Teški metali u vodi. Onečišćenje otpadnih voda teškim metalima i njihovim solima Izvori onečišćenja voda teškim metalima

Sastav i svojstva površinske vode karakteriziraju sljedeći pokazatelji: omjer tvari prisutnih u suspendiranim i istinski topivim frakcijama, ukupna mineralizacija vode, električna vodljivost, ionski sastav, razina pH. Prisutnost tvari u čvrstim fazama je vrlo važna, one tvore pridnene sedimente.

Omjer kemijskih tvari u otopljenom i suspendiranom stanju ovisi kako o svojstvima tvari tako i o obliku njihova ulaska iz prirodnih i umjetnih izvora. Sve promjene u sastavu vode jasnije su izražene u sastavu pridnenih sedimenata i dulje traju. Često pojedini tehnogeni čimbenici ne uzrokuju značajnije promjene u sastavu prave otopine, dok ni razina pH ni ionski sastav ne pokazuju antropogene poremećaje, a lokalne promjene u sastavu pridnenih sedimenata, posebno na mjestima gdje se voda ispušta iz tokova i jalovine, pokazuju opseg onečišćenja vode sustava.

Sastav površinskih voda u prirodnim krajolicima temeljito je proučen. Vode europskog dijela Rusije su neutralne, hidrokarbonatno-kalcijeve. Slabo su mineralizirane, sadrže 200-400 mg/l soli. Sastav voda je dinamičan.

Sastav voda se mijenja pod utjecajem antropogenog opterećenja. Onečišćujuće tvari ulaze u površinske vode putem emisija (tekućih i plinovitih) industrijskog i komunalnog otpada, transporta tvari kao rezultat erozije vode, bočnog toka i migracije unutar tla. Podzemne vode također mogu biti onečišćene podzemnim zakopavanjem zagađivača.

Pod utjecajem tehnogenog opterećenja mijenja se prije svega sastav suspendirane tvari i povećava udio tvari u sastavu suspendirane tvari. Kao rezultat mehaničke migracije, omjer između litofilnih elemenata i polutanata u suspenziji mijenja se u korist potonjih. Na primjer, u pozadinskim uvjetima omjer Me u otopini/Me u suspenziji je 12-26 za Zn, 2-4 za Cu, 0,3-3 za Mn; u tehnogenoj zoni metali su koncentrirani u suspenziji (tj. ovaj omjer ima smanjio na vrijednosti< 1).

Uslijed tehnogene akumulacije u pridnenim sedimentima mogu nastati tehnogene geokemijske anomalije. Stupanj akumulacije kemijskih elemenata u njima raste, njihov popis se širi u usporedbi s prirodnim, sastav paragenetskih asocijacija pokazuje sve veću sličnost s prašnjavom komponentom emisija.

Pod utjecajem onečišćenja mijenja se sastav otopljene frakcije. Povećava se mineralizacija vode. Promjene u sastavu voda povezane su s izvorima onečišćenja. Površinske vode u gradovima često postaju slane s koncentracijom soli do 1 g/l ili više. Hidrokarbonatni sastav voda prelazi u tehnogenoj zoni u hidrokarbonatno-sulfatni, au gradovima čak i u natrijev klorid. Sadržaj sulfata i fosfata povećava se desetke i stotine puta. Tekući otpad iz proizvodnje čelika mijenja sastav vode u kalcijev klorid.

Onečišćene površinske vode sposobne su se samopročišćavati. Samopročišćavanje onečišćene vode nastaje uglavnom zbog uklanjanja zagađujuće vode u obliku suspenzije. Omjer metalnih čestica promjenljive valencije u vodama može se mijenjati pod utjecajem oksidacije metalnih iona vodikovim peroksidom koji je stalno prisutan u vodi u različitim količinama. Pridneni sedimenti površinskih vodotoka služe kao prijemnici raznih industrijskih i poljoprivrednih otpadaka koji dolaze s otpadnim vodama. Oni su završna karika u prijenosu tvari iz slivnog područja i njihovoj akumulaciji sedimentima riječnih korita. U slučaju onečišćenja ovih područja, u pridnenim sedimentima stvaraju se specifične tehnogene geokemijske anomalije. Zbog toga se tradicionalno koriste za određivanje sastava, intenziteta i razmjera tehnogenog onečišćenja.

Tehnogene geokemijske anomalije onečišćenih rijeka razlikuju se po polielementnom sastavu. Utvrđene su zakonitosti u formiranju sastava geokemijskih asocijacija i intenziteta koncentracije kemijskih elemenata u pridnenim sedimentima rijeka izloženih otpadu raznih vrsta industrijskih aktivnosti (Yanin, 2002).

U pridnenim sedimentima rudarskih područja opažaju se geokemijske anomalije uzrokovane čovjekom koje se razlikuju od prirodnih analoga. Često je intenzitet koncentracije elemenata u tragovima u pridnenim sedimentima veći nego u glavnim komponentama iskopanih ruda. Raste u nizu: istraživanje - rudarstvo - obogaćivanje - prerada rude. Onečišćujuće tvari ulaze u pridnene sedimente s emisijama aerosola, iz odlagališta kamenja i iz jalovine, utječući na sastav površinskog otjecanja na području rudarskog kompleksa. Razine mnogih kemijskih elemenata u tehnogenim muljevima nisu niže od njihovih količina u rudama. Opseg geokemijskih anomalija koje je uzrokovao čovjek značajno se povećava. Ako se duljina prirodnih geokemijskih anomalija (rudnih disperzijskih tokova) mjeri u prvim stotinama metara, onda duljina umjetnih disperzijskih tokova doseže nekoliko desetaka kilometara. Razina akumulacije elemenata u sedimentima riječnog korita posebno je visoka ispod dotoka otpadnih voda iz jalovine. Na primjer, u zoni utjecaja tvornice za rudarstvo i preradu molibden-volframa u Sjevernoj Osetiji, vodeći elementi u geokemijskoj asocijaciji u pridnenim sedimentima su Mo i W; u zoni utjecaja rudarskih radova, doprinos Sn, Pb, V, Ga je značajan, uz Bi i Sb.

Utjecaj funkcioniranja industrijsko-urbanih kompleksa na donje sedimente rijeka u regiji utvrdio je E. P. Yanin (2002.) na primjeru rijeka i potoka Moskovske regije. Halkofilni elementi s niskim klarkom i visokom toksičnošću (Hg, Ag, Cd, Sn, Bi, W, Mo, Pb, Zn, Cu, Ni) najintenzivnije se akumuliraju u pridnenim sedimentima regije; njihov sadržaj u pridnenim sedimentima je 2 -3 reda veličine više od pozadinskih razina. Općenito, kvalitativni i kvantitativni parametri onečišćenja sedimenta u većoj mjeri ovise o industrijskoj infrastrukturi naselja nego o njihovoj veličini. U pravilu, anomalije koje su najintenzivnije po snazi i složene po sastavu tipične su za poduzeća koja koriste različite fizikalne i kemijske procese u tehnološkom ciklusu proizvodnje i obrade obojenih metala.

U poljoprivrednim područjima sastav geokemijskih asocijacija pridnenih sedimenata određen je specifičnom upotrebom zemljišta u slivnom području. Od posebne važnosti je uporaba organskih i mineralnih gnojiva, protok otpadnih voda i životinjskog otpada. Za većinu kemijskih elemenata koncentriranih u pridnenim sedimentima tipične su razine Kc od 1,5-7. Za zone zahvaćene stočarskim kompleksima tipična je akumulacija Hg, Ag, Zn, As, Se, P i, u manjoj mjeri, Sn, Mo i Cd u pridnenim sedimentima. U zonama poljoprivredne i složene poljoprivredne uporabe u pridnenim sedimentima najuočljivije je nakupljanje P, Ag, a ponekad i As, Mn, Sn, Cd. U zonama utjecaja poljoprivrednih naselja - nakupljanje Ag, P, rjeđe Bi, Ni, Zn, Pb; u sedimentima vodotoka u blizini dačkih parcela - P, Sn, Mn, Ga. U velikoj većini slučajeva najveća razina akumulacije kemijskih elemenata u pridnenim sedimentima uočena je u onim dijelovima rijeka koji su izloženi uzgoju stoke.

Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Ministarstvo obrazovanja Republike Bjelorusije

Obrazovna ustanova

"Gomelsko državno sveučilište nazvano po Franji Skarini"

Biološki fakultet

Zavod za kemiju

Nastavni projekt

na temu: Problemi onečišćenja okoliša teškim metalima

Student grupe BI-21 Chembergenova G.R.

Gomel 2015

SADRŽAJANIJE

UVOD

Teški metali u biosferi

Teški metali kao otrovi u prirodnim vodama

Teški metali u tlima

Učinak teških metala na mikrobiološki trošak tla

Teški metali u biljkama

Pročišćavanje vodenih tijela od alkalnih i teških metala pomoću viših vodenih biljaka

ZAKLJUČAK

UVOD

Među teškim metalima neki su iznimno potrebni za održavanje života čovjeka i drugih živih organizama te spadaju u tzv. biogene elemente. Drugi izazivaju suprotan učinak i kada uđu u živi organizam dovode do njegovog trovanja ili smrti. Ovi metali pripadaju klasi ksenobiotika, odnosno stranih živih bića. Stručnjaci za zaštitu okoliša identificirali su prioritetnu skupinu među otrovnim metalima. Uključuje kadmij, bakar, arsen, nikal, živu, olovo, cink i krom kao najopasnije za zdravlje ljudi i životinja. Od njih su živa, olovo i kadmij najotrovniji.

Mogući izvori onečišćenja biosfere teškim metalima uključuju poduzeća crne i obojene metalurgije (emisije aerosola koje zagađuju atmosferu, industrijske otpadne vode koje zagađuju površinske vode), strojarstvo (kupke za bakrenje, niklanje, kromiranje, kadmiranje), postrojenja za preradu baterija i automobilski transport.

Iako, kao što je gore spomenuto, do ulaska toksičnih metala može doći i putem prijenosa aerosola, oni uglavnom prodiru u živi organizam kroz vodu. Kada jednom uđu u tijelo, otrovni metali najčešće ne prolaze nikakve značajne transformacije, kao što je to slučaj s organskim otrovima, i, ušavši u biokemijski ciklus, izlaze ga vrlo sporo.

Za praćenje kakvoće površinskih voda stvorene su različite hidrobiološke promatračke službe. Prate stanje onečišćenja vodenih ekosustava pod utjecajem antropogenog utjecaja. Budući da takav ekosustav uključuje kako sam okoliš (vodu), tako i druge komponente (pridnene sedimente i žive organizme – hidrobionte), podaci o raspodjeli teških metala između pojedinih komponenti ekosustava vrlo su važni. Pouzdani podaci u ovom slučaju mogu se dobiti suvremenim metodama analitičke kemije, koje omogućuju određivanje sadržaja teških metala na razini pozadinskih koncentracija.

Treba napomenuti da je napredak u razvoju metoda analize omogućio rješavanje takvih globalnih problema kao što su identificiranje glavnih izvora onečišćenja u biosferi, utvrđivanje dinamike onečišćenja i transformacije onečišćujućih tvari, njihov prijenos i migracija. Pritom su teški metali klasificirani kao jedan od najvažnijih objekata analize. Budući da njihov sadržaj u prirodnim materijalima može jako varirati, metode za njihovo određivanje moraju ponuditi rješenje problema. Kao rezultat napora analitičara u mnogim zemljama razvijene su metode koje omogućuju određivanje teških metala na razini femtograma (10-15 g) ili u prisutnosti jednog (!) atoma u analiziranom volumenu uzorka. , na primjer, nikal u živoj stanici.

Ne samo analitički kemičari, biolozi i ekolozi (njihovo djelovanje tradicionalno je vezano uz ovu problematiku) ne pokazuju profesionalni interes za složenu i višestruku problematiku kemijskog onečišćenja okoliša teškim metalima, koja pokriva različite discipline i već je postala samostalna interdisciplinarna. polje znanja. , ali i liječnici. U protoku znanstvenih i znanstveno-popularnih informacija, kao iu medijima, sve se više pojavljuju materijali o utjecaju teških metala na ljudsko zdravlje. Tako se u Sjedinjenim Američkim Državama obratila pozornost na ispoljavanje agresivnosti kod djece zbog povećanog sadržaja olova u njihovim tijelima. U drugim regijama planeta, povećanje broja zločina i samoubojstava također je povezano s povećanjem sadržaja ovih otrovnih tvari u okolišu. Zanimljivo je razmotriti neke kemijske i ekološko-kemijske aspekte problema distribucije teških metala u okolišu.

Teški metali u biosferi

Teški metali uključuju više od 40 kemijskih elemenata periodnog sustava s atomskom masom većom od 50 a. Ponekad su teški metali elementi koji imaju gustoću veću od 7 - 8 tisuća kg/m³ (osim plemenitih i rijetkih). Skupina elemenata, označena TM, aktivno je uključena u biološke procese, mnogi od njih su dio enzima. Skup teških metala uvelike se podudara s popisom mikroelemenata. Većina mikroelemenata ima funkciju inicijatora i aktivatora biokemijskih procesa u živim organizmima.

Područja u kojima je koncentracija kemijskih elemenata zbog prirodnih razloga viša ili niža od pozadinske razine nazivaju se biokemijskim provincijama. Formiranje biokemijskih provincija posljedica je karakteristika stijena koje tvore tlo, procesa tvorbe tla, kao i prisutnosti rudnih anomalija. Kada je biosfera onečišćena, nastaju tehnogene anomalije u kojima sadržaj elemenata premašuje pozadinsku razinu 10 ili više puta.

Teški metali uključuju krom, mangan, željezo, kobalt, nikal, bakar, cink, galij, germanij, molibden, kadmij, kositar, antimon, telur, volfram, živu, talij, olovo, bizmut. Glavni prirodni izvori teških metala su stijene (mamatske i sedimentne) i minerali koji tvore stijene. Mnogi minerali u obliku visoko dispergiranih čestica uključeni su kao mikronečistoće u masu stijena. Na primjer, minerali titana (brukit, ilmenit). Minerali koji tvore stijene također sadrže elemente u tragovima kao izomorfne nečistoće u strukturi metalnih rešetki, zamjenjujući makroelemente slične veličine polumjera. Na primjer, K na Sr, Pb, B; Na - Cd, Mn, Cr, Bi; Mg - Ni, Co, Zn, Sb, Sn, Pb, Mn; Fe - Cd, Mn, Sr, Bi.

Posljednjih desetljeća antropogene aktivnosti čovječanstva intenzivno su uključene u procese migracije teških metala u prirodnom okolišu. Količine kemijskih elemenata koji ulaze u okoliš kao rezultat tehnogeneze, u nekim slučajevima znatno premašuju razinu njihovog prirodnog unosa. Na primjer, globalno oslobađanje Pb iz prirodnih izvora godišnje iznosi 12 tisuća tona. a antropogene emisije 332 tisuće tona. Na temelju podataka u nastavku može se procijeniti veličina ljudske antropogene aktivnosti: doprinos tehnogenog olova je 94-97% (ostatak su prirodni izvori), kadmija - 84-89%, bakra - 56-87%, nikla - 66-75%, živa - 58%, itd. Istodobno, 26-44% globalnog antropogenog protoka ovih elemenata događa se u Europi, a europski teritorij bivšeg SSSR-a čini 28-42% svih emisija u Europi (Vronsky, 1996). U nastavku je kratak opis svojstava metala s obzirom na karakteristike njihovog ponašanja u tlima.

Oblici postojanja teških metala upovršinske vode

Najvažniji pokazatelj kvalitete staništa je stupanj čistoće površinskih voda. Otrovni metal, jednom u rezervoaru ili rijeci, distribuira se među komponentama ovog vodenog ekosustava. Međutim, ne uzrokuje svaka količina metala poremećaj ovog sustava. Kada se procjenjuje sposobnost ekosustava da se odupre vanjskim toksičnim učincima, uobičajeno je govoriti o puferskom kapacitetu ekosustava. Tako se pod puferskim kapacitetom slatkovodnih ekosustava u odnosu na teške metale podrazumijeva takva količina toksičnog metala čija opskrba značajno ne remeti prirodno funkcioniranje cjelokupnog ekosustava koji se proučava. U ovom slučaju, sam otrovni metal je raspoređen na sljedeće komponente: 1) metal u otopljenom obliku; 2) sorbirane i akumulirane fitoplanktonom, odnosno biljnim mikroorganizmima; 3) zadržane pridnenim sedimentima kao rezultat taloženja suspendiranih organskih i mineralnih čestica iz vodenog okoliša; 4) adsorbirana na površini pridnenih sedimenata izravno iz vodenog okoliša u topljivom obliku; 5) nalazi se u adsorbiranom obliku na suspendiranim česticama.

Na oblike pojavljivanja metala u vodama utječu hidrobionti (na primjer, mekušci). Tako se pri proučavanju ponašanja bakra u površinskim vodama uočavaju sezonska kolebanja njegove koncentracije: zimi su maksimalne, a ljeti se smanjuju zbog aktivnog rasta biomase. Kada se suspendirane organske čestice, koje imaju sposobnost adsorpcije bakrenih iona, talože, one prelaze u pridnene sedimente, što dovodi do promatranog učinka. Također treba napomenuti da intenzitet ovog procesa ovisi o brzini taloženja suspenzija, odnosno posredno o čimbenicima poput veličine i naboja čestica koje adsorbiraju ione bakra.

Osim nakupljanja metala uslijed adsorpcije i naknadne sedimentacije, u površinskim se vodama događaju i drugi procesi koji odražavaju otpornost ekosustava na toksične učinke takvih onečišćivača. Najvažniji od njih je vezanje metalnih iona u vodenoj sredini otopljenim organskim tvarima. U tom se slučaju ukupna koncentracija otrovne tvari u vodi ne mijenja. Ipak, opće je prihvaćeno da su hidratizirani metalni ioni najotrovniji, dok su oni vezani u komplekse manje opasni ili čak gotovo bezopasni. Posebna istraživanja pokazala su da ne postoji jasan odnos između ukupne koncentracije toksičnog metala u prirodnim površinskim vodama i njihove toksičnosti.

Prirodne površinske vode sadrže mnoge organske tvari, od kojih su 80% visoko oksidirani polimeri poput humusnih tvari koje u vodu prodiru iz tla. Ostatak organskih tvari topljivih u vodi su otpadni proizvodi organizama (polipeptidi, polisaharidi, masne kiseline i aminokiseline) ili nečistoće antropogenog podrijetla slične po kemijskim svojstvima. Svi oni, naravno, prolaze različite transformacije u vodenom okolišu. Ali u isto vrijeme, svi su oni svojevrsni reagensi za stvaranje kompleksa koji vežu metalne ione u komplekse i time smanjuju toksičnost vode.

Različite površinske vode vežu ione toksičnih metala na različite načine, pokazujući različite kapacitete pufera. Vode južnih jezera, rijeka i akumulacija, koje imaju veliki skup prirodnih komponenti (humusne tvari, huminske kiseline i fulvokiseline) i njihove visoke koncentracije, sposobne su za učinkovitiju prirodnu detoksikaciju u usporedbi s vodama akumulacija na sjeveru. i umjerenom pojasu. Dakle, pod jednakim uvjetima, toksičnost voda koje sadrže onečišćujuće tvari također ovisi o klimatskim uvjetima prirodne zone. Treba napomenuti da je puferski kapacitet površinskih voda u odnosu na toksične metale određen ne samo prisutnošću otopljene organske tvari i suspendirane tvari, već i akumulacijskom sposobnošću hidrobionata, kao i kinetikom apsorpcije metalnih iona. svim komponentama ekosustava, uključujući kompleksiranje s otopljenim organskim tvarima. Sve to ukazuje na složenost procesa koji se odvijaju u površinskim vodama kada u njih dospiju metalni zagađivači.

Zanimljivo je napomenuti da su huminske kiseline, ovi specifični prirodni visokomolekularni spojevi koji nastaju tijekom transformacije biljnih ostataka u tlu pod utjecajem mikroorganizama, očito u najvećoj mjeri sposobne vezati ione teških metala u stabilne komplekse. Dakle, konstante stabilnosti odgovarajućih humata (kompleksa iona teških metala s huminskim kiselinama) imaju vrijednosti u rasponu od 105-1012, ovisno o prirodi metala. Stabilnost humata ovisi o kiselosti vodenog okoliša.

Iako je kemijsko-analitički aspekt problematike utvrđivanja oblika postojanja metala u prirodnim vodama formuliran prije 20-ak godina, tek pojavom najnovijih metoda analize taj je problem postao dostupan rješenju. Prethodno je određivan samo bruto sadržaj teških metala u vodi i utvrđena je raspodjela između suspendiranih i otopljenih oblika. Kakvoća vode onečišćene metalima ocijenjena je na temelju usporedbe podataka o njihovom bruto sadržaju s MDK vrijednostima. Sada se takva procjena smatra nepotpunom i neutemeljenom, budući da je biološki učinak metala određen njegovim stanjem u vodama, a to su u pravilu kompleksi s različitim komponentama. Kao što je gore navedeno, u nekim slučajevima, na primjer, kada se kompleksiraju s organskim spojevima prirodnog podrijetla, ti kompleksi nisu samo nisko toksični, već često imaju stimulirajući učinak na razvoj vodenih organizama, budući da u tom slučaju postaju biološki dostupni organizmima.

Pri razvoju postojećih MPC nisu uzeti u obzir procesi kompleksiranja, a utjecaj anorganskih soli teških metala na žive organizme procijenjen je u čistim vodenim otopinama u odsutnosti otopljenih organskih tvari prirodnog podrijetla. Strogo govoreći, takva procjena je teška, a ponekad i nemoguća.

Dakle, toksičnost vode kada je onečišćena teškim metalima uglavnom je određena koncentracijom metalnih vodenih iona ili jednostavnih kompleksa s anorganskim ionima. Prisutnost drugih kompleksirajućih tvari, prvenstveno organskih, smanjuje toksičnost. Navedeni fenomen nakupljanja toksikanata u pridnenim sedimentima može uzrokovati sekundarnu toksičnost voda. Doista, čak i ako se eliminira izvor onečišćenja i, kako kažu, "voda je normalna", u budućnosti postaje moguća povratna migracija metala iz sedimenata na dnu u vodu. Predviđanje stanja vodnih sustava stoga treba temeljiti na podacima iz analiza svih njihovih sastavnica, koje se provode u određenim intervalima.

Teški metali kao otrovi u prirodnim vodama

S popisa prioritetnih metalnih zagađivača najveću opasnost za zdravlje ljudi i životinja smatramo živom, olovom i kadmijem.

Merkur. U okolišu spojevi žive s različitim stupnjevima oksidacije metala, odnosno Hg(0), Hg(I), Hg(II), mogu međusobno reagirati. Najveću opasnost predstavljaju organski, prvenstveno alkilni spojevi. Najveća količina živinih spojeva (do 97%) su površinske vode oceana. Otprilike polovica ukupne žive ulazi u prirodni okoliš zbog umjetnih uzroka.

U vodenim sredinama živa tvori organometalne spojeve tipa R-Hg-X i R-Hg-R, gdje je R metilni ili etilni radikal. Iz antropogenih izvora živa ulazi u vodene sustave u obliku pretežno metalne žive, Hg(II) iona i fenilživinog acetata. Prevladavajući oblik žive koji se nalazi u ribi je metil živa, koja nastaje biološkim putem enzimima iz mikroorganizama. U nezagađenim površinskim vodama sadržaj žive se kreće od 0,2-0,1 μg/l, au morskim vodama tri puta manji. Vodene biljke apsorbiraju živu. Organski spojevi R-Hg-R" u slatkovodnom planktonu sadržani su u većim koncentracijama nego u morskom planktonu. Organski spojevi žive sporije se izlučuju iz organizma od anorganskih. Postojeći standard za najveći udio ovog otrovnog sredstva (0,5 μg/kg) ) koristi se za kontrolu kvalitete prehrambenih proizvoda. Pretpostavlja se da je živa prisutna u obliku metiliranih spojeva koji, ako se unese u ljudski organizam, mogu uzrokovati Minimata bolest.

Voditi. Izgaranjem olovnog benzina u okoliš dospijeva polovica ukupne količine ovog otrovnog sredstva. U vodenim sustavima olovo se uglavnom povezuje adsorpcijom sa suspendiranim česticama ili je u obliku topivih kompleksa s huminskim kiselinama. Kada se biometilira, kao kod žive, olovo na kraju stvara tetrametil olovo. U nezagađenim površinskim vodama kopna sadržaj olova obično ne prelazi 3 µg/l. Rijeke u industrijskim regijama imaju više razine olova. Snijeg može akumulirati ovaj otrov u značajnoj mjeri: u blizini velikih gradova njegov sadržaj može doseći gotovo 1 milijun μg/l, a na određenoj udaljenosti od njih ~1-100 μg/l.

Vodene biljke dobro akumuliraju olovo, ali na različite načine. Ponekad ga fitoplankton zadržava s faktorom koncentracije do 105, baš kao i živa. Olovo se malo nakuplja u ribama, pa je relativno manje opasno za ljude u ovoj karici trofičkog lanca. Metilirani spojevi relativno se rijetko nalaze u ribama u normalnim vodenim uvjetima. U regijama s industrijskim emisijama, nakupljanje tetrametil olova u ribljim tkivima događa se učinkovito i brzo - akutna i kronična izloženost olovu događa se pri razini kontaminacije od 0,1-0,5 μg/l. U ljudskom tijelu olovo se može akumulirati u kosturu, zamjenjujući kalcij.

Kadmij. Kemijska svojstva ovog metala slična su cinku. Može zamijeniti potonje u aktivnim centrima enzima koji sadrže metal, što dovodi do oštrog poremećaja u funkcioniranju enzimskih procesa.

U ležištima rude kadmij je obično prisutan zajedno s cinkom. U vodenim sustavima kadmij se veže na otopljene organske tvari, osobito ako su u njihovoj strukturi prisutne sulfhidrilne SH skupine. Kadmij također tvori komplekse s aminokiselinama, polisaharidima i huminskim kiselinama. Vjeruje se, međutim, da sama prisutnost visokih koncentracija ovih liganada sposobnih vezati kadmij još nije dovoljna da smanji koncentraciju slobodnih kadmijevih vodenih iona na razinu sigurnu za žive organizme. Adsorpcija iona kadmija pridnenim sedimentima jako ovisi o kiselosti medija. U neutralnim vodenim sredinama, slobodni ion kadmija gotovo je potpuno apsorbiran od strane čestica pridnenih sedimenata.

Sada su glavni izvor onečišćenja okoliša ovim otrovom grobnice nikal-kadmijevih baterija. Kao što je već spomenuto, kadmij je pronađen u produktima erupcije Etne. Koncentracije kadmija u kišnici mogu premašiti 50 µg/l.

U slatkovodnim akumulacijama i rijekama sadržaj kadmija kreće se od 20-400 ng/l.

Njegov najmanji sadržaj u oceanu zabilježen je u Tihom oceanu, istočno od Japanskog otočja (~ 0,8-9,6 ng/l na dubini od 8-5500 m). Ovaj se metal nakuplja u vodenim biljkama iu tkivima unutarnjih organa riba (ali ne iu skeletnim mišićima).

Kadmij je općenito manje toksičan za biljke od metilžive i usporediv je po toksičnosti s olovom.

Prag akutne toksičnosti za kadmij varira od 0,09 do 105 μg/L za slatkovodne ribe. Povećanje tvrdoće vode povećava stupanj zaštite organizma od trovanja kadmijem. Poznati su slučajevi teških trovanja ljudi kadmijem koji je u tijelo dospio trofičkim lancima (Itai-Itai bolest). Kadmij se dugotrajno (oko 30 godina) izlučuje iz organizma.

Teški metali u tlima

Sadržaj HM u tlu ovisi, kao što su utvrdili mnogi istraživači, o sastavu izvornih stijena, čija je značajna raznolikost povezana sa složenom geološkom poviješću razvoja teritorija. Kemijski sastav stijena koje tvore tlo, predstavljen produktima trošenja stijena, unaprijed je određen kemijskim sastavom izvornih stijena i ovisi o uvjetima supergene transformacije. tlo za ribnjak s teškim metalima

Prvi stupanj transformacije oksida teških metala u tlu je njihova interakcija s otopinom tla i njegovim komponentama. Čak iu tako jednostavnom sustavu kao što je voda u ravnoteži s CO2, atmosferski zrak, HM oksidi prolaze kroz promjene i značajno se razlikuju u stabilnosti.

Proces transformacije HM koje ulaze u tlo tijekom tehnogeneze uključuje sljedeće faze:

1) pretvaranje oksida teških metala u hidrokside (karbonate, bikarbonate);

2) otapanje hidroksida teških metala i adsorpcija odgovarajućih HM kationa čvrstim fazama tla;

3) stvaranje fosfata teških metala i njihovih spojeva s organskom tvari tla.

Teški metali otpušteni na površinu tla akumuliraju se u stupcu tla, osobito u gornjem horizontu, i polako se uklanjaju ispiranjem, trošenjem biljaka i erozijom. Prvo vrijeme poluraspada HM-a značajno varira za različite elemente: Zn - 70 - 510 godina, Cd - 13 - 110 godina, Cu - 310 - 1500 godina, Pb - 740 - 5900 godina.

Olovo (Pb). Atomska masa 207,2. Prioritetni element je otrov. Svi topljivi spojevi olova su otrovni. U prirodnim uvjetima postoji uglavnom u obliku PbS. Clark Pb u zemljinoj kori 16,0 mg/kg. U usporedbi s ostalim HM-ima najmanje je pokretljiv, a stupanj pokretljivosti elementa znatno se smanjuje vapnenjem tla. Mobilni Pb prisutan je u obliku kompleksa s organskom tvari. Pri visokim pH vrijednostima olovo se u tlu fiksira kemijski u obliku hidroksida, fosfata, karbonata i Pb-organskih kompleksa.

Prirodni sadržaj olova u tlima naslijeđen je od matičnih stijena i usko je povezan s njihovim mineraloškim i kemijskim sastavom. Prosječna koncentracija ovog elementa u tlima svijeta doseže, prema različitim procjenama, od 10 do 35 mg/kg. Najveća dopuštena koncentracija olova za tla u Rusiji odgovara 30 mg / kg, u Njemačkoj - 100 mg / kg.

Visoke koncentracije olova u tlima mogu se povezati i s prirodnim geokemijskim anomalijama i s antropogenim utjecajem. U slučaju tehnogenog onečišćenja, najveća koncentracija elementa obično se nalazi u gornjem sloju tla. U nekim industrijskim područjima doseže 1000 mg/kg, au površinskom sloju tla oko poduzeća obojene metalurgije u zapadnoj Europi - 545 mg/kg.

Sadržaj olova u tlima u Rusiji značajno varira ovisno o vrsti tla, blizini industrijskih poduzeća i prirodnim geokemijskim anomalijama. U tlima stambenih područja, posebice onih povezanih s uporabom i proizvodnjom proizvoda koji sadrže olovo, sadržaj ovog elementa često je desetke i više puta veći od maksimalno dopuštene koncentracije. Prema preliminarnim procjenama, do 28% teritorija zemlje ima sadržaj Pb u tlu, u prosjeku, ispod pozadinske razine, a 11% se može klasificirati kao zona rizika. Istodobno, u Ruskoj Federaciji problem onečišćenja tla olovom prvenstveno je problem u stambenim područjima.

Kadmij (Cd). Atomska masa 112,4. Kadmij je po kemijskim svojstvima blizak cinku, ali se od njega razlikuje po većoj mobilnosti u kiselim sredinama i boljoj dostupnosti biljkama. U otopini tla metal je prisutan u obliku Cd2+ i tvori kompleksne ione i organske kelate. Glavni čimbenik koji određuje sadržaj elementa u tlu u odsutnosti antropogenog utjecaja su matične stijene. Clarke kadmija u litosferi 0,13 mg/kg. U stijenama koje tvore tlo, prosječni sadržaj metala je: u glinama i škriljevcima - 0,15 mg / kg, lesu i lesu poput ilovače - 0,08, pijesku i pjeskovitom ilovaču - 0,03 mg / kg. U kvartarnim sedimentima Zapadnog Sibira koncentracija kadmija varira u rasponu od 0,01-0,08 mg/kg.

Mobilnost kadmija u tlu ovisi o okolišu i redoks potencijalu.

Prosječni sadržaj kadmija u svjetskim tlima je 0,5 mg/kg. Njegova koncentracija u pokrovu tla europskog dijela Rusije je 0,14 mg/kg u sodno-podzolnom tlu, 0,24 mg/kg u černozemu, 0,07 mg/kg u glavnim tipovima tala Zapadnog Sibira. Približni dopušteni sadržaj (ATC) kadmija za pjeskovita i pjeskovita ilovasta tla u Rusiji je 0,5 mg/kg, u Njemačkoj je MPC kadmija 3 mg/kg.

Onečišćenje tla kadmijem smatra se jednim od najopasnijih ekoloških pojava, budući da se nakuplja u biljkama iznad norme čak i uz slabu kontaminaciju tla. Najveće koncentracije kadmija u gornjem sloju tla zabilježene su u rudarskim područjima - do 469 mg/kg; oko talionica cinka dostižu 1700 mg/kg.

Cink (Zn). Atomska masa 65,4. Njegov klark u zemljinoj kori iznosi 83 mg/kg. Cink je koncentriran u glinastim sedimentima i škriljevcima u količinama od 80 do 120 mg / kg, u deluvijalnim, lesnim i karbonatnim ilovastim naslagama Urala, u ilovačama Zapadnog Sibira - od 60 do 80 mg / kg.

Važni čimbenici koji utječu na pokretljivost Zn u tlima su sadržaj minerala gline i pH. Kad pH poraste, element prelazi u organske komplekse i veže se za tlo. Ioni cinka također gube pokretljivost, ulazeći u interpaketne prostore kristalne rešetke montmorilonita. Zn stvara stabilne oblike s organskom tvari, pa se u većini slučajeva nakuplja u horizontima tla s visokim sadržajem humusa iu tresetu.

Uzroci povećanog sadržaja cinka u tlu mogu biti kako prirodne geokemijske anomalije, tako i tehnogeno onečišćenje. Glavni antropogeni izvori njegovog primitka prvenstveno su poduzeća obojene metalurgije. Onečišćenje tla ovim metalom dovelo je u nekim područjima do njegove iznimno visoke akumulacije u gornjem sloju tla – do 66 400 mg/kg. U vrtnim tlima nakuplja se do 250 mg/kg cinka. MPC cinka za pjeskovita i pjeskovita ilovasta tla je 55 mg/kg, njemački znanstvenici preporučuju MPC od 100 mg/kg.

Bakar (Cu). Atomska masa 63,5. Klarka u zemljinoj kori iznosi 47 mg/kg (Vinogradov, 1962). Kemijski, bakar je nisko aktivan metal. Temeljni čimbenik koji utječe na vrijednost sadržaja Cu je njegova koncentracija u tlotvornim stijenama. Od magmatskih stijena najveća količina elementa nakuplja se u bazičnim stijenama - bazaltima (100-140 mg/kg) i andezitima (20-30 mg/kg). Pokrivne i lesne ilovače (20-40 mg/kg) manje su bogate bakrom. Njegov najmanji sadržaj zabilježen je u pješčenjacima, vapnencima i granitima (5-15 mg/kg). Koncentracija metala u glinama europskog dijela bivšeg SSSR-a doseže 25 mg / kg, u lesnim ilovačama - 18 mg / kg. Pješčana ilovača i pjeskovite stijene koje tvore tlo planine Altai akumuliraju prosječno 31 mg/kg bakra, na jugu zapadnog Sibira - 19 mg/kg.

U tlima je bakar slabo migratorni element, iako sadržaj mobilnog oblika može biti dosta visok. Količina pokretnog bakra ovisi o mnogim čimbenicima: kemijskom i mineraloškom sastavu matične stijene, pH otopine tla, sadržaju organske tvari itd. Najveća količina bakra u tlu povezana je s oksidima željeza, mangana, hidroksida željeza i aluminija, a posebno s montmorilonitom i vermikulitom. Huminske i fulvinske kiseline sposobne su stvarati stabilne komplekse s bakrom. Pri pH 7-8 topljivost bakra je najmanja.

Prosječan sadržaj bakra u svjetskim tlima je 30 mg/kg. U blizini industrijskih izvora onečišćenja u nekim slučajevima može se uočiti onečišćenje tla bakrom do 3500 mg/kg. Prosječni sadržaj metala u tlima središnjih i južnih regija bivšeg SSSR-a je 4,5-10,0 mg/kg, južnog zapadnog Sibira - 30,6 mg/kg, Sibira i Dalekog istoka - 27,8 mg/kg. Najveća dopuštena koncentracija bakra u Rusiji je 55 mg / kg, najveća dopuštena koncentracija za pjeskovita i pjeskovita ilovasta tla je 33 mg / kg, u Njemačkoj je 100 mg / kg.

Nikal (Ni). Atomska masa 58,7. U kontinentalnim sedimentima prisutan je uglavnom u obliku sulfida i arsenita, a povezan je i s karbonatima, fosfatima i silikatima. Clarke elementa u zemljinoj kori je 58 mg/kg. Ultrabazične (1400-2000 mg/kg) i bazične (200-1000 mg/kg) stijene akumuliraju najveću količinu metala, dok ga sedimentne i kisele stijene sadrže u znatno manjim koncentracijama - 5-90 i 5-15 mg/kg, odnosno. Njihov granulometrijski sastav ima veliku ulogu u akumulaciji nikla u stijenama koje tvore tlo. Na primjeru stijena koje tvore tlo Zapadnog Sibira, može se vidjeti da je u lakšim stijenama njegov sadržaj najmanji, u teškim stijenama najveći: u pijesku - 17, pjeskovitim ilovačama i lakim ilovačama -22, srednjim ilovačama - 36 , teške ilovače i gline -49.

Sadržaj nikla u tlu uvelike ovisi o opskrbljenosti stijena koje stvaraju tlo ovim elementom. Najveće koncentracije nikla obično se uočavaju u glinastim i ilovastim tlima, u tlima formiranim na bazičnim i vulkanskim stijenama i bogatim organskom tvari. Raspodjela Ni u profilu tla određena je sadržajem organske tvari, amorfnih oksida i količinom frakcije gline.

Razina koncentracije nikla u gornjem sloju tla također ovisi o stupnju tehnogenog onečišćenja. U područjima s razvijenom metaloprerađivačkom industrijom u tlu se nalazi vrlo visoka akumulacija nikla: u Kanadi njegov bruto sadržaj doseže 206-26000 mg/kg, au Velikoj Britaniji sadržaj pokretnih oblika doseže 506-600 mg/kg. U tlima Velike Britanije, Nizozemske, Njemačke, tretiranim kanalizacijskim muljem, nikal se nakuplja do 84-101 mg/kg. U Rusiji (prema istraživanju 40-60% tla na poljoprivrednom zemljištu), 2,8% pokrova tla je kontaminirano ovim elementom. Udio tala onečišćenih Ni među ostalim HM (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As itd.) zapravo je najznačajniji i na drugom je mjestu iza zemljišta onečišćenih bakrom (3,8%). Prema podacima praćenja zemljišta Državne stanice agrokemijske službe “Buryatskaya” za 1993.-1997. na području Republike Burjatije, prekoračenje maksimalno dopuštene koncentracije nikla zabilježeno je na 1,4% zemljišta iz ispitanog poljoprivrednog područja, među kojima su tla Zakamenskog (20% zemljišta - 46 tisuća hektara je kontaminirano) i okrug Khorinsky (11% zemlje - 8 tisuća hektara je kontaminirano).

Krom (Cr). Atomska masa 52. U prirodnim spojevima krom ima valenciju +3 i +6. Većina Cr3+ prisutna je u kromitu FeCr2O4 ili drugim spinelnim mineralima, gdje zamjenjuje Fe i Al, kojima je vrlo blizak po svojim geokemijskim svojstvima i ionskom radijusu.

Clarke kroma u zemljinoj kori - 83 mg/kg. Njegove najveće koncentracije među magmatskim stijenama tipične su za ultramafične i bazične stijene (1600-3400 odnosno 170-200 mg/kg), najniže za srednje stijene (15-50 mg/kg), a najniže za kisele stijene (4- 25 mg/kg).kg). Među sedimentnim stijenama najveći sadržaj elementa utvrđen je u glinovitim sedimentima i škriljevcima (60-120 mg/kg), a najmanji u pješčenjacima i vapnencima (5-40 mg/kg). Sadržaj metala u stijenama koje tvore tlo različitih regija vrlo je raznolik. U europskom dijelu bivšeg SSSR-a njegov sadržaj u najčešćim tlotvornim stijenama kao što su les, lesni karbonat i pokrovna ilovača u prosjeku iznosi 75-95 mg/kg. Tlotvorne stijene zapadnog Sibira sadrže u prosjeku 58 mg/kg Cr, a njegova je količina usko povezana s granulometrijskim sastavom stijena: pjeskovite i pjeskovite ilovaste stijene - 16 mg/kg, a srednje ilovaste i glinaste stijene - oko 60 mg/kg.

U tlima je najviše kroma prisutno u obliku Cr3+. U kiseloj sredini ion Cr3+ je inertan, a pri pH 5,5 gotovo se potpuno taloži. Cr6+ ion je izrazito nestabilan i lako se mobilizira i u kiselim i u alkalnim tlima. Adsorpcija kroma glinama ovisi o pH medija: s porastom pH smanjuje se adsorpcija Cr6+, a raste Cr3+. Organska tvar tla potiče redukciju Cr6+ u Cr3+.

Prirodni sadržaj kroma u tlima uglavnom ovisi o njegovoj koncentraciji u tlotvornim stijenama, a njegova raspodjela duž profila tla ovisi o karakteristikama formiranja tla, posebice o granulometrijskom sastavu genetskih horizonata. Prosječni sadržaj kroma u tlima je 70 mg/kg. Najveći sadržaj elementa uočen je u tlima formiranim na bazičnim i vulkanskim stijenama bogatim ovim metalom. Prosječni sadržaj Cr u tlima u SAD je 54 mg/kg, u Kini - 150 mg/kg, u Ukrajini - 400 mg/kg. U Rusiji su njegove visoke koncentracije u tlima u prirodnim uvjetima posljedica obogaćivanja stijena koje tvore tlo. Kursk černozemi sadrže 83 mg/kg kroma, sodno-podzolična tla moskovske regije - 100 mg/kg. U tlima Urala, formiranim na serpentinitima, metal sadrži do 10 000 mg / kg, u zapadnom Sibiru - 86 - 115 mg / kg.

Doprinos antropogenih izvora opskrbi kromom vrlo je značajan. Metalni krom prvenstveno se koristi za kromiranje kao komponenta legiranih čelika. Onečišćenje tla Crom zabilježeno je zbog emisija iz tvornica cementa, odlagališta željezno-kromove troske, rafinerija nafte, poduzeća crne i obojene metalurgije, korištenja mulja industrijskih otpadnih voda u poljoprivredi, posebno u kožarama, i mineralnih gnojiva. Najveće koncentracije kroma u tehnogeno onečišćenim tlima dosežu 400 mg/kg i više, što je osobito karakteristično za velike gradove. U Burjatiji, prema podacima praćenja zemljišta koje je provela Državna stanica agrokemijske službe “Buryatskaya” za 1993.-1997., 22 tisuće hektara je kontaminirano kromom. Višak MPC-a za 1,6-1,8 puta zabilježen je u regijama Dzhidinsky (6,2 tisuća hektara), Zakamensky (17,0 tisuća hektara) i Tunkinsky (14,0 tisuća hektara). Najveća dopuštena koncentracija kroma u tlima u Rusiji još nije razvijena, ali u Njemačkoj za tla poljoprivrednog zemljišta iznosi 200-500, za kućne parcele - 100 mg / kg.

Utjecaj teških metala na mikrobnu cenozu tla

Jedan od najučinkovitijih dijagnostičkih pokazatelja onečišćenja tla je njegovo biološko stanje, koje se može procijeniti vitalnošću mikroorganizama u tlu koji ga nastanjuju.

Također treba uzeti u obzir da mikroorganizmi imaju važnu ulogu u migraciji teških metala u tlu. U procesu života djeluju kao proizvođači, potrošači i transportni agenti u ekosustavu tla. Mnoge gljive u tlu pokazuju sposobnost imobilizacije teških metala, fiksirajući ih u miceliju i privremeno ih isključujući iz ciklusa. Osim toga, gljive, otpuštajući organske kiseline, neutraliziraju učinak tih elemenata, tvoreći s njima komponente koje su manje toksične i dostupne biljkama od slobodnih iona.

Pod utjecajem povećanih koncentracija teških metala uočava se naglo smanjenje aktivnosti enzima: amilaze, dehidrogenaze, ureaze, invertaze, katalaze, kao i broja pojedinih agronomski vrijednih skupina mikroorganizama. HM inhibiraju procese mineralizacije i sinteze različitih tvari u tlu, suzbijaju disanje mikroorganizama u tlu, izazivaju mikrobiostatski učinak, a mogu djelovati i kao mutageni čimbenik. S prekomjernim sadržajem teških metala u tlu smanjuje se aktivnost metaboličkih procesa, dolazi do morfoloških promjena u strukturi reproduktivnih organa i drugih promjena u bioti tla. HM mogu značajno potisnuti biokemijsku aktivnost i uzrokovati promjene u ukupnom broju mikroorganizama u tlu.

Onečišćenje tla teškim metalima uzrokuje određene promjene u sastavu vrsta kompleksa mikroorganizama tla. Kao opći obrazac, postoji značajno smanjenje bogatstva vrsta i raznolikosti kompleksa mikromiceta tla zbog onečišćenja. U mikrobnoj zajednici kontaminiranog tla pojavljuju se za normalne uvjete neuobičajene vrste mikromiceta otporne na HM. Tolerantnost mikroorganizama na onečišćenje tla ovisi o njihovoj pripadnosti različitim sistematskim skupinama. Vrste iz roda Bacillus, nitrifikacijski mikroorganizmi, vrlo su osjetljive na visoke koncentracije teških metala, nešto su otpornije pseudomonade, streptomicete i mnoge vrste mikroorganizama koji razgrađuju celulozu, a najotpornije su gljivice i aktinomicete.

Pri niskim koncentracijama teških metala uočava se izvjesna stimulacija razvoja mikrobne zajednice, zatim, s porastom koncentracije, dolazi do djelomične inhibicije i na kraju do njezina potpunog potiskivanja. Značajne promjene u sastavu vrsta bilježe se pri koncentracijama HM 50-300 puta višim od pozadinskih.

Stupanj inhibicije vitalne aktivnosti mikrobnih zajednica također ovisi o fiziološkim i biokemijskim svojstvima pojedinih metala koji onečišćuju tlo. Olovo negativno utječe na biotičku aktivnost u tlu, inhibirajući aktivnost enzima, smanjujući intenzitet oslobađanja ugljičnog dioksida i broj mikroorganizama, uzrokujući poremećaje u metabolizmu mikroorganizama, posebice procesima disanja i diobe stanica. Ioni kadmija u koncentraciji od 12 mg/kg remete fiksaciju atmosferskog dušika, kao i procese amonifikacije, nitrifikacije i denitrifikacije. Gljive su najosjetljivije na djelovanje kadmija, a neke vrste potpuno nestanu nakon ulaska metala u tlo. Višak cinka u tlu otežava fermentaciju, razgradnju celuloze, disanje mikroorganizama, djelovanje ureaze i dr., zbog čega su poremećeni procesi pretvorbe organske tvari u tlu. Osim toga, toksični učinak teških metala ovisi o skupu metala i njihovom međusobnom djelovanju (antagonističkom, sinergističkom ili kumulativnom) na mikrobiotu. Dakle, pod utjecajem onečišćenja tla teškim metalima dolazi do promjena u kompleksu mikroorganizama tla. To se izražava u smanjenju bogatstva i raznolikosti vrsta te povećanju udjela mikroorganizama tolerantnih na onečišćenje.Intenzitet samopročišćavanja tla od onečišćujućih tvari ovisi o aktivnosti procesa u tlu i vitalnoj aktivnosti mikroorganizama koji ga nastanjuju. razina onečišćenja tla teškim metalima utječe na pokazatelje biokemijske aktivnosti tla, strukturu vrsta i ukupan broj mikrobnih zajednica. U tlima gdje sadržaj teških metala premašuje pozadinu 2-5 i više puta, najuočljivije se mijenjaju pojedinačni pokazatelji enzimske aktivnosti, neznatno se povećava ukupna biomasa amilolitičke mikrobne zajednice, a mijenjaju se i drugi mikrobiološki pokazatelji. S daljnjim povećanjem sadržaja HM na jedan red veličine, otkriva se značajno smanjenje određenih pokazatelja biokemijske aktivnosti mikroorganizama u tlu. Dolazi do preraspodjele dominacije amilolitičke mikrobne zajednice u tlu. U tlu koje sadrži teške metale u koncentracijama za jedan do dva reda veličine višim od pozadinskih razina značajne su promjene cijele skupine mikrobioloških parametara. Broj vrsta zemljišnih mikromiceta se smanjuje, a najotpornije vrste počinju apsolutno dominirati. Kada sadržaj teških metala u tlu premašuje pozadinu za tri reda veličine, uočavaju se oštre promjene gotovo svih mikrobioloških parametara. Pri navedenim koncentracijama teških metala u tlu, mikrobiota koja je normalna za nekontaminirano tlo je inhibirana i ubijena. U isto vrijeme, vrlo ograničen broj mikroorganizama otpornih na HM, uglavnom mikromiceta, aktivno se razvija, pa čak i apsolutno dominantan. Konačno, kada koncentracije HM u tlu premaše pozadinske razine za četiri ili više reda veličine, otkriva se katastrofalno smanjenje mikrobiološke aktivnosti tla, što graniči s potpunom smrću mikroorganizama.

Teški metali u biljkama

Biljna hrana je glavni izvor HM kod ljudi i životinja. Prema različitim izvorima, od 40 do 80% HM dolazi s njim, a samo 20-40% dolazi sa zrakom i vodom. Stoga javno zdravlje uvelike ovisi o razini akumulacije metala u biljkama koje se koriste za prehranu.

Kemijski sastav biljaka, kao što je poznato, odražava elementarni sastav tla. Stoga je prekomjerno nakupljanje HM u biljkama prvenstveno posljedica njihove visoke koncentracije u tlu. Biljke u svojoj životnoj aktivnosti dolaze u dodir samo s dostupnim oblicima teških metala, čija je količina pak usko povezana s puferskim kapacitetom tla. Međutim, sposobnost tla da veže i inaktivira HM ima svoje granice, a kada se više ne mogu nositi s nadolazećim protokom metala, postaje važna prisutnost fizioloških i biokemijskih mehanizama u samim biljkama koji sprječavaju njihov ulazak.

Mehanizmi otpornosti biljaka na višak HM mogu se manifestirati u različitim smjerovima: neke vrste mogu akumulirati visoke koncentracije HM, ali pokazuju toleranciju na njih; drugi nastoje smanjiti njihov unos maksimiziranjem svojih zaštitnih funkcija. Za većinu biljaka prva razina barijere je korijenje, gdje se zadržava najveća količina HM, sljedeća su stabljike i listovi i, konačno, posljednja su organi i dijelovi biljaka odgovorni za reproduktivne funkcije (najčešće sjeme i voće, kao i korijenje i gomolji itd.)

Međutim, ti se uzorci ne ponavljaju uvijek, što je vjerojatno zbog uvjeta rasta biljaka i njihove genetske specifičnosti. Bilo je slučajeva u kojima su različite sorte istog usjeva koje su rasle na jednako zagađenom tlu sadržavale različite količine teških metala. Ova činjenica je očito posljedica intraspecifičnog polimorfizma svojstvenog svim živim organizmima, koji se također može manifestirati u slučaju tehnogenog onečišćenja prirodnog okoliša. Ovo svojstvo kod biljaka može postati osnova za istraživanja u genetskom oplemenjivanju s ciljem stvaranja sorti s povećanom zaštitnom sposobnošću u odnosu na prekomjerne koncentracije HM.

Unatoč značajnoj varijabilnosti različitih biljaka u akumulaciji teških metala, bioakumulacija elemenata ima određenu tendenciju, što omogućuje njihovo svrstavanje u nekoliko skupina: 1) Cd, Cs, Rb - elementi intenzivne apsorpcije; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co - srednji stupanj apsorpcije; 3) Mn, Ni, Cr - slaba apsorpcija i 4) Se, Fe, Ba, Te - elementi teško dostupni biljkama.

Drugi način da teški metali uđu u biljke je folijarna apsorpcija iz zračnih struja. Javlja se kada dođe do značajnog ispadanja metala iz atmosfere na lisni aparat, najčešće u blizini velikih industrijskih poduzeća. Ulazak elemenata u biljke kroz lišće (ili folijarno usvajanje) događa se prvenstveno nemetaboličkim prodiranjem kroz kutikulu. TM koje apsorbira lišće mogu se prenijeti u druge organe i tkiva i uključiti u metabolizam. Metali taloženi emisijom prašine na lišću i stabljikama ne predstavljaju opasnost za ljude ako se biljke prije jela temeljito operu. Međutim, životinje koje jedu takvu vegetaciju mogu dobiti velike količine teških metala.

Kako biljke rastu, elementi se redistribuiraju po njihovim organima. Istodobno, za bakar i cink utvrđen je sljedeći obrazac u njihovom sadržaju: korijenje > žito > slama. Za olovo, kadmij i stroncij ima drugačiji oblik: korijenje > slama > žito. Poznato je da uz specifičnu vrstu biljaka u odnosu na akumulaciju teških metala postoje i određeni opći zakonitosti. Primjerice, najveći sadržaj HM-a utvrđen je u lisnatom povrću i silažnim usjevima, a najmanji u mahunarkama, žitaricama i industrijskom bilju.

Čišćenje vodenih tijela od alkalnih i teških metala korištenjem viših vodenih biljaka

Zhutov A.S., Lobkova G.V., Gubina T.I., Rogacheva S.M. Saratovsko državno tehničko sveučilište nazvano po Gagarinu Yu.A. Važan problem suvremene ekologije je očuvanje i reprodukcija vodnih resursa, koji su pod značajnim antropogenim pritiskom kao rezultat ljudske gospodarske aktivnosti. Trenutno su spojevi teških metala (HM) najčešći zagađivači koji ulaze u vodna tijela s industrijskim otpadom i predstavljaju značajnu opasnost za biocenoze kada koncentracija HM u vodi prelazi sanitarne i higijenske standarde. Drugi ekološki problem stvaraju zatvoreni sustavi korištenja vode u energetskim objektima. Voda stalno isparava s površine umjetnih akumulacija, što pridonosi povećanju sadržaja soli u rashladnim bazenima (CP). To su uglavnom kloridi i sulfati alkalnih i zemnoalkalijskih metala. Povećana mineralizacija dovodi do promjena u hidrokemijskim parametrima vodnih tijela i komplicira daljnje korištenje vode u industriji, posebno u opskrbi reciklažnom vodom, te zahtijeva dodatno pročišćavanje. Salinitet vodenih tijela ima veliki utjecaj na akumulaciju hranjivih tvari, na raznolikost vrsta biljaka i na mehanizme prilagodbe potonjih. Nedavno se za pročišćavanje vodnih sustava koriste biološke metode, posebice fitoremedijacija, koja koristi sposobnost viših vodenih biljaka (HAP) da akumuliraju, iskorištavaju i transformiraju tvari različite kemijske prirode. Tijekom procesa fitoremedijacije, biljke apsorbiraju otrovne tvari, inaktiviraju ih, a zatim uklanjaju iz vodenih tijela zajedno s biomasom. Opisano je da se VVR može koristiti za pročišćavanje vodenih tijela od teških metala, pesticida, radionuklida itd. Što se tiče studija o sposobnosti različitih vodenih biljaka da smanje salinitet vodenih tijela, takve studije do danas nisu provedene. Međutim, na temelju radova autora o odgovoru različitih agensa koji reagiraju na vodu na salinitet vodenih tijela, moglo bi se pretpostaviti da je moguće koristiti ostatke vode u fitodemineralizaciji vodenih tijela. U ovom radu proučavani su procesi fitoekstrakcije metalnih soli različite prirode (alkalne i teške) pomoću VVR. Proučavana je sposobnost VVR: rogača (Ceratophillum demersum L.), elodeje (Elodea sanadensis Rich. et Michx.) i eihornije (Eichornia crassipes Mart.) da apsorbiraju soli alkalnih metala u vodi. Na primjeru rashladnog bazena NE Balakovo utvrđena je sposobnost ovih vrsta vode i sustava za pročišćavanje vode da smanje salinitet vode. Utvrđeno je da su sve makrofite tolerantne na soli NaCl, Na2SO4 i KCl u koncentracijama do 0,5-1 g/l. Najveću sposobnost ekstrakcije eihornija ima pri koncentraciji soli do 1 g/l. Međutim, sadržaj ovih soli u BalNPP CP znatno je manji od navedenih vrijednosti, što ukazuje na mogućnost uzgoja odabranih biljaka u ovom ležištu. Za Elodeu, maksimalna apsorpcija soli zabilježena je pri njihovoj početnoj koncentraciji: 1,5 g/l Na2SO4; 1 g/l NaCl; 0,5 g/l KCl i iznosio je 6,9%; 5,7%; 2,4% respektivno. Za rogoznik je ovaj postupak učinkovit pri sadržaju NaCl od 1 g/l (7%); Na2S04 - 2 g/l (14,3%); KCl - 2 g/l (10,9%). Intenzivna apsorpcija soli kod Eichornia zabilježena je pri početnim koncentracijama NaCl od 0,5 g/l (8,8%); Na2S04 - 0,5 g/l (8,4%); KCl - 1 g/l (9,5%). Utvrđen je utjecaj abiotskih čimbenika na intenzitet procesa odsoljavanja. Dokazano je da povećanje temperature i duljine dana povećava intenzitet procesa apsorpcije soli. Dakle, optimalne vrijednosti za uzgoj elodee, hornworta i eihornije bile su temperatura od 24°C i duljina dana od 12 sati.Eihornija je učinkovito smanjila koncentraciju kationa natrija i kalcija. Istodobno, s porastom temperature postotak apsorpcije ovih iona rastao je. Tako je na temperaturi od 20°C postotak apsorpcije natrijevih iona bio 10,0%, a na temperaturi od 27°C - 21,5%. Za ione kalcija, slične brojke su 32,1% odnosno 36,3%. Prvi put je pokazano da se pri padu temperature na 14°C iz elodeje i rožnjaka oslobađaju soli koje mogu izazvati sekundarno onečišćenje akumulacije. U tablici Na slici 1 prikazani su eksperimentalni podaci o apsorpciji različitih iona kao rezultat 10-dnevnog uzgoja biljaka u CP BalNPP-a, koji pokazuju da Eichornia ima i najbolju sposobnost apsorpcije aniona.

...

Slični dokumenti

Opće karakteristike teških metala, njihovi oblici u okolišu. Izvori teških metala koji ulaze u okoliš. Teorija i metode bioindikacije. Biološki objekti kao indikatori onečišćenja okoliša teškim metalima.

kolegij, dodan 27.09.2013

Izvori teških metala koji ulaze u vodene ekosustave. Toksični učinak teških metala na ljude. Procjena stupnja onečišćenja površinskih voda rezervoara koji se nalaze na području grada Gomela olovom, bakrom, kromom, cinkom i niklom.

diplomski rad, dodan 08.06.2013

Proučavanje glavnih ekoloških i kemijskih aspekata problema distribucije teških metala u okolišu. Oblici teških metala u površinskim vodama i njihova toksičnost. Teški metali u tlu i biljkama. Mikrobna cenoza tala.

sažetak, dodan 25.12.2010

Pojam teških metala, njihova biogeokemijska svojstva i oblici pojavljivanja u okolišu. Pokretljivost teških metala u tlu. Vrste regulacije teških metala u tlu i biljkama. Aerogene i hidrogene metode onečišćenja urbanog tla.

kolegij, dodan 07/10/2015

Izvori, priroda i stupanj onečišćenja urbanih tala i tla. Područja Čeljabinska podvrgnuta su najintenzivnijem zagađenju. Utjecaj onečišćenja tla teškim metalima na vegetaciju. Oblici pojave teških metala u emisijama i tlu.

diplomski rad, dodan 02.10.2015

Upoznavanje s metodama detekcije teških metala u višim vodenim biljkama vodnih tijela grada Gomela. Mangan kao katalizator u procesima disanja i apsorpcije nitrata. Razmatranje značajki procesa apsorpcije metala biljnim organizmom.

diplomski rad, dodan 31.08.2013

Obilježja teških metala i njihova distribucija u okolišu. Klinička i okolišna toksikologija teških metala. Atomska apsorpcijska metoda za određivanje sadržaja teških metala, priprema i prikupljanje organskih uzoraka vodenih organizama.

znanstveni rad, dodano 03.02.2016

Fizikalna i kemijska svojstva teških metala, standardizacija njihovog sadržaja u vodi. Onečišćenje prirodnih voda kao rezultat antropogenih aktivnosti, metode njihovog pročišćavanja od prisutnosti teških metala. Određivanje sorpcijskih karakteristika kationskih izmjenjivača.

kolegij, dodan 23.02.2014

Tehnički prijedlozi za smanjenje razine ekološke sigurnosti morskog okoliša. Čišćenje morskog okoliša od spojeva teških metala i naftnih derivata. Desorpcija hlapljivih nečistoća. Pročišćavanje onečišćene vode reverznom osmozom i ultrafiltracijom.

praktični rad, dodano 09.02.2015

Teški metali u vodenom okolišu. Učinak oksida teških metala na tijelo nekih slatkovodnih životinja. Apsorpcija i raspodjela teških metala u hidrofitima. Učinak oksida teških metala u nanoformi na stope rasta i smrtnosti guppija.

TEŠKI METALI U EKOLOŠKOM MONITORINGU VODNIH SUSTAVA

TEŠKI METALI U EKOLOŠKOM MONITORINGU VODNIH SUSTAVA

H. S. BUDNIKOV

Neki aspekti onečišćenja okoliša, posebice površinskih voda teškim metalima, razmatraju se na interdisciplinarnoj razini. Istaknuta je dvostruka biološka uloga metala kao sastavnica života i kao toksikanata. Za redovitu ocjenu stanja okoliša nužan je analitički rad.

G. K. Budnikov
Državno sveučilište Kazan

Među zagađivačima biosfere koji su od najvećeg interesa za različite službe kontrole kvalitete metali (prvenstveno teški, odnosno s atomskom masom većom od 40) su među najvažnijima. To je uglavnom zbog biološke aktivnosti mnogih od njih. Fiziološki učinak metala na organizam čovjeka i životinja je različit i ovisi o prirodi metala, vrsti spoja u kojem se nalazi u prirodnom okruženju, kao i njegovoj koncentraciji. Mnogi teški metali pokazuju izražena svojstva kompleksiranja. Dakle, u vodenom mediju ioni ovih metala su hidratizirani i sposobni su stvarati različite hidrokso komplekse, čiji sastav ovisi o kiselosti otopine. Ako su u otopini prisutni anioni ili molekule organskih spojeva, tada ioni tih metala tvore različite komplekse različite strukture i stabilnosti. Među teškim metalima neki su iznimno potrebni za održavanje života čovjeka i drugih živih organizama te spadaju u tzv. biogene elemente. Drugi izazivaju suprotan učinak i kada uđu u živi organizam dovode do njegovog trovanja ili smrti. Ovi metali pripadaju klasi ksenobiotika, odnosno stranih živih bića. Stručnjaci za zaštitu okoliša identificirali su prioritetnu skupinu među otrovnim metalima. Uključuje kadmij, bakar, arsen, nikal, živu, olovo, cink i krom kao najopasnije za zdravlje ljudi i životinja. Od njih su živa, olovo i kadmij najotrovniji. Mogući izvori onečišćenja biosfere teškim metalima uključuju poduzeća crne i obojene metalurgije (emisije aerosola koje zagađuju atmosferu, industrijske otpadne vode koje zagađuju površinske vode), strojarstvo (kupke za bakrenje, niklanje, kromiranje, kadmiranje), postrojenja za preradu baterija i automobilski transport.

Osim antropogenih izvora onečišćenja okoliša teškim metalima, postoje i drugi prirodni izvori, poput vulkanskih erupcija: kadmij je otkriven relativno nedavno u produktima erupcije vulkana Etne na otoku Siciliji u Sredozemnom moru. Povećane koncentracije toksičnih metala u površinskim vodama nekih jezera mogu nastati kao posljedica kisele kiše, što dovodi do otapanja minerala i stijena koje ta jezera ispiraju. Svi ti izvori onečišćenja uzrokuju povećanje udjela metalnih onečišćujućih tvari u biosferi ili njezinim sastavnicama (zrak, voda, tlo, živi organizmi) u odnosu na prirodnu, tzv. pozadinsku razinu. Iako, kao što je gore spomenuto, do ulaska toksičnih metala može doći i putem prijenosa aerosola, oni uglavnom prodiru u živi organizam kroz vodu. Kada jednom uđu u tijelo, otrovni metali najčešće ne prolaze nikakve značajne transformacije, kao što je to slučaj s organskim otrovima, i, ušavši u biokemijski ciklus, izlaze ga vrlo sporo.

Za praćenje kakvoće površinskih voda stvorene su različite hidrobiološke promatračke službe. Prate stanje onečišćenja vodenih ekosustava pod utjecajem antropogenog utjecaja. Budući da takav ekosustav uključuje kako sam medij (vodu), tako i druge komponente (pridnene sedimente i žive organizme – hidrobionte), podaci o raspodjeli teških metala između pojedinih komponenti ekosustava vrlo su važni. Pouzdani podaci u ovom slučaju mogu se dobiti suvremenim metodama analitičke kemije, koje omogućuju određivanje sadržaja teških metala na razini pozadinskih koncentracija.

Treba napomenuti da je napredak u razvoju metoda analize omogućio rješavanje takvih globalnih problema kao što je identificiranje glavnih izvora
onečišćenje biosfere, utvrđivanje dinamike onečišćenja i transformacije onečišćujućih tvari, njihov prijenos i migracija. Pritom su teški metali klasificirani kao jedan od najvažnijih objekata analize. Budući da njihov sadržaj u prirodnim materijalima može jako varirati, metode za njihovo određivanje moraju ponuditi rješenje problema. Kao rezultat napora analitičara u mnogim zemljama, razvijene su metode koje omogućuju određivanje teških metala na razini femtograma (10 - 15 g) ili u prisutnosti jednog (!) atoma u analiziranom volumenu uzorka. , na primjer, nikal u živoj stanici. Ne samo analitički kemičari, biolozi i ekolozi (njihovo djelovanje tradicionalno je vezano uz ovu problematiku) ne pokazuju profesionalni interes za složenu i višestruku problematiku kemijskog onečišćenja okoliša teškim metalima, koja pokriva različite discipline i već je postala samostalna interdisciplinarna. polje znanja. , ali i liječnici. U protoku znanstvenih i znanstveno-popularnih informacija, kao iu medijima, sve se više pojavljuju materijali o utjecaju teških metala na ljudsko zdravlje. Tako se u Sjedinjenim Američkim Državama obratila pozornost na ispoljavanje agresivnosti kod djece zbog povećanog sadržaja olova u njihovim tijelima. U drugim regijama planeta, povećanje broja zločina i samoubojstava također je povezano s povećanjem sadržaja ovih otrovnih tvari u okolišu. Zanimljivo je razmotriti neke kemijske i ekološko-kemijske aspekte problema distribucije teških metala u okolišu, posebice u površinskim vodama.

Dugo je postojalo čvrsto uvjerenje da važne biološke funkcije obavljaju samo natrij, kalij, magnezij, željezo i kalcij, koji zajedno daju gotovo 99% svih atoma metala u ljudskom tijelu i (osim željeza) također pripadaju u skupinu makroelemenata. Hidratizirani atomi četiri od ovih metala, a to su natrij, kalij, magnezij i kalcij, uključeni su u procese osmoze i prijenosa živčanih signala, a također određuju čvrstoću koštanog tkiva skeleta. Željezo je dio molekule hemoglobina - najvažnijeg proteina koji sudjeluje u vezivanju kisika iz atmosfere i njegovom prijenosu do stanica organa i tkiva, odnosno tijekom procesa disanja. Zanimanje za funkcije prijelaznih elemenata, koji se (uključujući željezo) klasificiraju kao teške metale i nalaze se u tragovima u tijelu, pojavilo se relativno nedavno. Pojavila se nova grana znanosti - bioanorganska kemija, koja proučava strukturu, svojstva i reakcije spojeva biogenih elemenata in vivo. Zbog malog sadržaja u živom tijelu počeli su ih nazivati mikroelementima.

Za mnoge elemente (mangan, cink, molibden, fluor, jod i selen) već je dokazana važnost mikroelemenata u ostvarivanju vitalnih funkcija čovjeka, a za druge (krom, nikal, vanadij, kositar, arsen, silicij) vjerojatan. Glavni kriterij po kojem se makroelementi razlikuju od mikroelemenata je potreba organizma za elementom, određena u mg/kg težine dnevno. Svi ovi mikroelementi djeluju u tijelu ili u obliku hidratiziranih iona ili, poput željeza, u obliku koordinacijskih spojeva.

Također je poznato da ljudsko tijelo sadrži najviše neprelaznih metala, i to u tragovima, primjerice: živu iz zubnih plombi, olovo, antimon i arsen iz tiskarske boje u novinama i knjigama, bakar, kositar, mangan i aluminij iz kuhinje posuđe. No, prije svega neće biti razmatrani ovi metali, već oni vitalni, odnosno biogeni. U ljudskom tijelu i životinjama u procesu života odvijaju se mnoge enzimske kemijske reakcije praćene kidanjem vrlo čvrstih veza, odnosno onih koje se mogu izvesti samo u laboratorijskim uvjetima u teškim uvjetima, npr. tlak ili temperatura.

Iako molekula enzima koji sadrži metal može izdržati mnogo tisuća katalitičkih ciklusa, metabolički procesi koji se odvijaju u živom organizmu mogu dovesti do uništenja nekih enzima i uklanjanja odgovarajuće količine metala iz tijela. Stoga je potrebno nadoknaditi te gubitke, jer će nedostatak mikroelemenata dovesti do poremećaja vitalnih funkcija organizma, što može rezultirati raznim bolestima. Količina unesenih mikroelemenata može se regulirati prehranom, a ako je potrebno, na primjer, za sprječavanje bolesti, uzimanjem posebnih lijekova, obično proizvedenih u obliku dodataka hrani. Kao primjer možemo navesti dobro poznate komplekse vitamina i mikroelemenata koji se koriste u prehrani sportaša i profesionalnih grupa koje rade u ekstremnim uvjetima okoline.

Treba napomenuti da je snaga kemijskih veza proteina i drugih biološki važnih sastojaka krvi s ionima bilo kojeg metala dovoljna za značajan dio vremena da metal ostane u tijelu u obliku kompleksa s proteinima, amino kiseline i drugi biološki aktivni spojevi. Stoga, ako višak metala uđe u tijelo, potonji može uzrokovati poremećaj njegovih funkcija, trovanje ili smrt. Stupanj takvog učinka ne ovisi samo o koncentraciji koja prelazi određenu razinu, već io prirodi metala, prvenstveno njegovoj sposobnosti kompleksiranja. Dakle, ako je sposobnost stvaranja kompleksa toksičnog metala dovoljno visoka, tada on može istisnuti biogeni metalni katalizator iz aktivnog središta kao rezultat konkurentske interakcije ili na sebe vezati veliku većinu biološki aktivnih spojeva koji se koriste za sintezu jedan ili drugi vitalni enzim.

Također treba napomenuti da biološku vrijednost imaju samo dostupni biogeni elementi sadržani u prehrambenim proizvodima u obliku soli organskih kiselina i drugih topljivih kemijskih spojeva, najčešće složenih. Literatura posvećena ocjeni kvalitete prehrambenih proizvoda daje podatke o sadržaju pojedinih mikroelemenata u voću, povrću, mesu, mlijeku i dr.

Pojmovi makro i mikroelemenata nisu uvijek jasno razlučni ako se ova podjela primijeni na različite skupine organizama. Na primjer, za biljke skup vitalnih mikroelemenata jasno se razlikuje od onog za više životinje. Međutim, biljke zahtijevaju i određenu razinu mikroelemenata u tlu, što se najčešće postiže primjenom tzv. mikrognojiva, koja su u biti skup biogenih mikroelemenata: cink, vanadij, molibden, bakar, kobalt, željezo, mangan.

Najvažniji pokazatelj kvalitete staništa je stupanj čistoće površinskih voda. Otrovni metal, jednom u rezervoaru ili rijeci, distribuira se među komponentama ovog vodenog ekosustava. Međutim, ne uzrokuje svaka količina metala poremećaj ovog sustava. Kada se procjenjuje sposobnost ekosustava da se odupre vanjskim toksičnim učincima, uobičajeno je govoriti o puferskom kapacitetu ekosustava. Tako se pod puferskim kapacitetom slatkovodnih ekosustava u odnosu na teške metale podrazumijeva takva količina toksičnog metala čija opskrba značajno ne remeti prirodno funkcioniranje cjelokupnog ekosustava koji se proučava. U ovom slučaju, sam otrovni metal je raspoređen na sljedeće komponente: 1) metal u otopljenom obliku; 2) sorbirane i akumulirane fitoplanktonom, odnosno biljnim mikroorganizmima; 3) zadržane pridnenim sedimentima kao rezultat taloženja suspendiranih organskih i mineralnih čestica iz vodenog okoliša; 4) adsorbirana na površini pridnenih sedimenata izravno iz vodenog okoliša u topljivom obliku; 5) nalazi se u adsorbiranom obliku na suspendiranim česticama. Na sl. Slika 1. shematski prikazuje distribuciju toksičnih metala (M) u vodenom ekosustavu.

Načini na koje toksični metali M ulaze u vodene ekosustave i oblici njihove pojave nisu samo prisutnost otopljene organske tvari i suspendirane tvari, već i akumulativna sposobnost hidrobionata, kao i kinetika apsorpcije metalnih iona od strane svih komponenti. ekosustava, uključujući složene formacije s otopljenim organskim tvarima. Sve to ukazuje na složenost procesa koji se odvijaju u površinskim vodama kada u njih dospiju metalni zagađivači. Na sl. Slika 2. prikazuje dijagram raspodjele toksičnih metala u prirodnim površinskim vodama, odražavajući općenito kemijske i fizikalno-kemijske procese njihovog vezivanja u različite oblike. Zanimljivo je napomenuti da su huminske kiseline, ovi specifični prirodni visokomolekularni spojevi koji nastaju tijekom transformacije biljnih ostataka u tlu pod utjecajem mikroorganizama, očito u najvećoj mjeri sposobne vezati ione teških metala u stabilne komplekse. Dakle, konstante stabilnosti odgovarajućih humata (kompleksa iona teških metala s huminskim kiselinama) imaju vrijednosti u rasponu od 10 5 –10 12 ovisno o prirodi metala. Stabilnost humata ovisi o kiselosti vodenog okoliša.

Iako je kemijsko-analitički aspekt problematike utvrđivanja oblika postojanja metala u prirodnim vodama formuliran prije 20-ak godina, tek pojavom najnovijih metoda analize taj je problem postao dostupan rješenju. Prethodno je određivan samo bruto sadržaj teških metala u vodi i utvrđena je raspodjela između suspendiranih i otopljenih oblika. Kakvoća vode onečišćene metalima ocijenjena je na temelju usporedbe podataka o njihovom bruto sadržaju s MDK vrijednostima. Sada se takva procjena smatra nepotpunom i neutemeljenom, budući da je biološki učinak metala određen njegovim stanjem u vodama, a to su u pravilu kompleksi s različitim komponentama (slika 2). Kao što je gore navedeno, u nekim slučajevima, na primjer, kada se kompleksiraju s organskim spojevima prirodnog podrijetla, ti kompleksi nisu samo nisko toksični, već često imaju stimulirajući učinak na razvoj vodenih organizama, budući da u tom slučaju postaju biološki dostupni organizmima.

Dakle, toksičnost vode kada je onečišćena teškim metalima uglavnom je određena koncentracijom metalnih vodenih iona ili jednostavnih kompleksa s anorganskim ionima. Prisutnost drugih kompleksirajućih tvari, prvenstveno organskih, smanjuje toksičnost. Navedeni fenomen nakupljanja toksikanata u pridnenim sedimentima može uzrokovati sekundarnu toksičnost voda. Doista, čak i ako se eliminira izvor onečišćenja i, kako kažu, "voda je normalna", povratna migracija metala iz sedimenata na dnu u vodu postaje moguća u budućnosti. Predviđanje stanja vodnih sustava stoga treba temeljiti na podacima iz analiza svih njihovih sastavnica, koje se provode u određenim intervalima.

Zanimljiv slučaj bilo je otkriće naslaga cinabarita (živin sulfid) u jednoj od regija Karpata. Za geologe je ovo otkriće bilo iznenađenje. Ispostavilo se da se u srednjem vijeku, u selima smještenim u planinama uzvodno od rijeke, živa sustavno koristila za liječenje određenih bolesti. Kako su godine prolazile, rijeka je skupljala ovaj metal, nosila ga nizvodno i akumulirala u jednoj od prirodnih zamki u obliku sedimenata na dnu. Njegovu daljnju transformaciju u konačnici je postigao cinober. Ovaj primjer pokazuje da u prirodi postoji kontinuirano kretanje, migracija i akumulacija toksikanata antropogenog podrijetla, a podložni su i kemijskoj transformaciji u stabilnije oblike.

S popisa prioritetnih metalnih zagađivača najveću opasnost za zdravlje ljudi i životinja smatramo živom, olovom i kadmijem.

Merkur.

U okolišu spojevi žive s različitim stupnjevima oksidacije metala, odnosno Hg(0), Hg(I), Hg(II), mogu međusobno reagirati. Najveću opasnost predstavljaju organski, prvenstveno alkilni spojevi.

Oblici postojanja metala u površinskim vodama

Smanjena toksičnost (do 97%) – površinske vode oceana. Otprilike polovica ukupne žive ulazi u prirodni okoliš zbog umjetnih uzroka.

Kiselost okoliša i njegov oksidativni potencijal utječu na prisutnost jednog ili drugog oblika žive u vodenom okolišu. Dakle, u dobro aeriranim ležištima prevladavaju spojevi Hg(II). Ioni žive lako se vežu u stabilne komplekse s raznim organskim tvarima koje se nalaze u vodama i djeluju kao ligandi. Osobito jaki kompleksi nastaju sa spojevima koji sadrže sumpor. Živa se lako adsorbira na suspendirane čestice vode. U tom slučaju, takozvani faktor koncentracije ponekad doseže 10 5, odnosno sto tisuća puta više žive koncentrirano je na tim česticama nego što je u ravnoteži u vodenom okolišu. Iz toga proizlazi da će sudbinu metala odrediti sorpcija suspendiranih čestica praćena sedimentacijom, odnosno doći će do suštinskog uklanjanja žive iz vodnog sustava, kao što je već opisano na primjeru stvaranja naslaga cinobera u karpatskoj regiji. Treba napomenuti da se desorpcija žive iz pridnenih sedimenata odvija sporo, tako da ponovna kontaminacija površinskih voda nakon što je identificiran i eliminiran izvor onečišćenja također ima inhibiranu kinetiku. U vodenom mediju živa stvara organometalne spojeve tipa R–Hg–X i R–Hg–R, gdje je R metilni ili etilni radikal. Iz antropogenih izvora živa ulazi u vodene sustave u obliku pretežno metalne žive, Hg(II) iona i fenilživinog acetata. Prevladavajući oblik žive koji se nalazi u ribi je metil živa, koja nastaje biološkim putem enzimima iz mikroorganizama. U nezagađenim površinskim vodama sadržaj žive kreće se od 0,2-0,1 μg/l, au morskim je tri puta manji. Vodene biljke apsorbiraju živu. Organski spojevi R–Hg–R" nalaze se u većim koncentracijama u slatkovodnom planktonu nego u morskom planktonu. Organski spojevi žive sporije se izlučuju iz organizma od anorganskih. Postojeći standard za najveći udio ovog otrovnog sredstva (0,5 μg/kg) ) koristi se za kontrolu kvalitete prehrambenih proizvoda. Pretpostavlja se da je živa prisutna u obliku metiliranih spojeva koji, ako se unese u ljudski organizam, mogu uzrokovati Minimata bolest.

Voditi.

Izgaranjem olovnog benzina u okoliš dospijeva polovica ukupne količine ovog otrovnog sredstva. U vodenim sustavima olovo se uglavnom povezuje adsorpcijom sa suspendiranim česticama ili je u obliku topivih kompleksa s huminskim kiselinama. Kada se biometilira, kao kod žive, olovo na kraju stvara tetrametil olovo. U nezagađenim površinskim vodama kopna sadržaj olova obično ne prelazi 3 µg/l. Rijeke u industrijskim regijama imaju više razine olova. Snijeg može akumulirati ovaj otrov u značajnoj mjeri: u blizini velikih gradova njegov sadržaj može doseći gotovo 1 milijun μg/l, a na određenoj udaljenosti od njih ~ 1–100 μg/l.

Vodene biljke dobro akumuliraju olovo, ali na različite načine. Ponekad ga fitoplankton zadržava s faktorom koncentracije do 10 5, poput žive. Olovo se malo nakuplja u ribama, pa je relativno manje opasno za ljude u ovoj karici trofičkog lanca. Metilirani spojevi relativno se rijetko nalaze u ribama u normalnim vodenim uvjetima. U regijama s industrijskim emisijama, akumulacija tetrametil olova u ribljim tkivima događa se učinkovito i brzo - akutna i kronična izloženost olovu događa se pri razini kontaminacije od 0,1–0,5 μg/l. U ljudskom tijelu olovo se može akumulirati u kosturu, zamjenjujući kalcij.

Kadmij.

Kemijska svojstva ovog metala slična su cinku. Može zamijeniti potonje u aktivnim centrima enzima koji sadrže metal, što dovodi do oštrog poremećaja u funkcioniranju enzimskih procesa. U ležištima rude kadmij je obično prisutan zajedno s cinkom. U vodenim sustavima kadmij se veže na otopljene organske tvari, osobito ako su u njihovoj strukturi prisutne sulfhidrilne SH skupine. Kadmij također tvori komplekse s aminokiselinama, polisaharidima i huminskim kiselinama. Vjeruje se, međutim, da sama prisutnost visokih koncentracija ovih liganada sposobnih vezati kadmij još nije dovoljna da smanji koncentraciju slobodnih kadmijevih vodenih iona na razinu sigurnu za žive organizme. Adsorpcija iona kadmija pridnenim sedimentima jako ovisi o kiselosti medija. U neutralnim vodenim sredinama, slobodni ion kadmija gotovo je potpuno apsorbiran od strane čestica pridnenih sedimenata.

Prije samo nekoliko godina postojalo je mnogo izvora kadmija koji su ulazili u okoliš. Nakon što je dokazana njegova visoka toksičnost, njihov se broj naglo smanjio (barem u industrijaliziranim zemljama). Sada su glavni izvor onečišćenja okoliša ovim otrovom grobnice nikal-kadmijevih baterija. Kao što je već spomenuto, kadmij je pronađen u produktima erupcije Etne. Koncentracije kadmija u kišnici mogu premašiti 50 µg/l.

U slatkovodnim akumulacijama i rijekama sadržaj kadmija kreće se od 20-400 ng/l. Njegov najmanji sadržaj u oceanu zabilježen je u Tihom oceanu, istočno od Japanskog otočja (∼ 0,8-9,6 ng/L na dubini od 8-5500 m). Ovaj se metal nakuplja u vodenim biljkama iu tkivima unutarnjih organa riba (ali ne iu skeletnim mišićima).

Kadmij je općenito manje toksičan za biljke od metilžive i usporediv je po toksičnosti s olovom. Pri sadržaju kadmija od ~ 0,2–1 mg/l fotosinteza i rast biljaka usporavaju se. Zanimljiv je sljedeći zabilježeni učinak: toksičnost kadmija osjetno se smanjuje u prisutnosti određenih količina cinka, što još jednom potvrđuje pretpostavku da se ioni ovih metala mogu natjecati u organizmu za sudjelovanje u enzimskom procesu.

Biosfera se može smatrati generaliziranim predmetom analize. U praksi se specijalist u određenom području znanosti bavi bilo kojom njegovom sastavnicom. Međutim, svaki konkretni objekt je u stalnoj dinamici, u međusobnoj povezanosti s drugim objektima i stoga mijenja ne samo svoj sastav, već i svojstva. Ponekad su te promjene male, pa da bi se mogle uočiti potrebno je određeno vrijeme tijekom kojeg će se te promjene dogoditi. Međutim, korištene metode promatranja, tj. biomonitoring, moraju biti osjetljive i točne. Složenost okoliša kao objekta analize i njegova varijabilnost uvjetuju periodičko preispitivanje podataka i usavršavanje kako metoda određivanja tako i pojedinih faza analize. Nedavno je takva revizija provedena u odnosu na podatke o zastupljenosti žive i bakra u okolišu. Pokazalo se da prethodne faze uzorkovanja, selekcije i pripreme uzorka nisu bile dovoljno savršene i uključivale su sustavnu pogrešku. Njegovo računovodstvo u konačnici je dovelo do činjenice da su podaci o sadržaju žive u pojedinim objektima okoliša ponekad bili precijenjeni za red veličine. Iako prognoza udjela žive u atmosferskim emisijama za razdoblje do 2025. godine pretpostavlja udvostručenje količina ovog otrovnog sredstva, već je utvrđeno da je u stvarnosti njezina koncentracija gotovo za red veličine niža. Slična kritička analiza podataka očekuje se za procjenu sadržaja bakra. Podatke o raspodjeli metala kao zagađivača primarno dobivaju analitičari okoliša, koji dobivaju primarne informacije, iako u rješavanju problema zaštite okoliša sudjeluju stručnjaci iz srodnih područja znanosti. Jedan od smjerova moderne reforme visokog obrazovanja je izobrazba visokokvalificiranih stručnjaka u znanosti
testeri sa širokom erudicijom u srodnim područjima kemije, biologije, fizike, ekologije, sposobni rješavati složene i vitalne probleme od kojih se neki dotiču u ovom članku.

1. Mirkin B.M., Naumova L.G. Ekologija Rusije. M.: 1995. 232 str.

2. Nikanorov A.M., Zhulidov A.V. Biomonitoring metala u slatkovodnim ekosustavima. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1991. 312 str.

3. Moore J., Ramamurthy S. Teški metali u prirodnim vodama. M.: Mir, 1987. 286 str.

4. Williams D. Metali života. M.: Mir, 1975. 236 str.

5. Materijali konferencija o analizi prirodnih i otpadnih voda u SSSR-u (Rusija) u posljednjih 5-10 godina.

6. Shustov S.B., Shustova L.V. Kemijski temelji ekologije. M.: Obrazovanje, 1995. 240 str.

7. Maistrenko V.N., Khamitov R.Z., Budnikov G.K. Ekološki monitoring supertoksikanata. M.: Kemija, 1996. 320 str.

German Konstantinovich Budnikov, doktor kemijskih znanosti, profesor Odsjeka za analitičku kemiju Kazanskog državnog sveučilišta, dopisni član Akademije prirodnih znanosti Ruske Federacije i Ruske ekološke akademije, akademik Međunarodne akademije znanosti visokog obrazovanja.

Područje znanstvenog interesa: elektroanalitička kemija, kemijski modificirane elektrode, biosenzori za okolišno-analitičku kontrolu. Autor više od 550 publikacija, od čega 12 knjiga o problemima elektroanalitike i analitičke kemije.

Rudarstvo i prerada nisu najjači izvor onečišćenja metalima. Emisije iz tih poduzeća znatno su niže od onih iz termoelektrana. Svi metali su prisutni u ugljenu i nafti. U pepelu elektrana, industrijskih i kućnih peći ima znatno više otrovnih kemijskih elemenata, uključujući teške metale, nego u tlu. Emisije u zrak nastale izgaranjem goriva od posebne su važnosti. Na primjer, količina žive, kadmija, kobalta, arsena u njima je 3-8 puta veća od količine iskopanih metala. Postoje dokazi da samo jedan kotao moderne termoelektrane na ugljen u prosjeku godišnje ispusti 1-1,5 tona živine pare u atmosferu. Teške metale sadrže i mineralna gnojiva.

Uz izgaranje mineralnih goriva, najvažniji način tehnogene disperzije metala je njihovo ispuštanje u atmosferu tijekom pirogenih tehnoloških procesa (metalurgija, spaljivanje cementnih sirovina i dr.), kao i transport, obogaćivanje i sortiranje ruda. .

Tehnogeni ulazak teških metala u okoliš događa se u obliku plinova i aerosola te u sklopu otpadnih voda. Metali se relativno brzo nakupljaju u tlu i uklanjaju iz njega izuzetno sporo: poluživot cinka je do 450 godina, kadmija - do 1000 godina, bakra - do 1400 godina. Značajan izvor onečišćenja tla metalima je korištenje gnojiva iz mulja dobivenog iz industrijskih i kanalizacijskih postrojenja. Teški metali u emisijama iz metalurške proizvodnje uglavnom su u netopljivom obliku. Udaljavanjem od izvora onečišćenja najkrupnije čestice se talože, povećava se udio topivih spojeva metala i uspostavlja se omjer između topivih i netopivih oblika. Aerosolno onečišćenje koje ulazi u atmosferu uklanja se iz nje prirodnim procesima samopročišćavanja. Glavnu ulogu igraju atmosferske oborine. Posljedično, emisije iz industrijskih poduzeća u atmosferu i ispuštanja otpadnih voda stvaraju preduvjete za ulazak teških metala u tlo, podzemne vode i otvorena vodna tijela, u biljke, sedimente na dnu i životinje. Raspon širenja i razine onečišćenja zraka ovise o snazi izvora, uvjetima emisije i vremenskim uvjetima. Ali u uvjetima industrijskih urbanih aglomeracija i urbanog razvoja, parametri raspodjele metala u zraku još su uvijek slabo predvidljivi. S udaljenošću od izvora onečišćenja, smanjenje koncentracija metalnih aerosola u atmosferskom zraku često se događa eksponencijalno, zbog čega je zona njihova intenzivnog utjecaja, u kojoj se prekoračuje MDK, relativno mala. U urbaniziranim područjima konačni učinak zabilježenog onečišćenja zraka rezultat je dodavanja mnogih polja raspršenja i određen je udaljenošću od izvora emisije, urbanom strukturom i prisutnošću potrebnih sanitarno-zaštitnih zona oko poduzeća. Prirodni sadržaj teških metala u ekološki prihvatljivoj atmosferi je tisućinke i desettisućinke mikrograma po kubnom metru i niže. Ove razine praktički se ne promatraju u modernim uvjetima ni u jednom naseljenom području. Glavne industrije povezane s onečišćenjem živom uključuju rudarstvo, metalurgiju, kemikalije, instrumente, vakuum i farmaceutske proizvode. Najintenzivniji izvori onečišćenja okoliša kadmijem su metalurgija i galvanizacija te izgaranje krutih i tekućih goriva. Vodeći je zračni put ulaska kemijskih elemenata u urbanu sredinu. Ali već na maloj udaljenosti, posebno u područjima prigradske poljoprivrede, relativna uloga izvora onečišćenja okoliša teškim metalima može se promijeniti, a najveću opasnost predstavljat će otpadne vode i otpad nakupljen na odlagalištima i korišten kao gnojivo. Najveću sposobnost koncentriranja teških metala imaju suspendirane tvari i prizemni sedimenti, zatim plankton, bentos i ribe. Teški metali su među najčešćim onečišćivačima u vodi, tlu i zraku. Njihova se toksičnost može procijeniti prema razredu opasnosti kojem pripadaju i utjecaju na metabolizam i ljudsko zdravlje. U vodi i tlu postoje topljivi i dispergirani oblici metala. Teški metali spadaju u skupinu nekonzervativnih metala, odnosno njihov sadržaj u vodi, tlu, aktivnom i digestiranom mulju ovisi o temperaturi, sadržaju soli, prisutnosti anorganskih i organskih kompleksaša, biološkoj aktivnosti, dobu godine, pH vrijednost (u skladu sa slikom 3)

Slika 3. Onečišćenje vode teškim metalima

Teški metali ulaze u tlo i vodena tijela iz atmosfere ili kada se ispuštaju nepročišćene otpadne vode, koncentracija metala u sedimentima je mnogo redova veličine veća nego u vodi. U tlu i tresetu koncentracija teških metala nastaje mehanizmom ionske izmjene. prijenos teških metala može nastati kao rezultat stvaranja u vodi topivih organskih i anorganskih kompleksa. Manifestacija toksičnih svojstava teških metala u njihovoj istodobnoj prisutnosti smatra se karakterističnom. Dakle, u prisutnosti bakra i cinka, toksičnost smjese se povećava 5 puta u odnosu na ukupni rezultat. U sustavima u kojima nedostaje otopljenog kisika povećava se toksičnost cinka, olova i bakra. Sorpcija teških metala tlom ovisi o njegovom mehaničkom, fizikalno-kemijskom (metaboličkom), kemijskom i biološkom kapacitetu.

Ioni koje apsorbira tlo mogu zamijeniti katione prisutne u kristalnoj rešetki i formirati kompleksne spojeve s organskim komponentama tla, na primjer, s humusnim spojevima. Huminski spojevi u alkalnim i neutralnim sredinama tvore kompleksne spojeve s teškim metalima. U praksi pročišćavanja industrijskih otpadnih voda danas sve više dobivaju membranske tehnologije i elektrokemijska obrada. Ioni cinka, kroma, bakra, nikla savršeno se ekstrahiraju iz vode metodom ionske izmjene. Kapacitet izmjene za niklov ion je 63 mg. za 1 g jonita. Budući da je cijena polimernih ionskih izmjenjivača značajna, razvijaju se metode za pročišćavanje vode od teških metala koje koriste nusproizvode, industrijski otpad (šljaka, pepeo) i prirodne materijale (treset, glina). U radu su opisani glavni principi obrade otrovnog kanalizacijskog mulja u svrhu izdvajanja teških metala iz njih.

Iz pepela dobivenog spaljivanjem tih sedimenata ekstrahiraju se teški metali. Danas više od 500 tisuća vrsta kemikalija - proizvoda gospodarske aktivnosti - ulazi u biosferu, od kojih se većina nakuplja u tlu. Teški metali zauzimaju značajno mjesto među zagađivačima.

Ovisno o njihovoj koncentraciji u prirodnom okolišu, definirani su ili kao elementi u tragovima ili kao teški metali. Ali postoji skupina metala za koje je dodijeljena samo jedna definicija - "teška" u smislu "otrovna". Tu spadaju živa, kadmij, olovo, talij i neki drugi elementi. Smatraju se najopasnijim zagađivačima okoliša, uz metaloide poput arsena.

Glavni izvori antropogenog unosa teških metala u prirodni okoliš su termoelektrane, metalurška poduzeća, kamenolomi i rudnici za vađenje polimetalnih ruda, motorna vozila i kemijska sredstva za zaštitu usjeva od bolesti i štetnika. Osobito jaki tokovi teških metala nastaju oko poduzeća crne i posebno obojene metalurgije kao posljedica atmosferskih emisija. Onečišćenje prirodnog okoliša toksinima nastaje kao rezultat rada industrijskih kompleksa, a ne pojedinačnih poduzeća. S obzirom da je gustoća toka taloženih metala na podlogu proporcionalna njihovoj koncentraciji u zraku, posebnim tehnikama se procjenjuje specifičan izvor metala koji ulaze u okoliš.

Glavni izvori antropogenih emisija štetnih tvari u atmosferu koncentrirani su u regijama Sjevernog i Južnog Kazahstana, tj. na sjevernoj hemisferi. Sadržaj metala u atmosferi varira u širokom rasponu i ovisi o udaljenosti od izvora onečišćenja, prirodi podloge i vremenskim uvjetima u vrijeme mjerenja. Hlapljivost metala je posljedica činjenice da su u atmosferi povezani sa submikronskim česticama, koje se u zraku ponašaju gotovo kao plin. Zagađivače u atmosferi hvataju kapi kiše ili snježne pahulje i padaju kroz oborine ili na površinu Zemlje kao suho taloženje. Industrijski izvori aerogenog onečišćenja tla metalima lokalizirani su u prostoru, pa uzrokuju visoke razine onečišćenja tla na ograničenim područjima (prema slici 4.).

Slika 4. Onečišćenje tla otpadom iz kućanstva

Ovisno o visini i raspršenom sastavu emisija, 15-20% količine metala ispuštenih u atmosferu pada u zonu lokalnog onečišćenja. Konfiguracija izolinija sadržaja metala u tlu oko izvora emisije uglavnom odgovara klimatskoj ruži vjetrova. Otpuštanje metala u tlo u blizini izvora emisije obično se događa u obliku netopljivih spojeva.

Pokretljivost teških metala u tlu

Modifikacija spojeva teških metala koji ulaze u tlo uključuje sljedeće procese: otapanje, adsorpciju kationa teških metala čvrstom fazom tla, stvaranje posljednje čvrste faze. Glavnim procesom koji kontrolira sadržaj u vodi topivih oblika teških metala u tlima podložnim tehnogenom onečišćenju smatra se adsorpcijsko-desorpcijska ravnoteža.

Poznato je da se nakon dodavanja oksida teških metala sadržaj njihovih mobilnih oblika praktički nije razlikovao od sadržaja u tlu u koje su dodane vodotopljive soli istih teških metala. S vremenom se u svim tlima smanjivao sadržaj vodotopivih, izmjenjivih i slabo vezanih oblika teških metala, a povećavao sadržaj čvrsto vezanih oblika. Koncentracija teških metala u otopini tla glavna je ekološka karakteristika tla, ona određuje migraciju teških metala duž profila i njihovu apsorpciju u biljkama. Promjene vlažnosti tla i energije mikrobiote utječu na acidobaznu i redoks ravnotežu, sadržaj kelatnih spojeva, sastav atmosfere tla, a sve to opet utječe na pokretljivost teških metala. Postoje 2 mehanizma u apsorpciji teških metala u tlu: prvi uključuje adsorpciju uz stvaranje vanjskih i unutarnjih kuglastih kompleksnih spojeva s mineralnim i organskim komponentama tla; drugi se sastoji u taloženju teško topivih spojeva iz otopine tla, t.j. u stvaranju ponovljene čvrste faze. U kasnijoj sudbini metala koji tvore jake veze s kisikom i sumporom, složena formacija s organskom tvari igra važnu ulogu. Pri vrlo visokoj koncentraciji metala u otopini počinje taloženje sekundarne krute faze: željeza, aluminijevih hidroksida, kalcijevih karbonata, magnezija, cinka, kadmija i živinih sulfida. U ovom slučaju koncentracija metala u otopini ovisi o anionu, što osigurava minimalnu topljivost kationa.

Riža. 12.3. Shema disperzijskih procesa vode onečišćene teškim metalima u podzemnim horizontima Riža. 13.1 Sl. 13.2 Sl. 13.3 Sl. 13.4 Sl. 13.5 Sl. 13.6

U uvjetima aktivne antropogene aktivnosti, onečišćenje prirodnih slatkih voda teškim metalima postalo je posebno akutan problem. Relevantnost ovog problema je nesumnjiva. Dovoljno je reći da u načelu ne postoje pouzdani mehanizmi samopročišćavanja za teške metale. Teški metali se samo redistribuiraju iz jednog prirodnog rezervoara u drugi, stupajući u interakciju s različitim živim organizmima i posvuda ostavljajući vidljive nepoželjne posljedice te interakcije. Danas je glavni izvor onečišćenja prirodnih voda teškim metalima industrijsko onečišćenje. Teški metali u prirodne vode dospijevaju s iskorištenim industrijskim vodama koje sadrže kemijske spojeve i elemente u tragovima, s kišnicom filtriranom kroz odlagališta, kao i prilikom havarija raznih kemijskih postrojenja i skladišta. Za podzemne vode od velike je važnosti ubrizgavanje otpada u bunare, rudnike i jame. Kao što se može vidjeti sa Sl. 12.1, zagađena voda može teći u otvoreni rezervoar i prodrijeti u vodonosnik kroz "prozore" u nepropusnom sloju. Međutim, može se dogoditi i obrnuti proces, kada teški metali migriraju s podzemnom vodom i kroz iste "prozore" ulaze u otvoreno vodeno tijelo (Sl. 12.2).

Voda je glavni medij za migraciju teških metala u zemljinoj kori. Za ocjenu intenziteta migracije vode obično se koristi koeficijent migracije vode, jednak omjeru sadržaja kemijskog elementa u mineralnom ostatku vode prema njegovom sadržaju u stijenama domaćinima ili prema klarku zemljine kore. Za migracijske procese u prirodnim vodama od posebne su važnosti čimbenici kao što su redoks potencijal, acidobazni uvjeti (pH) i niz drugih. Problemi teških metala u slatkim površinskim vodama, s jedne strane, iu podzemnim vodama, s druge strane, dvije su strane općenitijeg problema.

Treba još jednom naglasiti da su metali, za razliku od organskih zagađivača koji prolaze procese razgradnje, sposobni samo za preraspodjelu između pojedinih komponenti vodenih sustava. U prirodnim slatkim vodama postoje u različitim oblicima i različitim stupnjevima oksidacije. U pravilu se razlikuju suspendirane, koloidno-dispergirane i stvarno otopljene faze, koje zauzvrat mogu biti predstavljene širokim spektrom tvari i spojeva. Eksperimentalne studije provedene 1980-ih godina pokazale su da se različiti oblici istog elementa razlikuju u biološkoj aktivnosti i dostupnosti organizmima. Pokazalo se da su za hidrobionte u koncentracijama iznad MPC najotrovniji slobodni hidratizirani ioni i neki anorganski kompleksni spojevi, a za metale podvrgnute procesu metilacije (Hg, Pb, Sn, itd.) - organometalni spojevi.

Skupina teških metala uključuje više od 30 elemenata periodnog sustava; Ograničimo se na razmatranje samo nekih od njih (tablica 12.1).

Tablica 12

Tablica 12.1. Sadržaj mikroelemenata u antropogenim objektima

Mikroelementi	Tekući komunalni otpad (dijelovi na milijun krutih tvari)	Fosfatna gnojiva, mg/kg	Pesticidi, %
Kao	2-26	2-1200	22-60
U	15-1000	5-115
Va	150-4000	200
Biti	4-13
Br	20-165		20-85
CD	2-1500	7-170
Xie	20	20
Co	2-260	1-10
SG	20-40600	66-245
Cu	50-3300	1-300	12-50
F	2-740	8500-15500	18-45
Ge	10-1
Hg	0,1-55	0,01-0,12	0,8-42
Mn	60-3900	40-2000
Mo	1-40	0,1-60
Ni	16-5300	7-32
Pb	50-3000	7-225	60
Rb	4-95	5
sc	0,5-7	36
Se	2-9	0,5
S	40-700	3-4
Sr	40-360	25-500

Bakar (Cu). Sadržaj bakra u zemljinoj kori je relativno mali, ali se često nalazi kako u samorodnom stanju, tako iu obliku sulfida i drugih spojeva. U površinskim slatkim vodama sadržaj bakra kreće se od nekoliko jedinica do desetaka, rjeđe stotina mikrograma po litri. Tijekom cijele povijesti ljudskog postojanja iskopana je ogromna količina bakra (oko 307 milijuna tona), od čega se oko 80% dogodilo u 20. stoljeću. Savitljivost, duktilnost, dobra toplinska vodljivost, otpornost na koroziju i sposobnost oblikovanja legura određuju široku upotrebu bakra u industriji. Ukupno ispuštanje bakra u atmosferu zajedno s raznim aerosolima iznosi 75 000 tona godišnje. Od ove količine, približno 75% je antropogenog podrijetla. Aerosoli koji sadrže bakar šire se na velike udaljenosti i postupno padaju zajedno s oborinama na površinu zemlje. Drugi važan izvor bakra je rudarska i metaloprerađivačka industrija. Otprilike 17 tisuća tona otpadnog bakra svake se godine ispere u oceane.

U vodenom okolišu bakar može postojati u tri glavna oblika: suspendiranom, koloidnom i otopljenom. Potonji mogu uključivati slobodne ione bakra i njegove kompleksne spojeve s organskim i anorganskim ligandima. Oblik pojavljivanja bakra uvelike je određen fizikalno-kemijskim i hidrodinamičkim parametrima vodenog okoliša.

Količina bakra povezana s krutim česticama može doseći 12-97% ukupnog sadržaja u riječnim vodama. Otprilike tona ulazi u ocean godišnje, od čega je 1% u otopljenom obliku, 6% u obliku vezanom uz hidrokside, 4,5% u organskom obliku, 85% u čvrstim kristalnim česticama, 3,5% u obliku sorbenta na suspendiranim česticama.

Rezultati osmogodišnjih istraživanja migracije teških metala u rijeku. Ruhr je pokazao da sadržaj bakra u vodi lagano varira s promjenama u protoku vode i da postojeće varijacije ne ovise o mjestu uzorkovanja vode duž rijeke. Nešto drugačija slika uočena je proučavanjem rijeka Ukrajine i Kamčatke, gdje je koncentracija bakra jasno porasla u vodi nizvodno nakon velikih naseljenih područja. Intenzivna sorpcija bakra česticama gline određuje njegov visok sadržaj u pridnenim sedimentima. Brzina sorpcije ovisi o količini čestica gline, prisutnosti tvari koje tvore ligand, feromanganskih oksida, pH okoline i nizu drugih čimbenika. Mogućnost desorpcije iz pridnenih sedimenata ovisi o pH medija, tvrdoći vode te prisutnosti prirodnih i sintetskih kelata i drugih površinski aktivnih tvari u njoj.

Sadržaj otopljenog bakra u nezagađenim slatkim površinskim vodama obično se kreće od 0,5 do 1,0 µg/l. Znatno više koncentracije bakra (do 500-2000 µg/l) tipične su za rudarska područja. Kao rezultat ljudske aktivnosti, sadržaj bakra u oborinama je vrlo značajan. Tako je na području Belgije i nekih regija Italije prosječni sadržaj ovog metala u oborinama 10-116 odnosno 3-23 μg/l.

Povećan sadržaj bakra (>1000 µg/kg) u sedimentima često se povezuje s utjecajem otpadnih voda rudnika. Nekontaminirani slatkovodni sedimenti ne sadrže više od 20 mikrograma/kg bakra po kilogramu suhe težine. Ako govorimo o toksičnosti, tada bakar nije akutno otrovan za ljude, iako u nekim slučajevima kronični višak ili nedostatak bakra u tijelu može uzrokovati intoksikaciju. Mutagena i kancerogena svojstva bakra nisu utvrđena.

Cink (Zn). Cink je jedan od elemenata široko rasprostranjen u prirodi. Njegov ukupni sadržaj u zemljinoj kori je prema težini. Cink tvori značajan broj kompleksa različite snage s organskim i anorganskim ligandima. Među slabo topivim spojevima cinka sustav je od velikog interesa , jer je najstabilnija čvrsta faza u vodama zasićenim zrakom.

Cink je vitalni element za sisavce. Dio je niza enzima i igra važnu ulogu u sintezi nukleinskih kiselina - DNA i RNA. Cink se široko koristi u tehnologiji. Što se tiče opsega proizvodnje (63 245 tisuća tona tijekom deset godina - od 1971. do 1981.), cink je čvrsto na četvrtom mjestu nakon čelika, aluminija i bakra.

Po sadržaju u površinskim vodama cink je na drugom mjestu među mikroelementima iza mangana. U riječnim vodama njegova koncentracija vrlo varira - od nekoliko mikrograma do desetaka, rjeđe stotina mikrograma/l. U vodama onečišćenim teškim metalima koncentracije cinka mogu doseći stotine µg/l. Na primjer, u jezerima koja se nalaze u zoni utjecaja talionica olova i cinka koncentracije otopljenog cinka prelaze 100 mg/l. U rijekama u zoni utjecaja rudnika sadržaj cinka prelazi 3000 µg/l. Prema dostupnim podacima, antropogeni unos cinka u okoliš veći je za 700% od prirodnog unosa.

Među procesima koji imaju najveći utjecaj na ponašanje cinka (II) u vodenim otopinama su hidroliza i kompleksacija. Kao rezultat hidrolize nastaju višenuklearni hidrokso kompleksi. Međutim, polinuklearni hidrokso kompleksi tipa čine mali udio (<2%) даже при его концентрации, равной моль/л. Таким образом, для природных вод более характерен гидроксид , обладающий амфотерными свойствами. Токсичность цинка во многом определяется присутствием других тяжелых металлов, особенно кадмия. Повышенная аккумуляция этих металлов может приводить к недостатку цинка в организме, что проявляется в подавлении ферментативных реакций. Избыток цинка также небезразличен для человека, так как он приводит к повышению выработки молочной кислоты и, как следствие, к повышению рН крови и нарушению функции почек.

Merkur (Hg). Živa se u prirodi nalazi uglavnom u raspršenom stanju. Unatoč malom sadržaju u zemljinoj kori (%), dio je mnogih minerala, često tvoreći naslage. Ukupna proizvodnja žive u tekućem stoljeću iznosila je oko tona. Od toga je samo 1979. godine proizvodnja žive iznosila tek nešto manje od 6 tisuća tona. Kombinacija jedinstvenih fizikalno-kemijskih svojstava (jedini tekući metal pri 20 i atmosferskom tlaku) čini živu praktički jedinom prirodnom tvari prikladnom za upotrebu u mjernim instrumentima. Visoka toplinska i električna vodljivost čini živu izvrsnim vodičem i rashladnim sredstvom. Zbog svoje sposobnosti adsorpcije neutrona, živa se koristi za izradu "oklopa" protiv zračenja. Živini spojevi naširoko se koriste u insekticidima i drugim kemikalijama. Količina antropogene žive koja ulazi u površinske slatke vode iznosi oko 57 tisuća tona, što je 10 puta više od opskrbe iz prirodnih izvora. Čini se da je uporaba i kasnije odlaganje uređaja koji sadrže živu glavni umjetni izvor žive koja ulazi u okoliš. Drugi po važnosti su prerada raznih metala i izgaranje fosilnih goriva.

Živa u prirodnim vodama može biti prisutna u tri stanja - elementarno (), monovalentno () i dvovalentno (). Oblici pojavljivanja ovog metala u vodi i njihova distribucija ovise o pH okoliša. U vodenim sustavima živa tvori veliki broj stabilnih kompleksnih spojeva s različitim organskim i anorganskim vezama. U industrijski onečišćenim vodama 66,4% žive povezano je s česticama molekulske mase 10 000. U prirodnim vodama živa je intenzivno vezana uz krute lebdeće čestice. Općenito, procesi sorpcije-desorpcije odlučujući su za sudbinu metala u vodenim sustavima. Sorpcija žive i naknadna sedimentacija imaju važnu ulogu u uklanjanju žive iz vodenih masa. Živa ulazi u vodne sustave iz antropogenih izvora onečišćenja prvenstveno u obliku elementarne žive, dvovalentnog iona i fenilživinog acetata . Utvrđeno je da je metilirana živa prevladavajući oblik. Nalazi se čak iu ribama iz zagađenih voda, unatoč niskoj koncentraciji zagađivača. Koncentracija otopljene žive u nezagađenim slatkim vodama kreće se od 0,02-0,1 µg/l. Razine ukupne žive u oborinama variraju od<0,01 до >1,0 µg/l. Maksimalni sadržaj obično je tipičan za industrijska područja. Živa prisutna u zraku može se učinkovito ukloniti tijekom jakih oborina. Postoji nekoliko "vrućih točaka" diljem svijeta s vrlo visokim razinama žive u sedimentima, koje predstavljaju potencijalnu prijetnju vodenom okolišu čak i nakon što se ukloni izvor onečišćenja. Tako sadržaj žive u pridnenim sedimentima rijeka Kumano i Jintsu u Japanu doseže 9000 mg/kg. Često se mogu primijetiti visoke koncentracije žive u površinskim vodnim tijelima zbog neizravnog antropogenog utjecaja. Rijeke koje teku kroz područja naslaga žive (primjerice rijeka Kaltun) sadrže povećane količine ovog elementa.

Živa je jedan od najopasnijih zagađivača prirodnih voda. Lako reagira s mnogim proteinima krvi i tkiva, blokirajući aktivne skupine u njima, zbog čega gube svojstva reakcije (Minamata bolest). Metil živa koja uđe u tijelo transportira se krvotokom i nakuplja u bubrezima, jetri i mozgu. Razdoblje eliminacije žive je dosta dugo, što pridonosi njenom nakupljanju u živim organizmima. Živini spojevi nemaju kancerogeno i mutageno djelovanje, no zbog sposobnosti žive da prodire kroz placentu poznati su brojni slučajevi embriotoksičnog djelovanja.

Olovo (Pb). Olovo je jedan od rjeđih elemenata. Njegov sadržaj (težinski) u zemljinoj kori je %. Proizvodnja i potrošnja olova u 20. stoljeću. bio visok i stabilan (t proizveden 1970.) i vjerojatno će dugo ostati na istoj razini. Olovo se široko koristi u proizvodnji lema, boja, streljiva, legura za tiskanje itd. Za proizvodnju kiselinskih akumulatora godišnje se troši ogromna količina olova (1979. godine u SAD-u je za njihovu proizvodnju utrošeno 814,3 tisuće tona Pb), tj. oko 60% svjetske potrošnje.

Emisije olova naglo su porasle u 20. stoljeću. Izgaranjem nafte i benzina najmanje 50% svih antropogenih emisija ovog metala ulazi u okoliš. Drugi važan izvor antropogenog olova je taljenje i obrada metala. Značajan izvor olova koji ulazi u okoliš je rudarska industrija. U rudarskom otpadu koncentracija olova može doseći 2000 mg/kg.

Osobitosti prisutnosti i migracije olova u prirodnim vodama određene su taloženjem i stvaranjem kompleksa s organskim i anorganskim ligandima. Stoga koncentracija otopljenog olova u većini prirodnih vodnih sustava obično ne prelazi 10 µg/l. Intenzitet ovih procesa ovisi o pH i Eh okoliša, prisutnosti agenasa koji stvaraju ligand i nizu drugih čimbenika. Istraživanje obrasca migracije olova u jednoj od australskih rijeka pokazalo je da je u riječnoj vodi oko 45% ukupne količine olova povezano sa suspendiranim oblicima, što je znatno niže od onog uočenog za druge proučavane rijeke, na primjer Rajnu , gdje udio suspendiranog olova doseže 72% (slični podaci za rijeku . Amur čine 64-75%). Izračuni pokazuju da se stvaraju ionsko-izmjenjivački oblici olova, a dio je i obračunat. Organski olovni kompleksi postaju značajni samo pri koncentracijama tvari koje tvore ligand veće od M.

Intenzitet sorpcije-desorpcije olova riječnim sedimentima ovisi o karakteristikama njihova litološkog sastava i sadržaju organskih tvari. U nedostatku topivih kompleksirajućih oblika, olovo se gotovo potpuno sorbira pri pH>6,0. Razina ukupnog olova u oborini obično se kreće od 1 do 50 µg/l. U industrijskim područjima može doseći 1000 µg/l, što dovodi do ozbiljnog onečišćenja snježnog pokrivača i tla. Na primjer, koncentracija olova u snježnom pokrivaču kod kanadskog grada Toronta iznosi 828 000 μg/L, dok u snježnom pokrivaču u udaljenijim područjima njegova koncentracija pada na 100 μg/L ili manje.

Rudarstvo je najznačajniji izvor olova u sedimentima u slatkovodnim sustavima. U nekim slučajevima sadržaj olova doseže 6000 mg/kg suhe težine sedimenta, pa čak i više. U kontaminiranim područjima sadržaj olova u pridnenim sedimentima ne prelazi 2-50 μg/kg, ovisno o prirodi stijena koje leže.

Olovo je vrlo otrovno za žive organizme. Utvrđeno je da anorganski spojevi remete metabolizam i djeluju kao inhibitori enzima. Dugotrajna konzumacija vode, čak i s niskim sadržajem ovog metala, jedan je od uzroka akutnih i kroničnih bolesti. Sposobnost zamjene kalcija u kostima dovodi do povećane krhkosti i zakrivljenosti. Olovo nema mutageno djelovanje, ali njegov povećani sadržaj u organizmu dovodi do ozbiljnih anomalija u razvoju fetusa kod ženki sisavaca, uzrokujući deformacije kostura. Uz to, olovo ima učinak ponovnog punjenja i dug poluživot.

Nikal (Ni). Nikal je rjeđi element; njegov sadržaj u zemljinoj kori ne prelazi %. Ponašanje nikla (II) u prirodnim vodama krajnje je nedovoljno istraženo.Pokretljivost ovog elementa, kao i mnogih drugih metala, uvelike ovisi o količini organske tvari u vodi, njezinoj prirodi, kao io pH i Eh. okoliša. Nikal (II) tvori brojne kompleksne spojeve (najjači su kompleksi s ligandima koji sadrže donorske atome dušika). Ioni u vodenim otopinama podliježu hidrolizi u manjoj mjeri nego kationi drugih metala. Primjetna hidroliza nikla opaža se tek pri pH>9,0.

Svjetska potrošnja nikla u desetljeću od 1971. do 1980. godine iznosila je 740 tisuća tona, no sada je njezina stopa rasta smanjena. Glavni izvori ulaska nikla u prirodni okoliš uključuju izgaranje fosilnih goriva i korištenje legura koje sadrže nikal.

Sadržaj nikla u nezagađenim vodama obično se kreće od 1-3 µg/l. Pod utjecajem raznih industrijskih izvora može se povećati na 10-15 μg/l. U jezerima koja se nalaze u blizini talionica nikla, atmosferski unosi uzrokuju raspon sadržaja otopljenog nikla od 1 do 183 µg/l. Atmosferske oborine u udaljenim područjima svijeta karakteriziraju niske razine nikla (do 5 μg/l), ali njegova koncentracija značajno raste iznad urbanih i industrijskih područja te se, ovisno o vrsti industrijskog onečišćenja, kreće od 3 do 110 μg. /l. Nikal nije važan ili široko rasprostranjen kontaminant u sedimentima vodenih sustava. U većini industrijskih područja svijeta njegov sadržaj rijetko prelazi 50-100 μg/kg, što je često usporedivo s prirodnom pozadinom, ali u nekim područjima njegov sadržaj prelazi 500 μg/l. Nikal je u tragovima neophodan ljudima. Pritom je njegov višak vrlo opasan, iako je u usporedbi s drugim teškim metalima najmanje toksičan. Epidemiološke studije pokazuju da spojevi nikla mogu uzrokovati povećanu krhkost kostiju, kancerogene tumore i niz drugih bolesti.

Krom (Cr). Rezerve kroma u zemljinoj kori su male, ali se vrlo široko koristi u tehnologiji, a problem emisije kroma u okoliš postaje sve hitniji. Krom je dio DNA u malim količinama, no odsutnost kroma i nikla u drugim strukturama živih organizama vjerojatno je posljedica njihove male pokretljivosti i niske stabilnosti njihovih kompleksa s proteinima. Stoga je, s obzirom na opseg proizvodnje, krom jedan od najmanje toksičnih elemenata iz skupine teških metala. Sisavci, primjerice, mogu podnijeti povećanje razine kroma u tijelu od 100 do 200 puta bez vidljivih štetnih učinaka.

Svjetska potrošnja kromovih ruda (kromita) u razdoblju 1971.-1980. dosegla 86.200 tisuća tona.U ovih 10 godina proizvodnja se gotovo udvostručila, što je uzrokovano ekspanzijom potrošnje kroma u globalnoj industriji. 58% iskopanog kroma iskorišteno je za proizvodnju ferolegura. Prisutnost kroma u željeznim odljevcima osigurava otpornost na koroziju i oksidaciju te također povećava otpornost na udarce. Ferokromne legure dobro podnose agresivna okruženja i visoke temperature. Najmanje 21% kromita koristi se za proizvodnju vatrostalnih materijala. Ostatak troši kemijska industrija. Kromiti se koriste za proizvodnju boja i fiksativa u tekstilnoj industriji, tanini u kožarskoj industriji, za kromiranje, eloksiranje i jetkanje.

Glavni izvori emisija koje sadrže krom (prema opadajućem redoslijedu veličine) su proizvodnja i prerada ferokroma, proizvodnja vatrostalnih materijala, izgaranje ugljena i proizvodnja kromiranih čelika. Razina aerosola koji sadrže krom u području postrojenja za taljenje kroma čelika može doseći 1 na pozadinskim razinama. Ove čestice vjetar može prenijeti na velike udaljenosti i pasti na Zemljinu površinu putem oborina. Međutim, glavni izvor antropogenog kroma je obrada metala. Nekontrolirane emisije predstavljaju veliki rizik od onečišćenja površinskih voda relativno toksičnim oblikom. Ostali izvori su voda iz cirkulacijskih rashladnih sustava, razne kemikalije. Izvori onečišćenja su tekuće otpadne vode iz štavionica (sadrže do nekoliko grama po litri). i polako – kisik.

Pouzdano je utvrđeno povećanje razine kroma u pridnenim sedimentima zbog antropogenih izvora. Na primjer, oborine u donjem toku rijeke. Garden River (New York), koja doživljava veliko antropogeno opterećenje, obogaćena je kromom za 510% u usporedbi s referentnim područjima.

Za ljude krom nije akutno otrovan, ali su brojni spojevi ovog metala kancerogeni. U pogledu razmatranja problematike onečišćenja podzemnih voda teškim metalima, treba napomenuti da je posljednjih desetljeća, kao rezultat intenzivnog antropogenog utjecaja, kemijski sastav ne samo površinskih već i podzemnih voda značajno promijenjen. Unatoč relativno visokoj zaštiti (u usporedbi s površinskim vodama) od onečišćenja, u njima su pronađeni Pb, Cr, Hg, Cu, Zn, radioaktivni izotopi i dr. U velikim gradovima i industrijskim središtima raste koncentracija teških metala i drugih zagađivača. Glavni razlozi za ovaj proces bili su: onečišćenje podzemnih vodnih tijela, ubrizgavanje visoko toksičnog otpada u duboke vodonosnike i povećano crpljenje podzemne vode za domaće i industrijske potrebe. Potonje je dovelo do infiltracije onečišćene vode iz površinskih vodnih tijela. Stupanj opasnosti od onečišćenja vodonosnika određen je hidrogeološkim uvjetima lokacije, trajanjem rada pojedinog izvora, prirodom zagađujućeg otpada i njegovom koncentracijom, kao i veličinom izvora. Zagađene vode obično su teže od nezagađenih slatkih voda vodonosnika, pa se njihov tok iz točkastog izvora širi pretežno prema dolje, u prisustvu vodoravnog toka podzemne vode, odnosi ga i, kada naiđe na nepropusni sloj, raspršena je po njoj. Veličina područja onečišćenih podzemnih voda ne ovisi samo o površini, već io snazi izvora curenja, o njegovom položaju u odnosu na migraciju podzemnih voda. Duljina toka onečišćene podzemne vode ovisi o stvarnoj brzini filtracije podzemne vode, trajanju izvora i čimbenicima koji dovode do smanjenja koncentracije onečišćujućih tvari (teški metali i dr.) - procesima filtracije, otapanja, disperzije, adsorpcije. .

Dugogodišnja istraživanja podzemnih voda pokazuju da je intenzitet fizikalno-kemijskih procesa koji smanjuju koncentraciju teških metala određen sastavom njihovih migratornih oblika. Nažalost, ovo pitanje je vrlo malo proučavano. Međutim, već je jasno da je sposobnost elemenata da migriraju u vodi uvelike određena valencijom. Što je veća valencija neke komponente, to je ona čvršće zadržana u stijenama ili krutom otpadu, slabije prelazi u prirodne vode i manja je njena migracija vode. Približan redoslijed migracije mikrokomponenti izgleda ovako: .

Ovisnost vodene migracije zagađujućih elemenata o ionskim težinama određena je sljedećom tvrdnjom: što je veća ionska težina neke komponente, to je ona jače povezana sa stijenom, lošije prolazi u podzemnu vodu i bolje se taloži . Na primjer, vodena migracija dvovalentnog Ba s ionskom težinom od 137,34 manja je od migracije dvovalentnog Mn s ionskom težinom od 54,91.

Ovisnost vodene migracije onečišćujućih tvari o ionskom radijusu je složenija, ali općenito se poštuje pravilo: što je veći ionski radijus nekog elementa, to on lakše prelazi u podzemnu vodu i to jače sudjeluje u procesima otapanja. U granicama komponenti s jednoznačnom valencijom veća sposobnost za te procese uočena je kod komponenti s velikim ionskim radijusom.

Prema intenzitetu pokretljivosti u podzemnim vodama u skladu s veličinom ionskih potencijala mogu se razlikovati tri skupine elemenata. Trupa s ionskim potencijalom do +3 uključuje. Ovi elementi slabo migriraju u vodu, ali ih voda dobro podnosi. Elementi s ionskim potencijalom većim od +3 slabo prolaze u vodu, ali su slabo topljivi u vodi: , Ga, Al, U, Zr, Ti, Nb, Ta, . Od komponenti mikroonečišćivača najlakše topljivi i lako pokretni su halogeni, hidrokarbonatni i sulfatni spojevi; manje topljivi i manje pokretni SrSO4, SrCO3, BaCO3; Fe3+, Mn3+ i oksidi Ti4+, Zn4+, Th4+ minimalno su mobilni.

Sastav prirodnih podzemnih voda ima značajan utjecaj na migraciju onečišćujućih tvari. U vodama različitog kemijskog sastava mijenja se topljivost mnogih mineralnih spojeva makro- i mikrokomponenata-zagađivača.

(Tablica 12.2).

Vrsta podzemne vode

Tablica 12.2. Raspon sadržaja Mn, Cu, Fe, Al, Ba u podzemnim vodama različitih tokova

Vrsta podzemne vode	Mn	Cu	Fe	Al	Ba
Do 1 g/l miješano	do prvih jedinica
Do 25 g/l HCO 3 ClNa	0,2-5,0	0,2-8,0	0,2-2,0	1,5-35,0	5,0-50,0
Do 150 g/l ClNa	3,7-20	5,2-10,7	2,0-15,0	15-25,0	9,0-12,0
25-250 g/l ClNaCa	4,5-18	5,0-97,0	3,4-40,0	12-32,0	2,4-11,6
70-300 g/l ClNaCa	2,3-28	0,2-29,0	3,4-214	13,5-32	8,1-200
300 g/l ClCaNa	0,0-5,0	0,8-18,0	0,5-6,2	1,0-2,0	sl.-7.0