više varijanti, koje omogućavaju analizu niskih koncentracija.

kulometrija:

Kulometrija je elektrohemijska metoda analize koja se zasniva na merenju količine električne energije potrebne za elektrohemijsku transformaciju supstance koja se utvrđuje. U kulometriji postoje dvije vrste analiza:

direktna kulometrija;

kulometrijska titracija.

konduktometrija:

Konduktometrijske metode analize zasnivaju se na mjerenju električne provodljivosti ispitivanih otopina. Postoji nekoliko metoda konduktometrijske analize:

· direktna konduktometrija - metoda koja vam omogućava da direktno odredite koncentraciju elektrolita mjerenjem električne provodljivosti otopine sa poznatim visokokvalitetna kompozicija;

· konduktometrijska titracija je analitička metoda koja se zasniva na određivanju sadržaja supstance po prekidu krivulje titracije. Krivulja se konstruiše iz merenja specifične električne provodljivosti analiziranog rastvora, koja se menja kao rezultat hemijskih reakcija tokom procesa titracije;

· hronokonduktometrijska titracija - zasniva se na određivanju sadržaja supstance na osnovu vremena provedenog u titriranju, koje se automatski bilježi na magnetofonu titracione krive.

Na ovaj način moguće je pronaći i izračunati sadržaj teških metala sa niskom granicom detekcije u uzorku tla.

2. Ekstrakciono-fotometrijske metode

Ove metode se vrlo široko koriste u analitičkoj hemiji, a određivanje analizirane komponente u ekstraktu može se izvršiti i fotometrijski i drugom metodom: polarografskom, spektralnom.

Istovremeno, postoje neke grupe metoda ekstrakcije u kojima je fotometrijski kraj najefikasniji, pružajući potrebnu brzinu i tačnost određivanja. Ove metode se nazivaju ekstrakcijsko-fotometrijskim. Vrlo česta metoda je da se određeni mikroelement pretvara u vodotopivo obojeno jedinjenje, ekstrahira, a ekstrakt se fotomodelira. Ova tehnika eliminiše ometajući uticaj stranih komponenti i povećava osetljivost određivanja, jer se mikronečistoće koncentrišu tokom ekstrakcije. Na primjer, određivanje nečistoća željeza u solima kobalta ili nikla provodi se ekstrakcijom njegovih tiokainatnih kompleksa amil alkoholom.

Spektrofotometrija

Spektrofotometrijska metoda analize zasniva se na spektralno-selektivnoj apsorpciji monohromatskog toka svjetlosne energije dok prolazi kroz ispitni rastvor. Metoda omogućava određivanje koncentracija pojedinih komponenti mješavina obojenih tvari koje imaju maksimalnu apsorpciju na različitim valnim duljinama, osjetljivija je i preciznija od fotoelektrokolorimetrijske metode. Poznato je da je fotokolorimetrijska metoda analize primenljiva samo za analizu obojenih rastvora; bezbojni rastvori u vidljivom delu spektra imaju neznatan koeficijent apsorpcije. Međutim, mnoga bezbojna i slabo obojena jedinjenja (posebno organska) imaju karakteristične apsorpcione trake u ultraljubičastim i infracrvenim oblastima spektra, koje se koriste za njihovo kvantitativno određivanje. Spektrofotometrijska metoda analize je primenljiva za merenje apsorpcije svetlosti u različitim delovima vidljivog spektra, u ultraljubičastim i infracrvenim oblastima spektra, što značajno proširuje analitičke mogućnosti metode.

Spektrofotometrijska metoda u ultraljubičastom području spektra omogućava individualno određivanje dvo- i trokomponentnih mješavina tvari. Kvantitativno određivanje komponenti mješavine zasniva se na činjenici da je optička gustoća bilo koje mješavine jednaka zbiru optičkih gustoća pojedinačnih komponenti.

Atomska apsorpciona spektroskopija.

Metoda atomske apsorpcione spektroskopije trenutno je najpogodnija za određivanje sadržaja metala u objektima životne sredine, prehrambenim proizvodima, tlu i raznim legurama. Metoda se također koristi u geologiji za analizu sastava stijena, a u metalurgiji za određivanje sastava čelika.

Metoda atomske apsorpcione spektroskopije se uglavnom preporučuje državni standardi za određivanje pokretnog cinka u tlu, prirodnim i vodama, kao iu raznim legurama obojenih metala.

Metoda se zasniva na apsorpciji elektromagnetnog zračenja slobodnih atoma u stacionarnom (nepobuđenom) stanju. Na talasnoj dužini koja odgovara prelasku atoma iz prizemnog u pobuđeno elektronsko stanje, populacija prizemnog nivoa se smanjuje. Analitički signal ovisi o broju nepobuđenih čestica u analiziranom uzorku (tj. o koncentraciji elementa koji se utvrđuje), pa se mjerenjem količine apsorbiranog elektromagnetnog zračenja koncentracija elementa koji se određuje u originalnom uzorku može biti odlučan.

Metoda se temelji na apsorpciji ultraljubičastog ili vidljivog zračenja atomima plina. Da bi se uzorak doveo u gasovito atomsko stanje, on se ubrizgava u plamen. Kao izvor zračenja koristi se lampa sa šupljom katodom od metala koji se određuje. Interval talasne dužine između spektralne linije koju emituje izvor svetlosti i apsorpcione linije istog elementa u plamenu je veoma uzak, tako da ometajuća apsorpcija drugih elemenata praktično nema uticaja na rezultate analize. Metodu atomske apsorpcione spektralne analize karakteriše visoka apsolutna i relativna osetljivost. Metoda omogućava precizno određivanje osamdesetak elemenata u rastvorima u niskim koncentracijama, stoga se široko koristi u biologiji, medicini (za analizu organskih tečnosti), geologiji, nauci o tlu (za određivanje mikroelemenata u zemljištu) i drugim oblastima. nauke, kao i u metalurgiji za istraživanje i kontrolu tehnoloških procesa.

Zračenje u opsegu od 190-850 nm prolazi kroz sloj atomskih para uzoraka dobijenih pomoću atomizera. Kao rezultat apsorpcije svjetlosnih kvanta, atomi se pretvaraju u pobuđena energetska stanja. Ovi prijelazi u atomskim spektrima odgovaraju tzv. rezonantne linije karakteristične za dati element. Prema Bouguer-Lambert-Beerovom zakonu, mjera koncentracije elementa je optička gustoća A = log(I0/I), gdje su I0 i I intenziteti zračenja iz izvora prije i nakon prolaska kroz apsorbirajući sloj, respektivno.

Slika 1.1 Šematski dijagram atomskog apsorpcionog spektrometra: lampa sa 1 šupljom katodom ili lampa bez elektroda; 2-grafitna kiveta; 3-monohromator; 4-detektor

Ova metoda je superiornija od mnogih drugih u preciznosti i osjetljivosti; stoga se koristi u sertifikaciji standardnih legura i geoloških stijena (prenosom u otopinu).

Značajna razlika između atomske apsorpcione i plamene emisione spektrometrije je u tome što ova druga metoda meri zračenje koje emituju atomi u pobuđenom stanju u plamenu, dok se atomska apsorpcija zasniva na merenju zračenja koje apsorbuju neutralni, nepobuđeni atomi u plamenu, od kojih mnogo ih je u plamenu, puta više nego uzbuđenih. Ovo objašnjava visoku osjetljivost metode u određivanju elemenata koji imaju veliku energiju pobude, odnosno onih koje je teško pobuditi.

Izvor svjetlosti u AAS-u je lampa sa šupljom katodom koja emituje svjetlost vrlo uskog raspona valnih dužina, reda veličine 0,001 nm. Apsorpciona linija elementa koji se određuje je nešto šira od emitovanog pojasa, što omogućava mjerenje apsorpcione linije na maksimumu. Uređaj sadrži potreban set svjetiljki, svaka lampa je namijenjena za određivanje samo jednog elementa.

„Kiveta“ u AAS-u je sam plamen. Budući da se u AAS poštuje Beerov zakon, osjetljivost metode ovisi o dužini apsorbirajućeg sloja plamena, koji mora biti konstantan i dovoljno velik.

Koristi se plamen za čiju proizvodnju se kao gorivo koristi acetilen, propan ili vodik, a kao oksidant koristi se zrak, kisik ili dušikov oksid (1). Odabrana mješavina plina određuje temperaturu plamena. Vazdušno-acetilenski plamen i vazduh-propan plamen imaju niske temperature(2200-2400 °C). Takav plamen se koristi za određivanje elemenata čiji se spojevi lako raspadaju na ovim temperaturama. Vazdušno-propanski plamen se koristi kada postoje poteškoće u dobijanju acetilena; takva zamjena otežava rad, jer tehnički propan sadrži nečistoće koje zagađuju plamen. Prilikom određivanja elemenata koji formiraju teško disocijativna jedinjenja koristi se visokotemperaturni plamen (3000-3200 °C, nastao mješavinom dušikovog oksida (1) - acetilena. Takav plamen je neophodan kod određivanja aluminijuma, berilija, silicijum,vanadij i molibden.Za određivanje arsena i selena pretvorenih u svoje hidride potreban je redukcijski plamen koji nastaje sagorevanjem vodonika u mešavini argon-vazduh.Živa se određuje (bezplamenskom metodom), jer može postojati u pari stanju i na sobnoj temperaturi.

Slični dokumenti

Fizička i hemijska svojstva teških metala i njihovih jedinjenja koji se koriste u industrijskoj proizvodnji i predstavljaju izvor zagađenja životne sredine: hrom, mangan, nikl, kadmijum, cink, volfram, živa, kalaj, olovo, antimon, molibden.

sažetak, dodan 13.03.2010


Određivanje sadržaja teških metala u industrijskom otpadu. Principi atomske apsorpcione spektrometrije. Zahtjevi za pripremu uzorka. Struktura spektrometra, postupak njegove instalacije. Priprema rastvora za kalibraciju, sprovođenje istraživanja.

kurs, dodato 09.03.2016


Koncept teških metala i poljoprivrednih pejzaža. Glavni razlozi za pojavu metala u visokim koncentracijama u zemljištu, usled čega postaju štetni za životnu sredinu. Biogeohemijski ciklusi teških metala: olovo, kadmijum, cink, nikl.

sažetak, dodan 15.03.2015


Metode određivanja metala. Hemijsko-spektralno određivanje teških metala u prirodnim vodama. Određivanje sadržaja metala u otpadne vode, prethodna obrada uzoraka pri određivanju metala. Metode za određivanje koegzistirajućih oblika metala.

kurs, dodan 19.01.2014


Analiza atomske fluorescencije. Rentgenska fluorescencija. Elektrohemijske metode analize. Striping voltametrija. Polarografska metoda. Određivanje sadržaja olova i cinka u jednom uzorku. Određivanje sadržaja cinka ditizonskom metodom.

kurs, dodato 05.11.2016


opšte karakteristike metali Definicija, struktura. Opća fizička svojstva. Metode dobijanja metala. Hemijska svojstva metala. Metalne legure. Karakteristike elemenata glavnih podgrupa. Karakteristike prelaznih metala.

sažetak, dodan 18.05.2006


Karakteristike, klasifikacija i hemijska osnova test sistema. Alati i tehnike za analizu različitih objekata životne sredine pomoću test sistema. Određivanje jona kobalta kolorimetrijskom metodom iz rastvora, koncentracija iona bakra.

teza, dodana 30.05.2007


Hemijski uticaj gvožđa i drugih teških metala na ljude. Gravimetrijska i titrimetrijska metoda, potenciometrija, voltametrija, kulometrija, elektrogravimetrija, atomska emisiona spektroskopija, fotometrijska i luminescentna analiza.

kurs, dodan 12.08.2010


Određivanje koncentracije teških metala, fosfora i ukupnog sadržaja redukcionih sredstava u vodama i primorske biljke. Nivo zagađenja vazduha u gradovima. Uzorkovanje na sorbentu nakon čega slijedi termička desorpcija direktno u hromatografskom isparivaču.

disertacije, dodato 18.07.2011


Struktura atoma metala. Položaj metala u periodnom sistemu. Grupe metala. Fizička svojstva metala. Hemijska svojstva metala. Korozija metala. Koncept legura. Metode dobijanja metala.

Teški metali u zemljištu

IN U poslednje vreme Zbog brzog razvoja industrije dolazi do značajnog povećanja nivoa teških metala u životnoj sredini. Izraz “teški metali” se odnosi na metale bilo čija je gustina veća od 5 g/cm 3 ili sa atomskim brojem većim od 20. Mada, postoji i druga tačka gledišta, prema kojoj je preko 40 hemijskih elemenata čija atomska masa prelazi 50 klasifikovani su kao teški metali na. jedinice Među hemijskim elementima, teški metali su najotrovniji i drugi su po stepenu opasnosti nakon pesticida. Istovremeno se sljedeći hemijski elementi smatraju toksičnim: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, Pt.

Fitotoksičnost teških metala zavisi od njihovih hemijskih svojstava: valencije, ionskog radijusa i sposobnosti formiranja kompleksa. U većini slučajeva, elementi su raspoređeni po toksičnosti: Cu > Ni > Cd > Zn > Pb > Hg > Fe > Mo > Mn. Međutim, ovaj niz može donekle varirati zbog nejednakog taloženja elemenata u tlu i prelaska u stanje nepristupačno biljkama, uslovima uzgoja i fiziološkim i genetskim karakteristikama samih biljaka. Transformacija i migracija teških metala odvija se pod direktnim i indirektnim uticajem reakcije kompleksiranja. Prilikom procjene zagađenja okoliša potrebno je uzeti u obzir svojstva tla i prije svega granulometrijski sastav, sadržaj humusa i puferski kapacitet. Kapacitet pufera odnosi se na sposobnost tla da održava koncentraciju metala u zemljišnoj otopini na konstantnom nivou.

U zemljištu su teški metali prisutni u dvije faze – čvrstoj i u zemljišnom rastvoru. Oblik postojanja metala određen je reakcijom okoline, hemijskim i materijalnim sastavom zemljišne otopine i, prije svega, sadržajem organskih tvari. Kompleksni elementi koji zagađuju tlo koncentrirani su uglavnom u njegovom gornjem sloju od 10 cm. Međutim, kada se tlo s niskim puferom zakiseli, značajan dio metala iz stanja apsorbiranog razmjenom prelazi u otopinu tla. Kadmijum, bakar, nikl i kobalt imaju snažnu sposobnost migracije u kiseloj sredini. Smanjenje pH za 1,8-2 jedinice dovodi do povećanja pokretljivosti cinka za 3,8-5,4, kadmijuma za 4-8, bakra za 2-3 puta. .

Tabela 1 Standardi maksimalno dozvoljene koncentracije (MAC), osnovni sadržaj hemijskih elemenata u zemljištu (mg/kg)

	Klasa opasnosti		UEC prema grupama tla
	Može se ekstrahirati amonijum acetatnim puferom (pH=4,8)	Pjeskovita, pjeskovita ilovača	Ilovasti, glinoviti
pH xl< 5,5	pH xl > 5,5

Stoga, kada teški metali uđu u tlo, oni brzo stupaju u interakciju s organskim ligandima i formiraju kompleksna jedinjenja. Dakle, pri niskim koncentracijama u zemljištu (20-30 mg/kg) oko 30% olova je u obliku kompleksa sa organskom materijom. Udio složenih spojeva olova raste s povećanjem koncentracije do 400 mg/g, a zatim opada. Metali se također sorbiraju (izmjenjivo ili neizmjenjivo) sedimentima hidroksida željeza i mangana, minerala gline i organske tvari tla. Metali dostupni biljkama i sposobni za ispiranje nalaze se u otopini tla u obliku slobodnih jona, kompleksa i kelata.

Apsorpcija HM u zemljištu u velikoj mjeri ovisi o reakciji okoline i o tome koji anioni prevladavaju u otopini tla. U kiseloj sredini bakar, olovo i cink se više apsorbuju, a u alkalnoj sredini kadmijum i kobalt se intenzivno apsorbuju. Bakar se prvenstveno vezuje za organske ligande i hidrokside gvožđa.

Tabela 2. Pokretljivost mikroelemenata u različitim tlima u zavisnosti od pH rastvora zemljišta

Tlo i klimatski faktori često određuju smjer i brzinu migracije i transformacije HM u tlu. Dakle, uslovi zemljišnog i vodnog režima šumsko-stepske zone doprinose intenzivnoj vertikalnoj migraciji HM duž profila tla, uključujući i mogući prijenos metala sa protokom vode duž pukotina, korijenskih prolaza itd. .

Nikl (Ni) je element grupe VIII periodnog sistema sa atomska masa 58.71. Nikl, zajedno sa Mn, Fe, Co i Cu, spada u takozvane prelazne metale, čija jedinjenja imaju visoku biološku aktivnost. Zbog strukturnih karakteristika elektronskih orbitala, gore navedeni metali, uključujući nikal, imaju izraženu sposobnost formiranja kompleksa. Nikl je sposoban formirati stabilne komplekse, na primjer, sa cisteinom i citratom, kao i sa mnogim organskim i neorganskim ligandima. Geohemijski sastav izvornih stijena u velikoj mjeri određuje sadržaj nikla u tlu. Najveća količina nikla sadržana je u zemljištima formiranim od bazičnih i ultrabazičnih stijena. Prema nekim autorima, granice viška i toksičnosti nikla za većinu vrsta variraju od 10 do 100 mg/kg. Najveći dio nikla je nepomično fiksiran u tlu, a vrlo slaba migracija u koloidnom stanju iu sastavu mehaničkih suspenzija ne utiče na njihovu distribuciju duž vertikalnog profila i prilično je ujednačena.

Olovo (Pb). Hemija olova u tlu određena je delikatnom ravnotežom suprotno usmjerenih procesa: sorpcija-desorpcija, otapanje-prelazak u čvrsto stanje. Olovo koje se oslobađa u tlo uključeno je u ciklus fizičkih, hemijskih i fizičko-hemijskih transformacija. U početku dominiraju procesi mehaničkog kretanja (čestice olova se kreću po površini i kroz pukotine u tlu) i konvektivna difuzija. Zatim, kako se jedinjenja olova u čvrstoj fazi rastvaraju, u igru ​​stupaju složeniji fizički i hemijski procesi (posebno procesi jonske difuzije), praćeni transformacijom jedinjenja olova koja pristižu sa prašinom.

Utvrđeno je da olovo migrira i vertikalno i horizontalno, pri čemu drugi proces prevladava nad prvim. Tokom 3 godine posmatranja na mješovitoj livadi, olovna prašina nanesena lokalno na površinu tla pomjerila se horizontalno za 25-35 cm, a dubina njenog prodiranja u debljinu tla bila je 10-15 cm. Biološki faktori igraju važnu ulogu u migraciji olova: korijenje biljaka apsorbira ione metala; tokom vegetacije kreću se kroz tlo; Kada biljke uginu i raspadaju, olovo se oslobađa u okolnu masu tla.

Poznato je da tlo ima sposobnost da veže (sorbira) tehnogeno olovo koje ulazi u njega. Vjeruje se da sorpcija uključuje nekoliko procesa: potpunu razmjenu sa katjonima apsorpcionog kompleksa tla (nespecifična adsorpcija) i niz reakcija kompleksiranja olova sa donorima komponenti tla (specifična adsorpcija). U tlu se olovo povezuje uglavnom sa organskom materijom, kao i sa mineralima gline, oksidima mangana i hidroksidima gvožđa i aluminijuma. Vezivanjem olova, humus sprječava njegovu migraciju u susjedne sredine i ograničava ulazak u biljke. Od minerala gline, ilite karakterizira sklonost ka sorpciji olova. Povećanje pH u tlu pri vapnenju dovodi do još većeg vezivanja olova u tlu zbog stvaranja teško topljivih spojeva (hidroksidi, karbonati itd.).

Olovo, prisutno u tlu u pokretnim oblicima, vremenom se fiksira komponente tla i postaje nedostupan biljkama. Prema domaćim istraživačima, olovo je najčvršće fiksirano u černozemima i tresetno-muljnim tlima.

Kadmijum (Cd) Posebnost kadmijuma, po čemu se razlikuje od ostalih HM, je da je u zemljišnom rastvoru prisutan uglavnom u obliku kationa (Cd 2+), iako u zemljištu sa neutralnom reakcionom sredinom može formirati teško rastvorljiv kompleksi sa sulfatima i fosfatima ili hidroksidima.

Prema dostupnim podacima, koncentracija kadmijuma u zemljišnim otopinama pozadinskog tla kreće se od 0,2 do 6 μg/l. U područjima zagađenja tla povećava se na 300-400 µg/l. .

Poznato je da je kadmijum u zemljištu veoma pokretljiv, tj. je sposoban da se kreće u velikim količinama iz čvrste faze u tečnu fazu i nazad (što otežava predviđanje njegovog ulaska u biljku). Mehanizmi koji reguliraju koncentraciju kadmijuma u zemljišnoj otopini određeni su sorpcijskim procesima (pod sorpcijom podrazumijevamo samu adsorpciju, taloženje i kompleksiranje). Kadmijum se apsorbuje u zemljištu u manjim količinama od ostalih HM. Za karakterizaciju mobilnosti teških metala u tlu koristi se omjer koncentracija metala u čvrstoj fazi prema onoj u ravnotežnom rastvoru. Visoke vrijednosti Ovaj omjer ukazuje da se teški metali zadržavaju u čvrstoj fazi zbog reakcije sorpcije; niske vrijednosti zbog činjenice da su metali u otopini, odakle mogu migrirati u druge sredine ili stupiti u različite reakcije (geohemijske ili biološke ). Poznato je da je vodeći proces u vezivanju kadmijuma adsorpcija glinama. Istraživanja posljednjih godina također je pokazao važnu ulogu hidroksilnih grupa, željeznih oksida i organske tvari u ovom procesu. Kada je nivo zagađenja nizak, a reakcija okoline neutralna, kadmijum se adsorbuje uglavnom oksidima gvožđa. A u kiseloj sredini (pH=5), organska tvar počinje djelovati kao moćan adsorbens. Pri nižim pH vrijednostima (pH=4), funkcije adsorpcije se prebacuju gotovo isključivo na organsku tvar. Mineralne komponente prestaju da igraju bilo kakvu ulogu u ovim procesima.

Poznato je da kadmijum ne samo da se sorbuje na površini tla, već se i fiksira usled taloženja, koagulacije i interpaketne apsorpcije minerala gline. Difundira unutar čestica tla kroz mikropore i na druge načine.

Kadmijum se fiksira na različite načine u zemljištu različite vrste. Do sada se malo zna o kompetitivnim odnosima kadmijuma sa drugim metalima u procesima sorpcije u kompleksu koji apsorbuje tlo. Prema istraživanju stručnjaka sa Tehničkog univerziteta u Kopenhagenu (Danska), u prisustvu nikla, kobalta i cinka, apsorpcija kadmijuma u zemljištu je bila potisnuta. Druge studije su pokazale da su procesi sorpcije kadmijuma u zemljištu prigušeni u prisustvu jona hlora. Zasićenost tla ionima Ca 2+ dovela je do povećanja sorpcije kadmijuma. Mnoge veze kadmijuma s komponentama tla pokazuju se krhkim; pod određenim uvjetima (na primjer, kisela reakcija okoline), oslobađa se i vraća se u otopinu.

Otkrivena je uloga mikroorganizama u procesu rastvaranja kadmijuma i njegovog prelaska u mobilno stanje. Kao rezultat njihove vitalne aktivnosti nastaju ili vodotopivi metalni kompleksi ili se stvaraju fizičko-hemijski uslovi koji su povoljni za prijelaz kadmijuma iz čvrste u tečnu fazu.

Procesi koji se odvijaju sa kadmijumom u tlu (sorpcija-desorpcija, prelazak u rastvor itd.) su međusobno povezani i ovisni, a snabdevanje biljaka ovim metalom zavisi od njihovog smera, intenziteta i dubine. Poznato je da količina sorpcije kadmijuma u tlu ovisi o pH vrijednosti: što je pH tla veći, ono više kadmijuma apsorbira. Tako se, prema dostupnim podacima, u rasponu pH od 4 do 7,7, s povećanjem pH za jednu jedinicu, sorpcijski kapacitet tla u odnosu na kadmij povećao približno tri puta.

Cink (Zn). Nedostatak cinka može se manifestirati kako na kiselim, visoko podzoliziranim lakim tlima, tako i na karbonatnim tlima siromašnim cinkom i na tlima bogatim humusom. Manifestacija nedostatka cinka pojačava se upotrebom visokih doza fosfornih đubriva i snažnim oranjem podzemlja do obradivog horizonta.

Najveći bruto sadržaj cinka je u zemljištima tundre (53-76 mg/kg) i černozema (24-90 mg/kg), a najmanji u zemljišno-podzolistim zemljištima (20-67 mg/kg). Nedostatak cinka najčešće se javlja na neutralnim i slabo alkalnim karbonatnim tlima. U kiselim tlima cink je pokretljiviji i dostupniji biljkama.

Cink je u tlu prisutan u jonskom obliku, gdje se adsorbira mehanizmom kationske izmjene u kiseloj sredini ili kao rezultat hemisorpcije u alkalnoj sredini. Najmobilniji ion je Zn 2+. Na pokretljivost cinka u zemljištu uglavnom utiču pH i sadržaj glinenih minerala. Na pH<6 подвижность Zn 2+ возрастает, что приводит к его выщелачиванию. Попадая в межпакетные пространства кристаллической решетки монтмориллонита, ионы цинка теряют свою подвижность. Кроме того, цинк образует устойчивые формы с органическим веществом почвы, поэтому он накапливается в основном в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе .

Nije tajna da svi žele da imaju vikendicu u ekološki čistom području, gdje nema urbanog zagađenja plinom. Okolina sadrži teške metale (arsen, olovo, bakar, živu, kadmijum, mangan i druge), koji čak potiču iz izduvnih gasova automobila. Treba shvatiti da je zemlja prirodni pročišćivač atmosfere i podzemnih voda, akumulira ne samo teške metale, već i štetne pesticide s ugljovodonicima. Biljke, zauzvrat, uzimaju sve što im tlo daje. Metal, taloženje u tlu, šteti ne samo samom tlu, već i biljkama, a kao rezultat toga i ljudima.

U blizini glavne ceste ima dosta čađi, koja prodire u površinske slojeve tla i taloži se na listovima biljaka. Na takvoj parceli ne mogu se uzgajati korjenasti usjevi, voće, bobičasto voće i drugi plodni usjevi. Minimalna udaljenost od ceste je 50 m.

Tlo ispunjeno teškim metalima je loše tlo; teški metali su otrovni. Na njemu nikada nećete vidjeti mrave, mljevene bube ili gliste, ali će biti velika koncentracija insekata sisača. Biljke često pate od gljivičnih bolesti, suše se i nisu otporne na štetočine.

Najopasniji su pokretni spojevi teških metala, koji se lako stvaraju u kiselom tlu. Dokazano je da biljke uzgojene u kiselom ili laganom pjeskovitom tlu sadrže više metala od onih uzgojenih na neutralnom ili vapnenačkom tlu. Štoviše, posebno je opasno pješčano tlo kisele reakcije, lako se akumulira i isto tako lako ispire, završavajući u podzemnim vodama. Okućnica, u kojoj je lavovski udio gline, također je lako podložna nakupljanju teških metala, dok se samočišćenje odvija dugo i sporo. Najsigurnije i najstabilnije tlo je černozem, obogaćen vapnom i humusom.

Šta učiniti ako u tlu ima teških metala? Postoji nekoliko načina za rješavanje problema.

1. Neuspješna parcela se može prodati.

2. Vapnenje je dobar način za smanjenje koncentracije teških metala u tlu. Postoje različiti. Najjednostavniji: bacite šaku zemlje u posudu s octom; ako se pojavi pjena, onda je tlo alkalno. Ili zakopajte malo u tlo, ako u njemu pronađete bijeli sloj, onda je prisutna kiselost. Pitanje je koliko. Nakon krečenja, redovno provjeravajte kiselost; možda ćete morati ponoviti postupak. Kreč sa dolomitnim brašnom, šljaka visoke peći, tresetni pepeo, krečnjak.

Ako se u zemlji već nakupilo mnogo teških metala, tada će biti korisno ukloniti gornji sloj zemlje (20-30 cm) i zamijeniti ga crnom zemljom.

3. Stalno prihranjivanje organskim đubrivima (stajnjak, kompost). Što više humusa ima u tlu, to sadrži manje teških metala, a toksičnost se smanjuje. Loše, neplodno tlo nije u stanju da zaštiti biljke. Nemojte prezasititi mineralnim đubrivima, posebno dušikom. Mineralna đubriva brzo razgrađuju organsku materiju.

4. Površinsko labavljenje. Nakon otpuštanja obavezno nanesite treset ili kompost. Prilikom labavljenja korisno je dodati vermikulit, koji će postati barijera između biljaka i otrovnih tvari u tlu.

5. Pranje zemlje samo sa dobrom drenažom. U suprotnom će se teški metali širiti po cijelom području s vodom. Napunite čistom vodom tako da se za povrtarske kulture opere sloj zemlje od 30-50 cm, a za voćke i drveće do 120 cm. Ispiranje se vrši u proljeće, kada ima dovoljno vlage u tlu nakon zime.

6. Uklonite gornji sloj zemlje, napravite dobru drenažu od ekspandirane gline ili šljunka, a gornji napunite crnom zemljom.

7. Biljke uzgajajte u kontejnerima ili staklenicima gdje se tlo može lako zamijeniti. Obratite pažnju, nemojte dugo uzgajati biljku na jednom mjestu.

8. Ako je okućnica blizu puta, onda postoji velika vjerovatnoća da u zemljištu ima olova koje izlazi sa izduvnim gasovima automobila. Ekstrahirajte olovo sadnjom graška između biljaka; ne berite. U jesen iskopati grašak i spaliti ga zajedno s plodovima. Zemljište će poboljšati biljke sa snažnim, dubokim korijenskim sistemom, koji će prenositi fosfor, kalijum i kalcijum iz dubokog sloja u gornji sloj.

9. Povrće i voće uzgajano na teškom tlu uvijek treba podvrgnuti toplinskoj obradi ili barem oprati pod tekućom vodom, čime se uklanja atmosferska prašina.

10. U zagađenim područjima ili područjima u blizini puta, postavlja se neprekidna ograda, mreža lančića neće postati prepreka protiv prašine sa puta. Obavezno posadite listopadno drveće iza ograde (). Kao opcija, odlična zaštita će biti višeslojne sadnje, koje će igrati ulogu zaštitnika od atmosferske prašine i čađe.

Prisutnost teških metala u tlu nije smrtna kazna, glavna stvar je pravovremeno ih identificirati i neutralizirati.

PAGE_BREAK-- teški metali, koji karakteriše široku grupu zagađivača, nedavno je postao široko rasprostranjen. U raznim naučnim i primenjenim radovima, autori različito tumače značenje ovog pojma. U tom smislu, količina elemenata klasifikovanih kao teški metali veoma varira. Brojne karakteristike se koriste kao kriterijumi za članstvo: atomska masa, gustina, toksičnost, rasprostranjenost u prirodnom okruženju, stepen uključenosti u prirodne i veštačke cikluse. U nekim slučajevima, definicija teških metala uključuje elemente koji su klasifikovani kao krti (na primjer, bizmut) ili metaloidi (na primjer, arsen).

U radovima posvećenim problemima zagađenja životne sredine i monitoringu životne sredine, danas teški metali uključuje više od 40 metala periodnog sistema D.I. Mendeljejev sa atomskom masom od preko 50 atomskih jedinica: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi itd. Istovremeno, sljedeća stanja igraju važnu ulogu u kategorizaciji teških metala: njihova visoka toksičnost za žive organizme u relativno niskim koncentracijama, kao i sposobnost bioakumulacije i biomagnifikacije. Gotovo svi metali koji potpadaju pod ovu definiciju (s izuzetkom olova, žive, kadmijuma i bizmuta, čija je biološka uloga trenutno nejasna) aktivno su uključeni u biološke procese i dio su mnogih enzima. Prema klasifikaciji N. Reimersa, metale sa gustinom većom od 8 g/cm3 treba smatrati teškim. Dakle, teški metali uključuju Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Formalno definisano teški metali odgovara velikom broju elemenata. Međutim, prema istraživačima koji se bave praktičnim aktivnostima vezanim za organizovanje posmatranja stanja i zagađenja životne sredine, jedinjenja ovih elemenata daleko su od ekvivalenta zagađivačima. Zbog toga se u mnogim radovima sužava obim grupe teških metala, u skladu sa kriterijumima prioriteta određenim smerom i specifičnostima rada. Tako, u sada već klasičnim radovima Yu.A. Izrael na listi hemijskih supstanci koje treba odrediti u prirodnim sredinama na pozadinskim stanicama u rezervatima biosfere, u odjeljku teški metali imenovani Pb, Hg, Cd, As. S druge strane, prema odluci Radne grupe za emisije teških metala, koja radi pod pokroviteljstvom Ekonomske komisije Ujedinjenih nacija za Evropu i prikuplja i analizira informacije o emisijama zagađujućih materija u evropskim zemljama, samo Zn, As, Se i Sb pripisivali su se teški metali. Prema definiciji N. Reimersa, plemeniti i rijetki metali se izdvajaju od teških metala, odnosno ostaju samo Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. U primijenjenom radu najčešće se dodaju teški metali Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.

Metalni joni su bitne komponente prirodnih vodenih tijela. U zavisnosti od uslova okoline (pH, redoks potencijal, prisustvo liganada), postoje u različitim oksidacionim stanjima i deo su raznih neorganskih i organometalnih jedinjenja, koja mogu biti istinski rastvorena, koloidno dispergovana ili deo mineralnih i organskih suspenzija.

Istinski otopljeni oblici metala su pak vrlo raznoliki, što je povezano s procesima hidrolize, hidrolitičke polimerizacije (formiranje polinuklearnih hidrokso kompleksa) i kompleksiranja s različitim ligandima. Shodno tome, i katalitička svojstva metala i njihova dostupnost za vodene mikroorganizme zavise od oblika njihovog postojanja u vodenom ekosistemu.

Mnogi metali formiraju prilično jake komplekse sa organskom materijom; Ovi kompleksi su jedan od najvažnijih oblika migracije elemenata u prirodnim vodama. Većina organskih kompleksa nastaje putem helatnog ciklusa i stabilna je. Kompleksi koje formiraju kiseline u tlu sa solima gvožđa, aluminijuma, titanijuma, uranijuma, vanadijuma, bakra, molibdena i drugih teških metala relativno su dobro rastvorljivi u neutralnim, blago kiselim i slabo alkalnim sredinama. Stoga su organometalni kompleksi sposobni migrirati u prirodnim vodama na vrlo velike udaljenosti. Ovo je posebno važno za niskomineralizirane i prvenstveno površinske vode u kojima je nemoguće formiranje drugih kompleksa.

Za razumijevanje faktora koji regulišu koncentraciju metala u prirodnim vodama, njihovu hemijsku reaktivnost, bioraspoloživost i toksičnost, potrebno je poznavati ne samo ukupan sadržaj, već i udio slobodnih i vezanih oblika metala.

Prelazak metala u vodenoj sredini u oblik metalnog kompleksa ima tri posledice:

1. Do povećanja ukupne koncentracije metalnih jona može doći zbog njihovog prelaska u otopinu iz donjih sedimenata;

2. Permeabilnost membrane kompleksnih jona može se značajno razlikovati od permeabilnosti hidratisanih jona;

3. Toksičnost metala može se značajno promijeniti kao rezultat kompleksiranja.

Dakle, helatni oblici Cu, Cd, Hg manje toksični od slobodnih jona. Za razumijevanje faktora koji regulišu koncentraciju metala u prirodnim vodama, njihovu hemijsku reaktivnost, bioraspoloživost i toksičnost, potrebno je poznavati ne samo ukupan sadržaj, već i udio vezanih i slobodnih oblika.

Izvori zagađivanja vode teškim metalima su otpadne vode iz galvanskih radionica, rudarskih preduzeća, crne i obojene metalurgije i mašinogradnje. Teški metali se nalaze u gnojivima i pesticidima i mogu ući u vodena tijela kroz poljoprivredne vode.

Povećane koncentracije teških metala u prirodnim vodama često su povezane s drugim vrstama zagađenja, kao što je acidifikacija. Kisela precipitacija doprinosi smanjenju pH i prijelazu metala iz stanja sorbiranog na mineralne i organske tvari u slobodno stanje.

Prije svega, od interesa su oni metali koji najviše zagađuju atmosferu zbog svoje upotrebe u značajnim količinama u industrijskim djelatnostima i, kao rezultat akumulacije u vanjskoj sredini, predstavljaju ozbiljnu opasnost po svojoj biološkoj aktivnosti i toksičnim svojstvima. . To uključuje olovo, živu, kadmijum, cink, bizmut, kobalt, nikl, bakar, kalaj, antimon, vanadijum, mangan, hrom, molibden i arsen.
Biogeokemijska svojstva teških metala

V - visoka, U - umjerena, N - niska

Vanadijum.

Vanadijum se pretežno nalazi u raspršenom stanju i nalazi se u željeznim rudama, nafti, asfaltu, bitumenu, uljnim škriljcima, uglju itd. Jedan od glavnih izvora zagađenja prirodnih voda vanadijem je nafta i njeni rafinirani proizvodi.

U prirodnim vodama se javlja u vrlo niskim koncentracijama: u riječnoj vodi 0,2 - 4,5 μg/dm3, u morskoj vodi - u prosjeku 2 μg/dm3

U vodi formira stabilne anjonske komplekse (V4O12)4- i (V10O26)6-. U migraciji vanadijuma značajna je uloga rastvorenih kompleksnih jedinjenja sa organskim materijama, posebno sa huminskim kiselinama.

Povišene koncentracije vanadijuma su štetne za ljudsko zdravlje. MPC vanadijuma je 0,1 mg/dm3 (granični indikator opasnosti je sanitarno-toksikološki), MPCv je 0,001 mg/dm3.

Prirodni izvori bizmuta koji ulazi u prirodne vode su procesi ispiranja minerala koji sadrže bizmut. Izvor ulaska u prirodne vode mogu biti i otpadne vode iz farmaceutske i parfemske proizvodnje, te nekih preduzeća staklarske industrije.

Nalazi se u submikrogramskim koncentracijama u nezagađenim površinskim vodama. Najveća koncentracija utvrđena je u podzemnim vodama i iznosi 20 μg/dm3, u morskim vodama 0,02 μg/dm3 MAC je 0,1 mg/dm3

Glavni izvori jedinjenja željeza u površinskim vodama su procesi hemijskog trošenja stijena, praćeni njihovim mehaničkim uništavanjem i rastvaranjem. U procesu interakcije sa mineralnim i organskim supstancama sadržanim u prirodnim vodama nastaje složeni kompleks spojeva željeza koji se nalaze u vodi u otopljenom, koloidnom i suspendiranom stanju. Značajne količine gvožđa potiču iz podzemnih i otpadnih voda iz metalurške, metaloprerađivačke, tekstilne industrije, industrije boja i lakova i poljoprivrednih otpadnih voda.

Fazne ravnoteže zavise od hemijskog sastava vode, pH, Eh i, donekle, temperature. U rutinskoj analizi ponderisani oblik emituju čestice veće od 0,45 mikrona. Sastoji se pretežno od minerala koji sadrže željezo, hidrata željeznog oksida i spojeva željeza sorbiranih u suspenzijama. Istinski otopljeni i koloidni oblici se obično razmatraju zajedno. Otopljeno gvožđe predstavljen je spojevima u jonskom obliku, u obliku hidrokso kompleksa i kompleksima sa otopljenim neorganskim i organskim supstancama prirodnih voda. Uglavnom Fe(II) migrira u jonskom obliku, a Fe(III) u odsustvu kompleksnih supstanci ne može biti u otopljenom stanju u značajnijim količinama.

Gvožđe se uglavnom nalazi u vodama sa niskim vrednostima Eh.

Kao rezultat hemijske i biohemijske (uz učešće željeznih bakterija) oksidacije, Fe(II) prelazi u Fe(III), koji se hidroliziranjem taloži u obliku Fe(OH)3. I Fe(II) i Fe(III) karakteriše sklonost formiranju hidrokso kompleksa tipa +, 4+, +, 3+, - i drugi, koji koegzistiraju u rastvoru u različitim koncentracijama u zavisnosti od pH i generalno određuju stanje gvožđe-hidroksil sistema. Glavni oblik Fe(III) u površinskim vodama su njegovi kompleksni spojevi s otopljenim neorganskim i organskim jedinjenjima, uglavnom humusnim tvarima. Pri pH = 8,0 glavni oblik je Fe(OH)3. Koloidni oblik gvožđa je najmanje proučen, sastoji se od hidrata željeznog oksida Fe(OH)3 i kompleksa sa organskim supstancama.

Sadržaj gvožđa u površinskim vodama kopna je desetine miligrama; u blizini močvara je nekoliko miligrama. Povećan sadržaj gvožđa uočen je u močvarnim vodama, u kojima se nalazi u obliku kompleksa sa solima huminskih kiselina - humatima. Najveće koncentracije željeza (do nekoliko desetina i stotina miligrama po 1 dm3) uočene su u podzemnim vodama sa niskim pH vrijednostima.

Kao biološki aktivan element, željezo u određenoj mjeri utiče na intenzitet razvoja fitoplanktona i kvalitativni sastav mikroflore u rezervoaru.

Koncentracije gvožđa su podložne izrazitim sezonskim fluktuacijama. Tipično, u rezervoarima sa visokom biološkom produktivnošću tokom perioda ljetne i zimske stagnacije, primjetno je povećanje koncentracije željeza u donjim slojevima vode. Jesenje-proljetno miješanje vodenih masa (homotermija) praćeno je oksidacijom Fe(II) u Fe(III) i taloženjem potonjeg u obliku Fe(OH)3.

U prirodne vode ulazi ispiranjem tla, polimetalnih i bakrenih ruda, kao rezultat razgradnje vodenih organizama sposobnih da ga akumuliraju. Jedinjenja kadmijuma se u površinske vode unose otpadnim vodama iz olovno-cinkanih fabrika, postrojenja za preradu rude, niza hemijskih preduzeća (proizvodnja sumporne kiseline), galvanske proizvodnje, a takođe i sa rudničkim vodama. Do smanjenja koncentracije otopljenih spojeva kadmija dolazi zbog procesa sorpcije, taloženja kadmij hidroksida i karbonata i njihove potrošnje od strane vodenih organizama.

Otopljeni oblici kadmijuma u prirodnim vodama su uglavnom mineralni i organomineralni kompleksi. Glavni suspendovani oblik kadmijuma su njegova sorbovana jedinjenja. Značajan dio kadmijuma može migrirati unutar ćelija vodenih organizama.

U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama kadmij se nalazi u submikrogramskim koncentracijama, a u zagađenim i otpadnim vodama koncentracija kadmijuma može doseći desetine mikrograma po 1 dm3.

Jedinjenja kadmija igraju važnu ulogu u životnim procesima životinja i ljudi. U povišenim koncentracijama je toksičan, posebno u kombinaciji s drugim toksičnim tvarima.

Najveća dozvoljena koncentracija je 0,001 mg/dm3, maksimalno dozvoljena koncentracija je 0,0005 mg/dm3 (granični znak štetnosti je toksikološki).

Jedinjenja kobalta ulaze u prirodne vode kao rezultat procesa ispiranja iz bakarnog pirita i drugih ruda, iz tla tokom razgradnje organizama i biljaka, kao i sa otpadnim vodama iz metalurških, metaloprerađivačkih i hemijskih postrojenja. Neke količine kobalta dolaze iz tla kao rezultat razgradnje biljnih i životinjskih organizama.

Jedinjenja kobalta u prirodnim vodama nalaze se u otopljenom i suspendiranom stanju, čiji je kvantitativni odnos određen hemijskim sastavom vode, temperaturom i pH vrijednostima. Otopljeni oblici su uglavnom predstavljeni kompleksnim jedinjenjima, uklj. sa organskim materijama prirodnih voda. Za površinske vode najtipičniji su spojevi dvovalentnog kobalta. U prisustvu oksidatora, trovalentni kobalt može postojati u primjetnim koncentracijama.

Kobalt je jedan od biološki aktivnih elemenata i uvijek se nalazi u tijelu životinja i biljaka. Nedovoljan sadržaj kobalta u tlu povezan je sa nedovoljnim sadržajem kobalta u biljkama, što doprinosi razvoju anemije kod životinja (tajga-šumska nečernozemska zona). Kao dio vitamina B12, kobalt vrlo aktivno utječe na opskrbu dušičnim tvarima, povećava sadržaj hlorofila i askorbinske kiseline, aktivira biosintezu i povećava sadržaj proteinskog dušika u biljkama. Međutim, povećane koncentracije jedinjenja kobalta su toksične.

U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama, njegov sadržaj se kreće od desetinki do tisućitih dijelova miligrama po 1 dm3, prosječni sadržaj u morskoj vodi je 0,5 μg/dm3. Najveća dozvoljena koncentracija je 0,1 mg/dm3, maksimalno dozvoljena koncentracija je 0,01 mg/dm3.

Mangan

Mangan ulazi u površinske vode kao rezultat ispiranja feromanganskih ruda i drugih minerala koji sadrže mangan (pirolusit, psilomelan, braunit, manganit, crni oker). Značajne količine mangana nastaju razgradnjom vodenih životinja i biljnih organizama, posebno plavo-zelenih, dijatomeja i viših vodenih biljaka. Jedinjenja mangana se prenose u rezervoare sa otpadnim vodama iz fabrika za obogaćivanje mangana, metalurških postrojenja, preduzeća hemijske industrije i rudničke vode.

Smanjenje koncentracije jona mangana u prirodnim vodama nastaje kao rezultat oksidacije Mn(II) u MnO2 i druge visokovalentne okside koji se talože. Glavni parametri koji određuju reakciju oksidacije su koncentracija otopljenog kisika, pH vrijednost i temperatura. Koncentracija otopljenih spojeva mangana se smanjuje zbog njihovog korištenja algama.

Glavni oblik migracije jedinjenja mangana u površinskim vodama su suspenzije, čiji je sastav određen sastavom stena koje dreniraju vode, kao i koloidnih hidroksida teških metala i sorbovanih jedinjenja mangana. Organske supstance i procesi kompleksnog formiranja mangana sa neorganskim i organskim ligandima imaju značajan značaj u migraciji mangana u rastvorenom i koloidnom obliku. Mn(II) formira rastvorljive komplekse sa bikarbonatima i sulfatima. Kompleksi mangana sa jonima hlora su rijetki. Kompleksna jedinjenja Mn(II) sa organskim supstancama su obično manje stabilna nego sa drugim prelaznim metalima. To uključuje spojeve s aminima, organskim kiselinama, aminokiselinama i huminskim tvarima. Mn(III) u visokim koncentracijama može biti u otopljenom stanju samo u prisustvu jakih kompleksnih agenasa, Mn(YII) se ne nalazi u prirodnim vodama.

U riječnim vodama sadržaj mangana se obično kreće od 1 do 160 μg/dm3, prosječan sadržaj u morskim vodama je 2 μg/dm3, u podzemnim vodama - n.102 - n.103 μg/dm3.

Koncentracije mangana u površinskim vodama podložne su sezonskim fluktuacijama.

Faktori koji određuju promjene u koncentracijama mangana su odnos površinskog i podzemnog oticanja, intenzitet njegove potrošnje tokom fotosinteze, razgradnja fitoplanktona, mikroorganizama i više vodene vegetacije, kao i procesi njegovog taloženja na dno vodenih tijela. .

Uloga mangana u životu viših biljaka i algi u vodnim tijelima je vrlo velika. Mangan potiče iskorištavanje CO2 od strane biljaka, što povećava intenzitet fotosinteze i učestvuje u procesima redukcije nitrata i asimilacije dušika od strane biljaka. Mangan podstiče prelazak aktivnog Fe(II) u Fe(III), koji štiti ćeliju od trovanja, ubrzava rast organizama itd. Važna ekološka i fiziološka uloga mangana zahtijeva proučavanje i distribuciju mangana u prirodnim vodama.

Za rezervoare za sanitarnu upotrebu, maksimalno dozvoljena koncentracija (MPC) (za jone mangana) je postavljena na 0,1 mg/dm3.

Ispod su karte distribucije prosječnih koncentracija metala: mangana, bakra, nikla i olova, konstruirane prema opservacijskim podacima za 1989-1993. u 123 grada. Pretpostavlja se da je upotreba novijih podataka neprikladna, jer su zbog smanjenja proizvodnje značajno smanjene koncentracije suspendiranih tvari, a samim tim i metala.

Utjecaj na zdravlje. Mnogi metali su dio prašine i imaju značajan utjecaj na zdravlje.

Mangan ulazi u atmosferu iz emisija iz crne metalurgije (60% svih emisija mangana), mašinstva i obrade metala (23%), obojene metalurgije (9%) i brojnih malih izvora, na primjer, iz zavarivanja.

Visoke koncentracije mangana dovode do neurotoksičnih efekata, progresivnog oštećenja centralnog nervnog sistema i upale pluća.
Najveće koncentracije mangana (0,57 - 0,66 μg/m3) uočene su u velikim metalurškim centrima: Lipecku i Čerepovcu, kao i Magadanu. Većina gradova sa visokim koncentracijama Mn (0,23 - 0,69 μg/m3) koncentrisana je na poluostrvu Kola: Zapolarny, Kandalaksha, Monchegorsk, Olenegorsk (vidi kartu).

Za 1991 - 1994 Emisije mangana iz industrijskih izvora smanjene su za 62%, prosječne koncentracije za 48%.

Bakar je jedan od najvažnijih elemenata u tragovima. Fiziološka aktivnost bakra povezana je uglavnom s njegovim uključivanjem u aktivne centre redoks enzima. Nedovoljan sadržaj bakra u zemljištu negativno utiče na sintezu proteina, masti i vitamina i doprinosi neplodnosti biljnih organizama. Bakar je uključen u proces fotosinteze i utiče na apsorpciju azota od strane biljaka. Istovremeno, prekomjerne koncentracije bakra negativno djeluju na biljne i životinjske organizme.

Cu(II) spojevi su najčešći u prirodnim vodama. Od jedinjenja Cu(I) najčešći su Cu2O, Cu2S i CuCl, koji su slabo rastvorljivi u vodi. U prisustvu liganada u vodenom mediju, uz ravnotežu disocijacije hidroksida, potrebno je voditi računa o stvaranju različitih kompleksnih oblika koji su u ravnoteži sa metalnim vodenim ionima.

Glavni izvor ulaska bakra u prirodne vode su otpadne vode iz hemijske i metalurške industrije, vode iz rudnika i aldehidni reagensi koji se koriste za uništavanje algi. Bakar može nastati kao posljedica korozije bakarnih cijevi i drugih struktura koje se koriste u vodovodnim sistemima. U podzemnim vodama sadržaj bakra je određen interakcijom vode sa stijenama koje ga sadrže (halkopirit, halkocit, kovelit, bornit, malahit, azurit, krizakola, brotantin).

Maksimalno dozvoljena koncentracija bakra u vodi akumulacija za upotrebu sanitarne vode je 0,1 mg/dm3 (ograničavajući znak opasnosti je opšta sanitarna), u vodi akumulacija za ribarstvo - 0,001 mg/dm3.

Grad

Norilsk

Monchegorsk

Krasnouralsk

Kolchugino

Zapolarny

Emisije M (hiljadu tona/godišnje) bakarnog oksida i prosječne godišnje koncentracije q (μg/m3) bakra.

Bakar ulazi u zrak s emisijama iz metalurške proizvodnje. U čvrstim emisijama sadržan je uglavnom u obliku jedinjenja, uglavnom bakrenog oksida.

Preduzeća obojene metalurgije čine 98,7% svih antropogenih emisija ovog metala, od čega 71% vrše preduzeća koncerna Norilsk Nickel locirana u Zapoljarnom i Nikelu, Mončegorsku i Norilsku, a prenosi se oko 25% emisija bakra. vani u Revdi i Krasnouralsku, Kolchuginu i drugima.

Visoke koncentracije bakra dovode do intoksikacije, anemije i hepatitisa.

Kao što se može vidjeti iz karte, najveće koncentracije bakra zabilježene su u gradovima Lipeck i Rudnaya Pristan. Koncentracije bakra su takođe povećane u gradovima na poluostrvu Kola, u Zapoljarnom, Mončegorsku, Nikelu, Olenegorsku, kao iu Norilsku.

Emisije bakra iz industrijskih izvora smanjene su za 34%, prosječne koncentracije za 42%.

molibden

Jedinjenja molibdena ulaze u površinske vode kao rezultat ispiranja iz egzogenih minerala koji sadrže molibden. Molibden također ulazi u vodna tijela sa otpadnim vodama iz prerađivačkih postrojenja i preduzeća obojene metalurgije. Smanjenje koncentracije molibdenovih jedinjenja nastaje kao rezultat taloženja teško rastvorljivih jedinjenja, procesa adsorpcije mineralnim suspenzijama i potrošnje biljnih vodenih organizama.

Molibden se u površinskim vodama uglavnom nalazi u obliku MoO42-. Vrlo je vjerovatno da postoji u obliku organomineralnih kompleksa. Mogućnost određenog nakupljanja u koloidnom stanju proizlazi iz činjenice da su proizvodi oksidacije molibdenita labave, fino dispergirane tvari.

U riječnim vodama molibden je pronađen u koncentracijama od 2,1 do 10,6 μg/dm3. Morska voda sadrži u prosjeku 10 µg/dm3 molibdena.

U malim količinama molibden je neophodan za normalan razvoj biljnih i životinjskih organizama. Molibden je dio enzima ksantin oksidaze. Kod nedostatka molibdena enzim se stvara u nedovoljnim količinama, što uzrokuje negativne reakcije u tijelu. U povišenim koncentracijama molibden je štetan. Sa viškom molibdena, metabolizam je poremećen.

Maksimalno dozvoljena koncentracija molibdena u vodnim tijelima za sanitarnu upotrebu je 0,25 mg/dm3.

Arsen u prirodne vode ulazi iz mineralnih izvora, područja mineralizacije arsena (arsenički pirit, realgar, orpiment), kao i iz zona oksidacije polimetalnih, bakar-kobaltnih i volframovih stijena. Dio arsena dolazi iz tla, kao i razgradnjom biljnih i životinjskih organizama. Potrošnja arsena od strane vodenih organizama jedan je od razloga smanjenja njegove koncentracije u vodi, što se najjasnije manifestira u periodu intenzivnog razvoja planktona.

Značajne količine arsena ulaze u vodna tijela iz otpadnih voda iz postrojenja za preradu, otpada od proizvodnje boja, kožara i postrojenja za proizvodnju pesticida, kao i sa poljoprivrednih površina na kojima se koriste pesticidi.

U prirodnim vodama jedinjenja arsena su u rastvorenom i suspendovanom stanju, a odnos između njih je određen hemijskim sastavom vode i pH vrednostima. U otopljenom obliku, arsen se javlja u tro- i petovalentnim oblicima, uglavnom kao anjoni.

U nezagađenim riječnim vodama, arsen se obično nalazi u mikrogramskim koncentracijama. U mineralnim vodama njegova koncentracija može doseći nekoliko miligrama po 1 dm3, u morskim vodama sadrži u prosjeku 3 µg/dm3, u podzemnim vodama nalazi se u koncentracijama od n.105 µg/dm3. Jedinjenja arsena u visokim koncentracijama su toksična za organizam životinja i ljudi: inhibiraju oksidativne procese i inhibiraju dotok kisika u organe i tkiva.

Maksimalno dozvoljena koncentracija arsena je 0,05 mg/dm3 (granični indikator opasnosti je sanitarno-toksikološki), a maksimalno dozvoljena koncentracija arsena je 0,05 mg/dm3.

Prisustvo nikla u prirodnim vodama je zbog sastava stijena kroz koje voda prolazi: nalazi se na mjestima gdje se talože sulfidne rude bakra-nikla i željezo-nikl rude. U vodu ulazi iz tla i iz biljnih i životinjskih organizama tokom njihovog propadanja. Povećan sadržaj nikla u odnosu na druge vrste algi pronađen je u plavo-zelenim algama. Jedinjenja nikla također ulaze u vodena tijela sa otpadnim vodama iz niklovanih radnji, pogona sintetičkog kaučuka i tvornica za koncentraciju nikla. Ogromne emisije nikla prate sagorevanje fosilnih goriva.

Njegova koncentracija može se smanjiti kao rezultat taloženja spojeva kao što su cijanidi, sulfidi, karbonati ili hidroksidi (s povećanjem pH vrijednosti), zbog njegove potrošnje u vodenim organizmima i procesa adsorpcije.

U površinskim vodama jedinjenja nikla su u rastvorenom, suspendovanom i koloidnom stanju, čiji kvantitativni odnos zavisi od sastava vode, temperature i pH vrednosti. Sorbenti za jedinjenja nikla mogu biti gvožđe hidroksid, organske supstance, visoko dispergovani kalcijum karbonat i gline. Otopljeni oblici su prvenstveno kompleksni joni, najčešće sa aminokiselinama, huminskim i fulvičnim kiselinama, a takođe i kao jak kompleks cijanida. Najčešća jedinjenja nikla u prirodnim vodama su ona u kojima se nalazi u +2 oksidacionom stanju. Ni3+ jedinjenja se obično formiraju u alkalnoj sredini.

Jedinjenja nikla igraju važnu ulogu u hematopoetskim procesima, budući da su katalizatori. Njegov povećani sadržaj ima specifičan učinak na kardiovaskularni sistem. Nikl je jedan od kancerogenih elemenata. Može uzrokovati respiratorne bolesti. Vjeruje se da su slobodni ioni nikla (Ni2+) otprilike 2 puta toksičniji od njegovih kompleksnih spojeva.

U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama koncentracija nikla se obično kreće od 0,8 do 10 μg/dm3; u zagađenim iznosi nekoliko desetina mikrograma po 1 dm3. Prosječna koncentracija nikla u morskoj vodi je 2 μg/dm3, u podzemnoj vodi n.103 μg/dm3. U podzemnim vodama koje ispiraju stijene koje sadrže nikl, koncentracija nikla se ponekad povećava do 20 mg/dm3.

Nikl ulazi u atmosferu iz preduzeća obojene metalurgije, koja čine 97% svih emisija nikla, od čega 89% dolazi iz preduzeća koncerna Norilsk Nickel koji se nalaze u Zapolarnom i Nikelu, Mončegorsku i Norilsku.

Povećan sadržaj nikla u životnoj sredini dovodi do pojave endemskih bolesti, karcinoma bronha. Jedinjenja nikla pripadaju grupi 1 kancerogena.
Mapa pokazuje nekoliko tačaka sa visokim prosječnim koncentracijama nikla na lokacijama koncerna Norilsk Nickel: Apatity, Kandalaksha, Monchegorsk, Olenegorsk.

Emisije nikla iz industrijskih preduzeća smanjene su za 28%, prosječne koncentracije za 35%.

Emisije M (hiljadu tona/godišnje) i prosječne godišnje koncentracije q (µg/m3) nikla.

U prirodne vode ulazi kao rezultat procesa ispiranja minerala koji sadrže kalaj (kasiterit, stanin), kao i sa otpadnim vodama iz raznih industrija (odumiranje tkanina, sinteza organskih boja, proizvodnja legura sa dodatkom kalaja i dr. ).

Toksični učinak kalaja je mali.

U nezagađenim površinskim vodama kositar se nalazi u submikrogramskim koncentracijama. U podzemnim vodama njegova koncentracija doseže nekoliko mikrograma po 1 dm3. Maksimalna dozvoljena koncentracija je 2 mg/dm3.

Jedinjenja žive mogu dospjeti u površinske vode kao rezultat ispiranja stijena u području živinih naslaga (cinabar, metacinabarit, vingstonit), prilikom razgradnje vodenih organizama koji akumuliraju živu. Značajne količine ulaze u vodna tijela sa otpadnim vodama iz preduzeća koja proizvode boje, pesticide, farmaceutske proizvode i neke eksplozive. Termoelektrane na ugalj ispuštaju značajne količine živinih jedinjenja u atmosferu, koja završavaju u vodnim tijelima kao rezultat vlažnog i suvog taloženja.

Smanjenje koncentracije otopljenih živinih jedinjenja nastaje kao rezultat njihove ekstrakcije od strane mnogih morskih i slatkovodnih organizama, koji imaju sposobnost da je akumuliraju u koncentracijama višestruko većim od sadržaja u vodi, kao i procesa adsorpcije suspendiranih tvari i donji sedimenti.

U površinskim vodama jedinjenja žive su u otopljenom i suspendovanom stanju. Odnos između njih zavisi od hemijskog sastava vode i pH vrednosti. Suspendirana živa je sorbirana živina jedinjenja. Otopljeni oblici su nedisocirani molekuli, složena organska i mineralna jedinjenja. Živa može biti prisutna u vodi vodnih tijela u obliku jedinjenja metil žive.

Jedinjenja žive su veoma toksična, utiču na ljudski nervni sistem, izazivaju promene na sluzokoži, poremećenu motoričku funkciju i sekreciju gastrointestinalnog trakta, promene u krvi itd. Procesi metilacije bakterija imaju za cilj stvaranje jedinjenja metil žive, koja su mnogo puta toksičnije od mineralnih soli žive Jedinjenja metil žive akumuliraju se u ribama i mogu ući u ljudsko tijelo.

Maksimalno dozvoljena koncentracija žive je 0,0005 mg/dm3 (granični znak opasnosti je sanitarno-toksikološki), maksimalno dozvoljena koncentracija je 0,0001 mg/dm3.

Prirodni izvori olova koji ulazi u površinske vode su procesi rastvaranja endogenih (galena) i egzogenih (anglzit, cerusit, itd.) minerala. Značajno povećanje sadržaja olova u okolišu (uključujući i površinske vode) povezano je sa sagorijevanjem uglja, upotrebom tetraetil olova kao sredstva protiv detonacije u motornom gorivu i ispuštanjem u vodena tijela sa otpadnim vodama iz rude. prerađivačke fabrike, neke metalurške fabrike, hemijske fabrike, rudnici itd. Značajni faktori smanjenja koncentracije olova u vodi su njegova adsorpcija suspendovanim supstancama i taloženje sa njima u sedimente dna. Vodeni organizmi ekstrahuju i akumuliraju olovo, između ostalih metala.

Olovo se nalazi u prirodnim vodama u otopljenom i suspendovanom (sorbovanom) stanju. U otopljenom obliku nalazi se u obliku mineralnih i organomineralnih kompleksa, kao i jednostavnih jona, u nerastvorljivom obliku - uglavnom u obliku sulfida, sulfata i karbonata.

U riječnim vodama koncentracija olova kreće se od desetina do jedinica mikrograma po 1 dm3. Čak iu vodi vodnih tijela u blizini područja polimetalnih ruda, njegova koncentracija rijetko doseže desetke miligrama po 1 dm3. Samo u hloridnim termalnim vodama koncentracija olova ponekad doseže i nekoliko miligrama po 1 dm3.

Ograničavajući pokazatelj štetnosti olova je sanitarno-toksikološki. Maksimalna dozvoljena koncentracija olova je 0,03 mg/dm3, maksimalno dozvoljena koncentracija olova je 0,1 mg/dm3.

Olovo je sadržano u emisijama metalurških, metaloprerađivačkih, elektrotehničkih, petrohemijskih i autotransportnih preduzeća.

Utjecaj olova na zdravlje nastaje udisanjem zraka koji sadrži olovo i gutanjem olova kroz hranu, vodu i čestice prašine. Olovo se akumulira u tijelu, u kostima i površinskim tkivima. Olovo utiče na bubrege, jetru, nervni sistem i krvotvorne organe. Starije osobe i djeca posebno su osjetljivi čak i na male doze olova.

Emisije M (hiljadu tona/godišnje) i prosječne godišnje koncentracije q (µg/m3) olova.

Tokom sedam godina, emisije olova iz industrijskih izvora pale su za 60% zbog rezova proizvodnje i zatvaranja mnogih pogona. Oštar pad industrijskih emisija nije praćen smanjenjem emisija iz vozila. Prosječne koncentracije olova smanjene su za samo 41%. Razlike u smanjenju emisija i koncentracijama olova mogu se objasniti nedovoljnim prijavljivanjem emisija iz vozila u prethodnim godinama; Trenutno je povećan broj automobila i intenzitet njihovog saobraćaja.

Tetraetil olovo

U prirodne vode ulazi zbog upotrebe kao antidetonatora u motornom gorivu vodenih vozila, kao i kod površinskog oticanja iz urbanih sredina.

Ovu tvar karakterizira visoka toksičnost i ima kumulativna svojstva.

Izvori srebra koji ulazi u površinske vode su podzemne i otpadne vode iz rudnika, postrojenja za preradu i fotografskih preduzeća. Povećan sadržaj srebra povezan je s upotrebom baktericidnih i algicidnih preparata.

U otpadnim vodama srebro može biti prisutno u otopljenom i suspendiranom obliku, uglavnom u obliku halogenih soli.

U nezagađenim površinskim vodama srebro se nalazi u submikrogramskim koncentracijama. U podzemnim vodama koncentracija srebra kreće se od nekoliko do desetina mikrograma po 1 dm3, u morskoj vodi u prosjeku 0,3 μg/dm3.

Srebrni joni su sposobni uništiti bakterije i čak u malim koncentracijama steriliziraju vodu (donja granica baktericidnog djelovanja iona srebra je 2,10-11 mol/dm3). Uloga srebra u organizmu životinja i ljudi nije dovoljno proučavana.

MPC srebra je 0,05 mg/dm3.

Antimon ulazi u površinske vode ispiranjem minerala antimona (stibnit, senarmontit, valentinit, servantit, stibiokanit) i sa otpadnim vodama iz fabrika gume, stakla, farbanja i šibica.

U prirodnim vodama jedinjenja antimona su u rastvorenom i suspendovanom stanju. U redoks uslovima karakterističnim za površinske vode moguće je postojanje i trovalentnog i petovalentnog antimona.

U nezagađenim površinskim vodama antimon se nalazi u submikrogramskim koncentracijama, u morskoj vodi njegova koncentracija dostiže 0,5 μg/dm3, u podzemnim vodama - 10 μg/dm3. MPC antimona je 0,05 mg/dm3 (granični indikator opasnosti je sanitarno-toksikološki), MPCv je 0,01 mg/dm3.

Tri- i heksavalentna jedinjenja hroma ulaze u površinske vode kao rezultat ispiranja iz stijena (kromit, krokoit, uvarovit itd.). Neke količine potiču razgradnjom organizama i biljaka iz tla. Značajne količine mogu ući u vodna tijela sa otpadnim vodama iz galvanskih radionica, farbara tekstilnih fabrika, kožara i preduzeća hemijske industrije. Smanjenje koncentracije iona hroma može se uočiti kao rezultat njihove potrošnje vodenim organizmima i procesa adsorpcije.

U površinskim vodama jedinjenja hroma su u otopljenom i suspendovanom stanju, čiji odnos zavisi od sastava vode, temperature i pH rastvora. Suspendirana jedinjenja hroma su uglavnom sorbovana jedinjenja hroma. Sorbenti mogu biti gline, gvožđe hidroksid, visoko dispergovani taložni kalcijum karbonat, ostaci biljnih i životinjskih organizama. U rastvorenom obliku, hrom se može naći u obliku hromata i dihromata. U aerobnim uslovima, Cr(VI) se transformiše u Cr(III), čije soli hidroliziraju u neutralnom i alkalnom mediju da bi oslobodile hidroksid.

U nezagađenim i slabo zagađenim riječnim vodama sadržaj hroma kreće se od nekoliko desetina mikrograma po litri do nekoliko mikrograma po litri, au zagađenim vodnim tijelima dostiže nekoliko desetina i stotina mikrograma po litri. Prosječna koncentracija u morskim vodama je 0,05 µg/dm3, u podzemnim vodama - obično u rasponu od n.10 - n.102 µg/dm3.

Jedinjenja Cr(VI) i Cr(III) u povećanim količinama imaju kancerogena svojstva. Cr(VI) jedinjenja su opasnija.

U prirodne vode ulazi kao rezultat procesa razaranja i rastvaranja stijena i minerala koji se javljaju u prirodi (sfalerit, cincit, goslarit, smithsonit, kalamin), kao i sa otpadnim vodama iz tvornica za preradu rude i galvanskih radionica, proizvodnje pergamentnog papira. , mineralne boje, viskozna vlakna itd.

U vodi postoji uglavnom u jonskom obliku ili u obliku njenih mineralnih i organskih kompleksa. Ponekad se nalazi u nerastvorljivim oblicima: kao hidroksid, karbonat, sulfid, itd.

U riječnim vodama koncentracija cinka obično se kreće od 3 do 120 μg/dm3, u morskim vodama - od 1,5 do 10 μg/dm3. Sadržaj u rudnim vodama, a posebno u rudničkim vodama sa niskim pH vrijednostima može biti značajan.

Cink je jedan od aktivnih mikroelemenata koji utiču na rast i normalan razvoj organizama. U isto vrijeme, mnoga jedinjenja cinka su toksična, prvenstveno njegovi sulfati i hloridi.

MPC za Zn2+ je 1 mg/dm3 (granični pokazatelj štetnosti je organoleptički), MPC za Zn2+ je 0,01 mg/dm3 (granični pokazatelj štetnosti je toksikološki).

Teški metali već sada zauzimaju drugo mjesto po opasnosti, inferiorniji od pesticida i znatno ispred poznatih zagađivača kao što su ugljični dioksid i sumpor, a prema prognozi bi trebali postati najopasniji, opasniji od otpada iz nuklearnih elektrana i čvrste tvari. otpad. Zagađenje teškim metalima povezano je s njihovom širokom primjenom u industrijskoj proizvodnji, uz slabe sisteme za pročišćavanje, uslijed čega teški metali ulaze u okoliš, uključujući tlo, zagađuju ga i truju.

Teški metali su prioritetni zagađivači, čiji je monitoring obavezan u svim sredinama. U raznim naučnim i primenjenim radovima, autori različito tumače značenje pojma „teški metali“. U nekim slučajevima, definicija teških metala uključuje elemente koji su klasifikovani kao krti (na primjer, bizmut) ili metaloidi (na primjer, arsen).

Tlo je glavni medij u koji teški metali ulaze, uključujući iz atmosfere i vodenog okoliša. Takođe služi i kao izvor sekundarnog zagađenja površinskog vazduha i voda koje iz njega otiču u Svetski okean. Iz tla biljke apsorbiraju teške metale, koji tada postaju hrana za bolje organizirane životinje.
nastavak
--PAGE_BREAK-- 3.3. Toksičnost olova
Trenutno je olovo na prvom mjestu među uzrocima industrijskog trovanja. To je zbog njegove široke upotrebe u raznim industrijama. Radnici koji vade olovnu rudu, u topionicama olova, u proizvodnji baterija, pri lemljenju, u štamparijama, u proizvodnji kristalnog stakla ili keramičkih proizvoda, olovnog benzina, olovnih boja i dr. Zagađenje atmosferskog vazduha olovom , zemljište i voda u blizini ovakvih industrija, kao i u blizini većih autoputeva, predstavlja opasnost od izloženosti olovu stanovništva koje živi na ovim prostorima, a prije svega djece, koja su osjetljivija na djelovanje teških metala.
Sa žaljenjem treba napomenuti da u Rusiji ne postoji državna politika o zakonskom, regulatornom i ekonomskom regulisanju uticaja olova na životnu sredinu i javno zdravlje, o smanjenju emisije (ispuštanja, otpada) olova i njegovih jedinjenja u životnu sredinu, i o potpunom zaustavljanju proizvodnje benzina koji sadrži olovo.

Zbog izuzetno nezadovoljavajućeg edukativnog rada na objašnjavanju stanovništvu stepena opasnosti od uticaja teških metala na ljudski organizam, u Rusiji se broj kontingenata sa profesionalnim kontaktom sa olovom ne smanjuje, već se postepeno povećava. Slučajevi hronične intoksikacije olovom zabilježeni su u 14 industrija u Rusiji. Vodeće industrije su elektrotehnička industrija (proizvodnja baterija), izrada instrumenata, štamparija i obojena metalurgija, u kojima je intoksikacija uzrokovana prekoračenjem maksimalno dozvoljene koncentracije (MPC) olova u vazduhu radnog prostora za 20 ili više puta.

Značajan izvor olova su izduvni gasovi automobila, jer polovina Rusije još uvijek koristi olovni benzin. Međutim, metalurške fabrike, posebno topionice bakra, ostaju glavni izvor zagađenja životne sredine. A tu su i vođe. Na teritoriji Sverdlovske oblasti postoje 3 najveća izvora emisije olova u zemlji: u gradovima Krasnouralsk, Kirovograd i Revda.

Dimnjaci topionice bakra u Krasnouralsku, izgrađene u godinama staljinističke industrijalizacije i sa opremom iz 1932. godine, godišnje izbacuju 150-170 tona olova u grad od 34.000 stanovnika, pokrivajući sve olovnom prašinom.

Koncentracija olova u tlu Krasnouralska varira od 42,9 do 790,8 mg/kg sa maksimalno dozvoljenom koncentracijom od MPC = 130 μ/kg. Uzorci vode u vodovodu susjednog sela. Oktjabrski, koji se hrani iz podzemnog izvora vode, premašio je maksimalno dozvoljenu koncentraciju i do dva puta.

Zagađenje životne sredine olovom utiče na zdravlje ljudi. Izloženost olovu remeti ženski i muški reproduktivni sistem. Za žene u trudnoći i fertilnoj dobi, povišeni nivoi olova u krvi predstavljaju posebnu opasnost, jer je pod uticajem olova menstrualna funkcija poremećena, prevremeni porođaji, pobačaji i smrt fetusa su češći zbog prodiranja olova kroz placentu. barijera. Novorođene bebe imaju visoku stopu smrtnosti.

Trovanje olovom je izuzetno opasno za malu djecu - utiče na razvoj mozga i nervnog sistema. Testiranjem 165 djece iz Krasnouralska u dobi od 4 godine i više otkriveno je značajno kašnjenje u mentalnom razvoju kod 75,7%, a mentalna retardacija, uključujući mentalnu retardaciju, utvrđena je kod 6,8% ispitane djece.

Djeca predškolskog uzrasta su najosjetljivija na štetno djelovanje olova jer je njihov nervni sistem u fazi razvoja. Čak i pri malim dozama, trovanje olovom uzrokuje smanjenje intelektualnog razvoja, pažnje i sposobnosti koncentracije, zaostajanje u čitanju, te dovodi do razvoja agresivnosti, hiperaktivnosti i drugih problema u ponašanju djeteta. Ove razvojne abnormalnosti mogu biti dugotrajne i nepovratne. Niska porođajna težina, zaostajanje u razvoju i gubitak sluha također su rezultat trovanja olovom. Visoke doze intoksikacije dovode do mentalne retardacije, kome, konvulzija i smrti.

Bijela knjiga koju su objavili ruski stručnjaci izvještava da zagađenje olovom pokriva cijelu zemlju i da je jedna od brojnih ekoloških katastrofa u bivšem Sovjetskom Savezu koje su izašle na vidjelo posljednjih godina. Većina teritorije Rusije doživljava opterećenje od taloženja olova koje premašuje kritično opterećenje za normalno funkcioniranje ekosistema. U desetinama gradova koncentracije olova u zraku i tlu premašuju vrijednosti koje odgovaraju maksimalno dozvoljenim koncentracijama.

Najveći nivo zagađenja vazduha olovom, koji prelazi maksimalno dozvoljenu koncentraciju, zabeležen je u gradovima Komsomolsk na Amuru, Tobolsk, Tjumenj, Karabaš, Vladimir, Vladivostok.

Maksimalna opterećenja taloženjem olova, koja dovode do degradacije kopnenih ekosistema, primećena su u oblastima Moskve, Vladimira, Nižnjeg Novgoroda, Rjazanja, Tule, Rostova i Lenjingrada.

Stacionarni izvori su odgovorni za ispuštanje više od 50 tona olova u obliku različitih jedinjenja u vodena tijela. Istovremeno, 7 fabrika baterija godišnje kroz kanalizacioni sistem ispusti 35 tona olova. Analiza distribucije ispuštanja olova u vodna tijela u Rusiji pokazuje da su regije Lenjingrad, Yaroslavl, Perm, Samara, Penza i Orel lideri u ovoj vrsti opterećenja.

Zemlji su potrebne hitne mjere za smanjenje zagađenja olovom, ali za sada ruska ekonomska kriza zasjenjuje probleme životne sredine. U dugotrajnoj industrijskoj depresiji, Rusiji nedostaju sredstva da očisti prethodno zagađenje, ali ako se privreda počne oporavljati i fabrike se vrate na posao, zagađenje bi se moglo samo pogoršati.
10 najzagađenijih gradova bivšeg SSSR-a

(Metali su navedeni u opadajućem redoslijedu prema nivou prioriteta za dati grad)

4. Higijena tla. Odlaganje otpada.
Tlo u gradovima i drugim naseljenim mjestima i njihovoj okolini odavno se razlikuje od prirodnog, biološki vrijednog tla, koje igra važnu ulogu u održavanju ekološke ravnoteže. Tlo u gradovima podložno je istim štetnim uticajima kao i urbani vazduh i hidrosfera, pa se svuda dešava značajna degradacija. Higijeni tla se ne pridaje dovoljno pažnje, iako je njen značaj kao jedne od glavnih komponenti biosfere (vazduh, voda, tlo) i biološkog faktora životne sredine još značajniji od vode, budući da je količina potonje (pre svega kvaliteta podzemne vode) određena je stanjem tla, te je ove faktore nemoguće odvojiti jedan od drugog. Zemljište ima sposobnost biološkog samopročišćavanja: u tlu dolazi do razgradnje otpada koji u njega ulazi i njegove mineralizacije; Na kraju, tlo nadoknađuje izgubljene minerale na njihov račun.

Ako se kao rezultat preopterećenja tla izgubi bilo koja od komponenti njegove mineralizacijske sposobnosti, to će neminovno dovesti do narušavanja mehanizma samopročišćavanja i potpune degradacije tla. I, naprotiv, stvaranje optimalnih uslova za samopročišćavanje tla pomaže u održavanju ekološke ravnoteže i uslova za postojanje svih živih organizama, uključujući i ljude.

Dakle, problem neutralizacije otpada koji ima štetna biološka dejstva nije ograničen na pitanje njihovog uklanjanja; to je složeniji higijenski problem, jer je tlo veza između vode, zraka i čovjeka.
4.1.
Uloga tla u metabolizmu

Biološki odnos između tla i ljudi odvija se uglavnom putem metabolizma. Tlo je, takoreći, snabdjevač mineralima neophodnim za metabolički ciklus, za rast biljaka koje konzumiraju ljudi i biljojedi, koje zauzvrat jedu ljudi i mesožderi. Dakle, tlo daje hranu mnogim predstavnicima biljnog i životinjskog svijeta.

Posljedično, pogoršanje kvalitete tla, smanjenje njegove biološke vrijednosti i sposobnosti samopročišćavanja izazivaju biološku lančanu reakciju, koja u slučaju dugotrajnog štetnog djelovanja može dovesti do raznih zdravstvenih poremećaja stanovništva. Štaviše, ako se uspore procesi mineralizacije, nitrati, dušik, fosfor, kalijum itd. koji nastaju prilikom razgradnje tvari mogu ući u podzemne vode koje se koriste za piće i uzrokovati ozbiljne bolesti (npr. nitrati mogu uzrokovati methemoglobinemiju, prvenstveno kod dojenčadi).

Potrošnja vode iz tla siromašnog jodom može uzrokovati endemsku strumu itd.
4.2.
Ekološki odnos između tla i vode i tečnog otpada (otpadne vode)

Čovjek iz tla izvlači vodu potrebnu za održavanje metaboličkih procesa i samog života. Kvalitet vode zavisi od stanja tla; uvijek odražava biološko stanje datog tla.

To se posebno odnosi na podzemne vode, čija je biološka vrijednost značajno određena svojstvima tla i tla, njegovom sposobnošću samopročišćavanja, filtracijskim kapacitetom, sastavom makroflore, mikrofaune itd.

Direktan utjecaj tla na površinske vode je manje značajan, povezan je uglavnom s padavinama. Na primjer, nakon obilnih kiša, različiti zagađivači se ispiru iz tla u otvorene vode (rijeke, jezera), uključujući umjetna gnojiva (azot, fosfat), pesticide, herbicide; u područjima krša i pukotinastih naslaga, zagađivači mogu prodrijeti kroz pukotine u duboko ležeće podzemne vode.

Neadekvatan tretman otpadnih voda također može uzrokovati štetne biološke efekte na tlo i na kraju dovesti do degradacije tla. Stoga je zaštita tla u naseljenim područjima jedan od glavnih zahtjeva za zaštitu okoliša u cjelini.
4.3.
Granice opterećenja tla čvrstim otpadom (domaćinsko i ulično smeće, industrijski otpad, suhi mulj koji ostaje nakon taloženja otpadnih voda, radioaktivne materije itd.)

Problem je otežan činjenicom da je, kao rezultat stvaranja sve veće količine čvrstog otpada u gradovima, tlo u njihovoj okolini podložno sve većem stresu. Svojstva i sastav tla se pogoršavaju sve bržim tempom.

Od 64,3 miliona tona papira proizvedenih u Sjedinjenim Američkim Državama, 49,1 milion tona završi u otpadu (od ove količine 26 miliona tona „isporučuju” domaćinstva, a 23,1 milion tona snabdevaju maloprodajni lanci).

U vezi sa navedenim, uklanjanje i finalna neutralizacija čvrstog otpada predstavlja veoma značajan, teže izvodljiv higijenski problem u uslovima sve veće urbanizacije.

Čini se da je moguća konačna neutralizacija čvrstog otpada u kontaminiranom tlu. Međutim, zbog stalno pogoršane sposobnosti gradskog tla da se samopročišćava, konačna neutralizacija otpada zakopanog u zemlju je nemoguća.

Čovjek bi mogao uspješno koristiti biohemijske procese koji se odvijaju u tlu, njegovu neutralizirajuću i dezinfekcionu sposobnost da neutralizira čvrsti otpad, ali urbano tlo, kao rezultat vjekovnog stanovanja i djelovanja u gradovima, odavno je postalo neprikladno za ovu svrhu.

Poznati su mehanizmi samopročišćavanja i mineralizacije u tlu, uloga bakterija i enzima koji su u njima uključeni, kao i međuprodukti i konačni produkti razgradnje tvari. Trenutno, istraživanja su usmjerena na identifikaciju faktora koji osiguravaju biološku ravnotežu prirodnog tla, kao i na razjašnjavanje pitanja koja količina čvrstog otpada (i kakav je njegov sastav) može dovesti do narušavanja biološke ravnoteže tla.
Količina kućnog otpada (smeća) po stanovniku nekih većih gradova svijeta

Treba napomenuti da se higijensko stanje tla u gradovima brzo pogoršava zbog njegovog preopterećenja, iako je sposobnost tla da se samopročišćava glavni higijenski zahtjev za održavanje biološke ravnoteže. Tlo u gradovima više nije u stanju da se nosi sa svojim zadatkom bez ljudske pomoći. Jedini izlaz iz ove situacije je potpuna neutralizacija i uništavanje otpada u skladu sa higijenskim zahtjevima.

Stoga bi izgradnja javnih komunalnih objekata trebala biti usmjerena na očuvanje prirodne sposobnosti tla da se samopročišćava, a ako je ta sposobnost već postala nezadovoljavajuća, onda se mora umjetno obnoviti.

Najnepovoljniji je toksični učinak industrijskog otpada, tečnog i čvrstog. Sve veća količina takvog otpada ulazi u tlo, s kojim se ono ne može nositi. Na primjer, kontaminacija tla arsenom je utvrđena u blizini pogona za proizvodnju superfosfata (u radijusu od 3 km). Kao što je poznato, neki pesticidi, kao što su organoklorna jedinjenja koja ulaze u tlo, ne razgrađuju se dugo vremena.

Slična je situacija i sa nekim sintetičkim ambalažnim materijalima (polivinilhlorid, polietilen itd.).

Neki toksični spojevi prije ili kasnije dospijevaju u podzemne vode, zbog čega se ne samo da je narušena biološka ravnoteža tla, već se i kvaliteta podzemne vode pogoršava do te mjere da se više ne može koristiti kao voda za piće.
Postotak količine osnovnih sintetičkih materijala sadržanih u kućnom otpadu (smeće)

*
Zajedno sa otpadom druge plastike koja se toplotno stvrdnjava.
Problem otpada se ovih dana povećao i zbog toga što se dio otpada, uglavnom ljudski i životinjski izmet, koristi za đubrenje poljoprivrednog zemljišta [fekalije sadrže značajnu količinu azota - 0,4-0,5%, fosfora (P203) - 0,2-0 . 6%, kalijum (K?0) -0,5-1,5%, ugljenik -5-15%]. Ovaj gradski problem proširio se i na okolna područja grada.
4.4.
Uloga tla u širenju raznih bolesti

Tlo igra određenu ulogu u širenju zaraznih bolesti. O tome su još u prošlom vijeku izvijestili Petterkoffer (1882) i Fodor (1875), koji su uglavnom istakli ulogu tla u širenju crijevnih bolesti: kolere, trbušnog tifusa, dizenterije itd. Oni su također skrenuli pažnju da neke bakterije i virusi ostaju održivi i virulentni u tlu mjesecima. Nakon toga, brojni autori su potvrdili svoja zapažanja, posebno u odnosu na urbano tlo. Na primjer, uzročnik kolere ostaje održiv i patogen u podzemnim vodama od 20 do 200 dana, uzročnik trbušnog tifusa u izmetu - od 30 do 100 dana, a uzročnik paratifusa - od 30 do 60 dana. (Sa stanovišta širenja zaraznih bolesti, gradsko tlo predstavlja mnogo veću opasnost od njivskog tla pognojenog stajnjakom.)

Za određivanje stepena kontaminacije tla, određeni broj autora koristi određivanje broja bakterija (Escherichia coli), kao i za određivanje kvaliteta vode. Drugi autori smatraju da je preporučljivo odrediti i broj termofilnih bakterija koje učestvuju u procesu mineralizacije.

Širenje zaraznih bolesti kroz tlo uvelike je olakšano navodnjavanjem zemljišta otpadnim vodama. Istovremeno, mineralizacijska svojstva tla se pogoršavaju. Stoga, navodnjavanje otpadnim vodama treba vršiti pod stalnim strogim sanitarnim nadzorom i to samo van urbanog područja.

4.5.
Štetni efekti glavnih vrsta zagađivača (čvrsti i tekući otpad) koji dovode do degradacije tla

4.5.1.
Neutralizacija tečnog otpada u zemljištu

U jednom broju naselja koja nemaju kanalizaciju, dio otpada, uključujući stajnjak, neutralizira se u tlu.

Kao što znate, ovo je najjednostavniji način neutralizacije. Međutim, dopušteno je samo ako je riječ o biološki cjelovitom tlu koje je zadržalo sposobnost samopročišćavanja, što nije tipično za urbana tla. Ako tlo više ne posjeduje ove kvalitete, tada se u cilju zaštite od dalje degradacije javlja potreba za složenim tehničkim strukturama za neutralizaciju tekućeg otpada.

Na nekim mjestima otpad se neutralizira u kompostnim jamama. Sa tehničkog stanovišta, ovo rješenje je izazovno. Osim toga, tekućine mogu prodrijeti u tlo na prilično velikim udaljenostima. Zadatak je dodatno kompliciran činjenicom da gradske otpadne vode sadrže sve veću količinu toksičnog industrijskog otpada, koji pogoršava mineralizacijske karakteristike tla u još većoj mjeri nego ljudski i životinjski izmet. Stoga je dozvoljeno ispuštanje samo otpadnih voda koje su prethodno taložene u kompostne jame. U suprotnom, filtracijski kapacitet tla je smanjen, tada tlo gubi svoja druga zaštitna svojstva, pore se postepeno začepljuju itd.

Upotreba ljudskog izmeta za navodnjavanje poljoprivrednih površina predstavlja drugu metodu neutralizacije tečnog otpada. Ova metoda predstavlja dvostruku higijensku opasnost: prvo, može dovesti do preopterećenja tla; drugo, ovaj otpad može postati ozbiljan izvor infekcije. Stoga se izmet prvo mora dezinficirati i podvrgnuti odgovarajućem tretmanu i tek onda koristiti kao gnojivo. Ovdje se sudaraju dvije suprotne tačke gledišta. Prema higijenskim zahtjevima, fekalije su podložne gotovo potpunom uništenju, a sa stanovišta nacionalne ekonomije predstavljaju vrijedno đubrivo. Svježi izmet se ne može koristiti za zalijevanje vrtova i polja bez prethodnog dezinfekcije. Ako i dalje morate koristiti svježi izmet, onda im je potreban takav stupanj neutralizacije da više ne predstavljaju gotovo nikakvu vrijednost kao gnojivo.

Izmet se može koristiti kao đubrivo samo u posebno određenim prostorima - uz stalnu sanitarno-higijensku kontrolu, posebno nad stanjem podzemnih voda, količinom, mušicama i sl.

Zahtjevi za uklanjanje i neutralizaciju tla životinjskog izmeta se, u principu, ne razlikuju od zahtjeva za neutralizaciju ljudskog izmeta.

Donedavno je stajnjak u poljoprivredi predstavljao značajan izvor vrijednih nutrijenata neophodnih za povećanje plodnosti tla. Međutim, poslednjih godina stajnjak je izgubio na značaju, delom zbog mehanizacije poljoprivrede, delom zbog sve veće upotrebe veštačkih đubriva.

U nedostatku odgovarajućeg tretmana i neutralizacije, stajnjak je takođe opasan, kao i neneutralisani ljudski izmet. Zbog toga se stajnjak prije iznošenja na njive ostavi da sazri kako bi se za to vrijeme u njemu odvijali potrebni biotermalni procesi (na temperaturi od 60-70°C). Nakon toga, gnoj se smatra „zrelim“ i oslobođen većine patogena koje sadrži (bakterije, jaja crva, itd.).

Mora se imati na umu da objekti za skladištenje stajnjaka mogu pružiti idealno mjesto za razmnožavanje muha koje doprinose širenju raznih crijevnih infekcija. Treba napomenuti da muhe najspremnije biraju svinjski gnoj za uzgoj, zatim konjski, ovčji i na kraju kravlji. Prije transporta stajnjaka na polja potrebno ga je tretirati insekticidima.
nastavak
--PAGE_BREAK--

1

Zaštita životne sredine od zagađenja postala je hitan zadatak društva. Među brojnim zagađivačima posebno mjesto zauzimaju teški metali. Oni konvencionalno uključuju hemijske elemente sa atomskom masom od preko 50, koji imaju svojstva metala. Među hemijskim elementima, teški metali se smatraju najotrovnijim.

Tlo je glavni medij u koji teški metali ulaze, uključujući iz atmosfere i vodenog okoliša. Takođe služi i kao izvor sekundarnog zagađenja površinskog vazduha i voda koje iz njega otiču u Svetski okean.

Teški metali su opasni jer imaju sposobnost da se akumuliraju u živim organizmima, ulaze u metabolički ciklus, formiraju visoko toksična organometalna jedinjenja i mijenjaju svoje oblike pri prelasku iz jednog prirodnog okruženja u drugo, bez biološke razgradnje. Teški metali izazivaju ozbiljne fiziološke poremećaje kod ljudi, toksikoze, alergije, rak, te negativno utiču na embrion i genetsko naslijeđe.

Među teškim metalima, olovo, kadmijum i cink smatraju se prioritetnim zagađivačima, uglavnom zato što se njihova tehnogena akumulacija u životnoj sredini dešava velikom brzinom. Ova grupa supstanci ima visok afinitet za fiziološki važna organska jedinjenja.

Kontaminacija tla mobilnim oblicima teških metala je najurgentnija, budući da je posljednjih godina problem zagađenja okoliša postao prijeteći. U trenutnoj situaciji potrebno je ne samo pojačati istraživanje svih aspekata problema teških metala u biosferi, već i periodično sagledavati rezultate dobijene u različitim, često slabo povezanim, granama nauke.

Predmet ovog istraživanja su antropogena tla okruga Železnodorozhny u Uljanovsku (na primjeru ulice Transportnaya).

Osnovni cilj istraživanja je utvrđivanje stepena kontaminacije gradskog tla teškim metalima.

Ciljevi istraživanja su: određivanje pH vrijednosti u odabranim uzorcima tla; određivanje koncentracije mobilnih oblika bakra, cinka, kadmija, olova; analiziranje dobijenih podataka i predlaganje preporuka za smanjenje sadržaja teških metala u urbanim zemljištima.

2005. godine uzorci su uzeti duž autoputa u ulici Transportnaya, a 2006. godine na teritoriji privatnih parcela (uz istu ulicu), koje se nalaze u blizini željezničkih pruga. Uzimani su uzorci do dubine od 0-5 cm i 5-10 cm.Uzeto je ukupno 20 uzoraka težine 500 g.

Proučavani uzorci iz 2005. i 2006. godine pripadaju neutralnom tlu. Neutralna tla apsorbiraju teške metale iz otopina u većoj mjeri nego kisela tla. Ali postoji opasnost od povećanja mobilnosti teških metala i njihovog prodora u podzemne vode i obližnji rezervoar tokom kiselih kiša (istraženo područje se nalazi u poplavnoj ravnici rijeke Sviyaga), što će odmah utjecati na lance ishrane. Ovi uzorci sadrže nizak sadržaj humusa (2-4%). Prema tome, ne postoji sposobnost tla da formira organo-metalne komplekse.

Na osnovu laboratorijskih istraživanja tla na sadržaj Cu, Cd, Zn, Pb, izvedeni su zaključci o njihovim koncentracijama u tlima istraživanog područja. U uzorcima iz 2005. godine otkriveno je da je maksimalna granična koncentracija Cu bila 1-1,2 puta, Cd 6-9 puta veća, a sadržaj Zn i Pb ne prelazi graničnu vrijednost maksimalne koncentracije. U uzorcima iz 2006. godine uzetim sa kućnih parcela koncentracija Cu nije prelazila GP, sadržaj Cd je manji nego u uzorcima uzetim uz put, ali i dalje premašuje MPC na različitim tačkama od 0,3 do 4,6 puta. Sadržaj Zn je povećan tek na 5. tački i iznosi 23,3 mg/kg tla na dubini od 0-5 cm (MPC 23 mg/kg), a 24,8 mg/kg na dubini od 5-10 cm.

Na osnovu rezultata istraživanja izvedeni su sljedeći zaključci: tla karakterizira neutralna reakcija otopine tla; uzorci tla sadrže nizak sadržaj humusa; na teritoriji okruga Železnodorozhny u Uljanovsku uočeno je zagađenje tla teškim metalima različitog intenziteta; Utvrđeno je da u pojedinim uzorcima postoji značajan višak MPC, što je posebno uočeno u ispitivanjima tla na koncentraciju kadmijuma; da bi se poboljšalo ekološko i geografsko stanje tla u datom području, preporučuje se uzgoj biljaka akumulatora teških metala i upravljanje ekološkim svojstvima samog tla kroz njegovo umjetno oblikovanje; Neophodno je provoditi sistematski monitoring i identifikovati najzagađenija i najopasnija područja po javno zdravlje.

Bibliografska veza

Antonova Yu.A., Safonova M.A. TEŠKI METALI U GRADSKIM TLIMA // Fundamentalna istraživanja. – 2007. – br. 11. – str. 43-44;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3676 (datum pristupa: 31.03.2019.). Predstavljamo Vam časopise koje izdaje izdavačka kuća "Akademija prirodnih nauka"

Povratak