Nehézfémek a vízben. A szennyvíz szennyezése nehézfémekkel és sóikkal A víz nehézfémekkel való szennyezésének forrásai

A felszíni vizek összetételét és tulajdonságait a következő mutatók jellemzik: a szuszpendált és valóban oldható frakciókban lévő anyagok aránya, a víz teljes mineralizációja, elektromos vezetőképesség, ionösszetétel, pH-érték. Nagyon fontos a szilárd fázisú anyagok jelenléte, amelyek fenéküledéket képeznek.

Az oldott és szuszpendált halmazállapotú vegyi anyagok aránya az anyagok tulajdonságaitól, valamint a természetes és mesterséges forrásokból való bejutás formájától függ. A víz összetételében bekövetkezett bármilyen változás egyértelműbben kifejeződik a fenéküledékek összetételében, és tovább tart. Az egyes technogén tényezők gyakran nem okoznak jelentős változást a valódi oldat összetételében, miközben sem a pH-szint, sem az ionösszetétel nem mutat antropogén zavarokat, illetve a fenéküledékek összetételének lokális változását, különösen azokon a helyeken, ahol a víz kibocsátása a talajból. és zagyok, jelzik a vízszennyező rendszerek mértékét.

A természetes tájak felszíni vizeinek összetételét alaposan tanulmányozták. Oroszország európai részének vizei semlegesek, szénhidrogén-kalcium. Gyengén mineralizáltak, 200-400 mg/l sót tartalmaznak. A vizek összetétele dinamikus.

A vizek összetétele az antropogén terhelés hatására változik. A szennyező anyagok az ipari és kommunális hulladékok (folyékony és gáznemű) kibocsátásával, a vízerózióból eredő anyagszállítással, oldalirányú áramlással és a talajon belüli vándorlással jutnak a felszíni vizekbe. A talajvizet a szennyező anyagok föld alatti eltemetése is szennyezheti.

A technogén terhelés hatására mindenekelőtt a lebegőanyag összetétele változik meg, és nő a lebegőanyag összetételében lévő anyagok aránya. A mechanikai migráció következtében a litofil elemek és a szuszpenzióban lévő szennyező anyagok aránya az utóbbi javára változik. Például háttérkörülmények között az oldatban lévő Me arány a szuszpenzióban 12-26, a réz esetében 2-4, a Mn esetében 0,3-3; a technogén zónában a fémek szuszpenzióban koncentrálódnak (azaz ez az arány értékekre csökkent< 1).

A fenéküledékekben történő technogén felhalmozódás miatt technogén geokémiai anomáliák alakulhatnak ki. Növekszik bennük a kémiai elemek felhalmozódásának mértéke, listájuk bővül a természetesekhez képest, a paragenetikus asszociációk összetétele egyre nagyobb hasonlóságot mutat a kibocsátás poros komponensével.

A szennyezés hatására az oldott frakció összetétele megváltozik. A víz mineralizációja fokozódik. A vizek összetételének változása szennyező forrásokkal jár. A városok felszíni vizei gyakran sóssá válnak, és a sókoncentráció eléri az 1 g/l-t vagy azt is. A vizek hidrokarbonátos összetétele a technogén zónában hidrokarbonátos-szulfátossá, városokban még nátrium-kloridossá változik. A szulfátok és foszfátok tartalma tízszeresére és százszorosára növekszik. Az acélgyártásból származó folyékony hulladék a víz összetételét kalcium-kloriddá változtatja.

A szennyezett felszíni vizek öntisztulásra képesek. A szennyezett víz öntisztulása elsősorban a szennyező víz szuszpenzió formájában történő eltávolításának köszönhető. A változó vegyértékű fémrészecskék aránya a vizekben a fémionok hidrogén-peroxid általi oxidációja hatására változhat, amely a vizekben folyamatosan változó mennyiségben van jelen. A felszíni vízfolyások fenéküledékei a szennyvízzel érkező különféle ipari és mezőgazdasági hulladékok befogadójaként szolgálnak. Ezek jelentik a végső láncszemet az anyagok vízelvezető területről történő átjuttatásában és a mederüledékekkel való felhalmozódásában. Ezen területek szennyeződése esetén sajátos technogén geokémiai anomáliák jönnek létre a fenéküledékekben. Emiatt hagyományosan a technogén szennyezés összetételének, intenzitásának és mértékének azonosítására használják őket.

A szennyezett folyók technogén geokémiai anomáliái polielem összetételükben különböznek. A különböző típusú ipari tevékenységekből származó hulladékoknak kitett folyók fenéküledékeiben a geokémiai társulások összetételének kialakulásában és a kémiai elemek koncentrációjának intenzitásában törvényszerűségeket azonosítottak (Yanin, 2002).

A bányászati területek fenéküledékeiben mesterséges geokémiai anomáliák figyelhetők meg, amelyek eltérnek a természetes analógoktól. A nyomelemek koncentrációjának intenzitása a fenéküledékekben gyakran magasabb, mint a bányászott ércek fő összetevőiben. A következő sorozatban nő: feltárás - bányászat - dúsítás - ércfeldolgozás. A szennyező anyagok aeroszol kibocsátással, kőzetlerakókból és zagytározókból kerülnek a fenéküledékekbe, befolyásolva a bányakomplexum területén a felszíni lefolyás összetételét. Számos kémiai elem szintje a technogén iszapokban nem alacsonyabb, mint az ércekben. Az ember által okozott geokémiai anomáliák mértéke jelentősen növekszik. Ha a természetes geokémiai anomáliák (ércdiszperziós áramlások) hosszát az első száz méterben mérjük, akkor az ember által okozott diszperziós áramlások hossza eléri a több tíz kilométert. Az elemek felhalmozódása a mederüledékekben különösen magas a zagyból származó szennyvíz beáramlása alatt. Például az észak-oszétiai molibdén-volfrám bányászati és feldolgozó üzem hatászónájában a geokémiai társulás vezető elemei a fenéküledékekben a Mo és a Ny, a bányászati műveletek hatászónájában az Sn hozzájárulása, Pb, V, Ga szignifikáns, Bi és Sb kíséretében.

Az ipari-városi komplexumok működésének hatását a régió folyóinak fenéküledékeire E. P. Yanin (2002) állapította meg a moszkvai régió folyóinak és patakjainak példáján. A régió fenéküledékeiben a legintenzívebben halmozódnak fel a kis clarke és nagy toxicitású kalkofil elemek (Hg, Ag, Cd, Sn, Bi, W, Mo, Pb, Zn, Cu, Ni), tartalmuk a fenéküledékekben 2 -3 nagyságrenddel magasabban, mint a háttérszinteknél. Általánosságban elmondható, hogy az üledékszennyezés minőségi és mennyiségi paraméterei nagyobb mértékben függnek a települések ipari infrastruktúrájától, mint azok méretétől. A legintenzívebb teljesítményű és összetett összetételű anomáliák általában azokra a vállalkozásokra jellemzőek, amelyek a színesfémeket előállító és feldolgozó technológiai ciklusban különféle fizikai és kémiai folyamatokat alkalmaznak.

A mezőgazdasági területeken a fenéküledékek geokémiai asszociációinak összetételét a vízelvezető terület sajátos földhasználata határozza meg. Különösen fontos a szerves és ásványi műtrágyák használata, a szennyvíz és az állati hulladék áramlása. A legtöbb fenéküledékben koncentrálódó kémiai elemre 1,5-7 Kc-szint a jellemző. Az állattenyésztési komplexumok által érintett zónákra jellemző a Hg, Ag, Zn, As, Se, P, és kisebb mértékben Sn, Mo és Cd felhalmozódása a fenéküledékekben. A mezőgazdasági és komplex mezőgazdasági hasznosítás övezeteiben a fenéküledékekben a legszembetűnőbb a P, Ag, esetenként As, Mn, Sn, Cd felhalmozódása. A mezőgazdasági települések befolyási övezeteiben - Ag, P, ritkábban Bi, Ni, Zn, Pb felhalmozódása; vízfolyások üledékeiben dacha telkek közelében - P, Sn, Mn, Ga. Az esetek túlnyomó többségében az állattenyésztésnek kitett folyószakaszokon figyelhető meg a legmagasabb szintű kémiai elemek felhalmozódása a fenéküledékekben.

Ha hibát talál, jelöljön ki egy szövegrészt, és kattintson rá Ctrl+Enter.

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

közzétett http://www.allbest.ru/

A Fehérorosz Köztársaság Oktatási Minisztériuma

Oktatási intézmény

"Francis Skaryna után elnevezett Gomel Állami Egyetem"

Biológiai Kar

Kémiai Tanszék

Tanfolyami projekt

témában: A nehézfémekkel való környezetszennyezés problémái

A BI-21 csoport diákja Chembergenova G.R.

Gomel 2015

TARTALOMANIE

BEVEZETÉS

Nehézfémek a bioszférában

Nehézfémek, mint mérgező anyagok a természetes vizekben

Nehézfémek a talajban

A nehézfémek hatása a talajok mikrobiális költségére

Nehézfémek a növényekben

Víztestek tisztítása lúgoktól és nehézfémektől magasabb rendű vízi növények felhasználásával

KÖVETKEZTETÉS

BEVEZETÉS

A nehézfémek közül néhány rendkívül szükséges az ember és más élő szervezetek életfenntartásához, és az úgynevezett biogén elemek közé tartozik. Mások ellenkező hatást váltanak ki, és amikor bejutnak egy élő szervezetbe, annak mérgezéséhez vagy halálához vezetnek. Ezek a fémek a xenobiotikumok osztályába tartoznak, vagyis idegenek az élőlényektől. A környezetvédelmi szakemberek kiemelt csoportot határoztak meg a mérgező fémek között. Tartalmazza a kadmiumot, a rezet, az arzént, a nikkelt, a higanyt, az ólmot, a cinket és a krómot, amelyek az emberi és állati egészségre a legveszélyesebbek. Ezek közül a higany, az ólom és a kadmium a legmérgezőbb.

A bioszféra nehézfémekkel való szennyezésének lehetséges forrásai a vas- és színesfémkohászat (légkört szennyező aeroszolkibocsátás, felszíni vizeket szennyező ipari szennyvíz), gépipar (rézbevonat fürdők, nikkelezés, krómozás, kadmium bevonat), akkumulátorfeldolgozó üzemek és autószállítás.

Bár, mint fentebb említettük, a mérgező fémek bejutása aeroszoltranszferrel is megtörténhet, de ezek elsősorban a vízzel hatolnak be az élő szervezetbe. A szervezetbe kerülve a mérgező fémek legtöbbször nem mennek át jelentős átalakuláson, mint a szerves mérgező anyagoknál, és a biokémiai körforgásba lépve rendkívül lassan távoznak.

A felszíni vizek minőségének ellenőrzésére különféle hidrobiológiai megfigyelő szolgálatok jöttek létre. Figyelemmel kísérik a vízi ökoszisztémák szennyezettségi állapotát antropogén hatások hatására. Mivel egy ilyen ökoszisztéma magában foglalja magát a közeget (víz) és más összetevőket (fenéki üledékek és élő szervezetek - hidrobionok), nagyon fontosak a nehézfémek eloszlására vonatkozó információk az ökoszisztéma egyes összetevői között. Megbízható adatok ebben az esetben az analitikai kémia modern módszereivel nyerhetők, amelyek lehetővé teszik a nehézfém-tartalom meghatározását a háttérkoncentráció szintjén.

Meg kell jegyezni, hogy az elemzési módszerek fejlődésének előrehaladása lehetővé tette olyan globális problémák megoldását, mint a bioszféra fő szennyezőforrásainak azonosítása, a szennyezés és a szennyező anyagok átalakulásának dinamikájának megállapítása, transzferük és migrációjuk. Ugyanakkor a nehézfémeket az egyik legfontosabb elemzési tárgy közé sorolták. Mivel a természetes anyagokban való tartalmuk igen változatos lehet, a meghatározásukra szolgáló módszereknek megoldást kell adniuk a problémára. Az elemző tudósok erőfeszítéseinek eredményeként számos országban dolgoztak ki olyan módszereket, amelyek lehetővé teszik a nehézfémek femtogramszintű (10-15 g) vagy egy (!) atom jelenlétében történő meghatározását a vizsgált mintatérfogatban. például nikkel élő sejtben.

Nemcsak analitikus kémikusok, biológusok és ökológusok (tevékenységük hagyományosan ehhez a problémához kapcsolódnak) mutatnak szakmai érdeklődést a környezet nehézfémekkel történő kémiai szennyezése által képviselt összetett és sokrétű probléma iránt, amely számos tudományágat felölel, és már önálló interdiszciplinárissá vált. tudásterület. , hanem az orvosok is. A tudományos és népszerű tudományos információk áramlásában, valamint a médiában egyre gyakrabban jelennek meg anyagok a nehézfémek emberi egészségre gyakorolt hatásáról. Így az Egyesült Államokban figyelmet fordítottak a gyermekek agresszivitásának megnyilvánulására a szervezetükben megnövekedett ólomtartalom miatt. A bolygó más régióiban a bûncselekmények és az öngyilkosságok számának növekedése a környezet e mérgezõ anyagok tartalmának növekedésével is összefügg. Érdekes megvitatni a nehézfémek környezetben való eloszlásának problémájának néhány kémiai és környezetkémiai vonatkozását.

Nehézfémek a bioszférában

A nehézfémek a periódusos rendszer több mint 40 kémiai elemét tartalmazzák, amelyek atomtömege meghaladja az 50 a-t. e.m. Néha a nehézfémek olyan elemek, amelyek sűrűsége meghaladja a 7-8 ezer kg/m³-t (kivéve a nemes és ritka elemeket). A TM-nek nevezett elemek egy csoportja aktívan részt vesz a biológiai folyamatokban, sok közülük az enzimek része. A nehézfémek halmaza nagyrészt egybeesik a mikroelemek listájával. A legtöbb mikroelem az élő szervezetekben a biokémiai folyamatok elindítói és aktiválói funkcióit látja el.

Biokémiai tartománynak nevezzük azokat a területeket, ahol a kémiai elemek koncentrációja természetes okok miatt magasabb vagy alacsonyabb a háttérszintnél. A biokémiai tartományok kialakulása a talajképző kőzetek jellemzőinek, a talajképző folyamatnak, valamint az érces anomáliáknak köszönhető. Amikor a bioszféra szennyezett, technogén anomáliák alakulnak ki, amelyekben az elemtartalom 10-szer vagy többször meghaladja a háttérszintet.

A nehézfémek közé tartozik a króm, mangán, vas, kobalt, nikkel, réz, cink, gallium, germánium, molibdén, kadmium, ón, antimon, tellúr, volfrám, higany, tallium, ólom, bizmut. A nehézfémek fő természetes forrásai a kőzetek (magmás és üledékes) és kőzetképző ásványok. Sok ásvány nagymértékben diszpergált részecskék formájában mikroszennyeződésként szerepel a kőzetek tömegében. Például titán ásványok (brookit, ilmenit). A kőzetképző ásványok a fémrácsok szerkezetében izomorf szennyeződésként nyomelemeket is tartalmaznak, helyettesítve a hasonló sugárméretű makroelemeket. Például K az Sr-n, Pb-n, B-n; Na - Cd, Mn, Cr, Bi; Mg - Ni, Co, Zn, Sb, Sn, Pb, Mn; Fe - Cd, Mn, Sr, Bi.

Az elmúlt évtizedekben az emberiség antropogén tevékenysége intenzíven részt vett a nehézfémek természetes környezetben történő migrációs folyamataiban. A technogenezis következtében a környezetbe kerülő kémiai elemek mennyisége esetenként jelentősen meghaladja a természetes bevitel mértékét. Például a természetes forrásokból származó Pb globális kibocsátása évente 12 ezer tonna. az antropogén kibocsátás pedig 332 ezer tonna. Az alábbi adatok alapján meg lehet ítélni az emberiség antropogén tevékenységének nagyságát: a technogén ólom 94-97% (a többi természetes forrás), a kadmium - 84-89%, a réz - 56-87%, a nikkel - 66-75%, higany - 58% stb. Ugyanakkor ezen elemek globális antropogén áramlásának 26-44%-a Európában történik, és a volt Szovjetunió európai területe az összes európai kibocsátás 28-42%-át teszi ki (Vronsky, 1996). Az alábbiakban röviden ismertetjük a fémek tulajdonságait, tekintettel a talajban való viselkedésükre.

A nehézfémek létezési formái afelszíni vizek

Az élőhely minőségének legfontosabb mutatója a felszíni vizek tisztasági foka. Egy tározóba vagy folyóba kerülve egy mérgező fém eloszlik a vízi ökoszisztéma összetevői között. Azonban nem minden fémmennyiség okoz fennakadást ebben a rendszerben. Egy ökoszisztéma külső mérgező hatásokkal szembeni ellenálló képességének értékelése során szokás az ökoszisztéma pufferkapacitásáról beszélni. Így az édesvízi ökoszisztémák nehézfémekhez viszonyított pufferkapacitása alatt olyan mennyiségű mérgező fémet értünk, amelynek ellátása nem zavarja jelentősen a teljes vizsgált ökoszisztéma természetes működését. Ebben az esetben maga a mérgező fém a következő komponensekre oszlik: 1) fém oldott formában; 2) a fitoplankton, azaz a növényi mikroorganizmusok által szorbeált és felhalmozott; 3) a fenéküledékek visszatartják a vízi környezetből lebegő szerves és ásványi részecskék ülepedése következtében; 4) oldható formában közvetlenül a vízi környezetből adszorbeálódik a fenéküledékek felületén; 5) adszorbeált formában a szuszpendált részecskéken helyezkednek el.

A fémek vizekben való előfordulási formáit a hidrobiontok (például puhatestűek) befolyásolják. Így a réz felszíni vizekben való viselkedésének tanulmányozásakor koncentrációjának szezonális ingadozásai figyelhetők meg: télen maximálisak, nyáron pedig a biomassza aktív növekedése miatt csökkennek. Amikor a szuszpendált szerves részecskék, amelyek képesek adszorbeálni a rézionokat, leülepednek, az utóbbiak fenéküledékekbe kerülnek, ami a megfigyelt hatáshoz vezet. Azt is meg kell jegyezni, hogy ennek a folyamatnak az intenzitása függ a szuszpenziók ülepedési sebességétől, vagyis közvetve olyan tényezőktől, mint a rézionokat adszorbeáló részecskék mérete és töltése.

Az adszorpció és az azt követő ülepedés következtében felhalmozódó fémek mellett a felszíni vizekben más folyamatok is végbemennek, amelyek tükrözik az ökoszisztémák ellenállását az ilyen szennyező anyagok mérgező hatásaival szemben. Ezek közül a legfontosabb a fémionok megkötése a vizes környezetben oldott szerves anyagok által. Ebben az esetben a toxikus anyag teljes koncentrációja a vízben nem változik. Mindazonáltal általánosan elfogadott, hogy a hidratált fémionok a legtoxikusabbak, míg a komplexekben kötöttek kevésbé veszélyesek, sőt szinte ártalmatlanok. Különleges vizsgálatok kimutatták, hogy nincs egyértelmű kapcsolat a természetes felszíni vizekben lévő mérgező fémek összkoncentrációja és toxicitásuk között.

A természetes felszíni vizek sok szerves anyagot tartalmaznak, amelyek 80%-a erősen oxidált polimer, például humuszanyagok, amelyek a talajból behatolnak a vízbe. A vízben oldódó szerves anyagok többi része élőlények salakanyaga (polipeptidek, poliszacharidok, zsírsavak és aminosavak), vagy kémiai tulajdonságaikban hasonló antropogén eredetű szennyeződések. Természetesen mindegyik különféle átalakuláson megy keresztül a vízi környezetben. De ugyanakkor mindegyik egyfajta komplexképző reagens, amely a fémionokat komplexekké köti, és ezáltal csökkenti a víz toxicitását.

A különböző felszíni vizek különböző módon kötik meg a toxikus fémionokat, és eltérő pufferkapacitást mutatnak. A déli tavak, folyók és tározók vizei, amelyek nagy mennyiségű természetes összetevőt (humin anyagok, huminsavak és fulvosavak) tartalmaznak és magas koncentrációban képesek az északi tározók vizeihez képest hatékonyabb természetes méregtelenítésre. és a mérsékelt égöv. Így a szennyező anyagokat tartalmazó vizek toxicitása – egyéb tényezők változatlansága mellett – a természeti zóna éghajlati viszonyaitól is függ. Megjegyzendő, hogy a felszíni vizek pufferkapacitását a mérgező fémekkel szemben nemcsak az oldott szerves anyagok és a lebegő anyagok jelenléte határozza meg, hanem a hidrobionok akkumulációs képessége, valamint a fémionok abszorpciós kinetikája is. az ökoszisztéma minden összetevője által, beleértve az oldott szerves anyagokkal való komplexképzést is. Mindez a felszíni vizekben lezajló folyamatok összetettségét jelzi, amikor fémszennyező anyagok kerülnek beléjük.

Érdekesség, hogy a huminsavak, ezek a fajlagos természetes nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek a talajban a mikroorganizmusok hatására a növényi maradványok átalakulása során keletkeznek, láthatóan a legnagyobb mértékben képesek nehézfém-ionokat stabil komplexekké kötni. Így a megfelelő humátok (nehézfém-ionok huminsavakkal alkotott komplexei) stabilitási állandói 105-1012 tartományban vannak, a fém természetétől függően. A humátok stabilitása a vízi környezet savasságától függ.

Bár a fémek természetes vizekben való létezési formáinak meghatározásának problémájának kémiai-analitikai vonatkozása mintegy 20 évvel ezelőtt fogalmazódott meg, ez a probléma csak a legújabb elemzési módszerek megjelenésével vált elérhetővé a megoldás számára. Korábban csak a víz bruttó nehézfémtartalmát határozták meg, és megállapították a szuszpendált és oldott formák közötti megoszlást. A fémekkel szennyezett víz minőségét a bruttó tartalomra vonatkozó adatok és az MPC értékek összehasonlítása alapján ítélték meg. Most egy ilyen értékelést hiányosnak és megalapozatlannak tekintenek, mivel a fém biológiai hatását a vizekben lévő állapota határozza meg, és ezek általában különféle összetevőkkel alkotott komplexek. Ahogy fentebb megjegyeztük, bizonyos esetekben, például természetes eredetű szerves vegyületekkel történő komplexképzés során ezek a komplexek nemcsak alacsony toxikusak, hanem gyakran serkentik a vízi élőlények fejlődését, mivel ebben az esetben biológiailag hozzáférhetővé válnak. szervezetekre.

A meglévő MPC-k fejlesztése során a komplexképző folyamatokat nem vették figyelembe, és a nehézfémek szervetlen sóinak élő szervezetekre gyakorolt hatását tiszta vizes oldatokban, természetes eredetű oldott szerves anyagok hiányában értékelték. Szigorúan véve egy ilyen értékelés nehéz és néha lehetetlen.

Tehát a nehézfémekkel szennyezett víz toxicitását elsősorban a fémvízionok vagy a szervetlen ionokkal alkotott egyszerű komplexek koncentrációja határozza meg. Más komplexképző anyagok, elsősorban szerves anyagok jelenléte csökkenti a toxicitást. A fent említett jelenség a toxikus anyagok felhalmozódása a fenéküledékekben a vizek másodlagos toxicitását okozhatja. Valójában még akkor is, ha a szennyezés forrását megszüntetik, és ahogy mondják, „a víz normális”, a jövőben lehetségessé válik a fém visszafelé történő migrációja a fenéküledékekből a vízbe. A vízrendszerek állapotának előrejelzését ezért az összes összetevőjük bizonyos időközönként elvégzett elemzéséből származó adatokon kell alapulnia.

Nehézfémek, mint mérgező anyagok a természetes vizekben

A kiemelt fémszennyező anyagok közül a higanyt, az ólmot és a kadmiumot tekintjük a legnagyobb veszélynek az emberi és állati egészségre.

Higany. A környezetben a különböző fémoxidációs fokú higanyvegyületek, azaz a Hg(0), Hg(I), Hg(II) reakcióba léphetnek egymással. A legnagyobb veszélyt a szerves, elsősorban alkilvegyületek jelentik. A higanyvegyületek legterjedelmesebb tárolója (akár 97%) az óceánok felszíni vizei. A higany körülbelül fele ember okozta okok miatt kerül a természetes környezetbe.

Vizes környezetben a higany R-Hg-X és R-Hg-R típusú szerves fémvegyületeket képez, ahol R jelentése metil- vagy etilcsoport. Antropogén forrásokból a higany túlnyomórészt fémhigany, Hg(II)-ionok és fenil-higany-acetát formájában kerül a vízi rendszerekbe. A halakban előforduló higany domináns formája a metil-higany, amely biológiailag mikroorganizmusokból származó enzimek által képződik. A szennyezetlen felszíni vizekben a higanytartalom 0,2-0,1 μg/l között mozog, a tengervizekben ennek háromszorosa. A vízi növények felszívják a higanyt. Az édesvízi planktonban található R-Hg-R" szerves vegyületek nagyobb koncentrációban vannak jelen, mint a tengeri planktonban. A szerves higanyvegyületek lassabban ürülnek ki a szervezetből, mint a szervetlenek. A jelenlegi szabvány ennek a mérgező anyagnak a maximális tartalmára (0,5 μg/kg) ) élelmiszertermékek minőségellenőrzésére használják. Feltételezhető, hogy a higany metilezett vegyületek formájában van jelen, amelyek az emberi szervezetbe kerülve Minimata-betegséget okozhatnak.

Vezet. Ennek a mérgező anyagnak a fele az ólmozott benzin elégetése következtében kerül a környezetbe. A vízi rendszerekben az ólom főként a szuszpendált részecskékkel való adszorpcióval társul, vagy huminsavakkal oldható komplexek formájában van jelen. Biometilezéskor, akárcsak a higany esetében, az ólom végül tetrametil-ólmot képez. A szennyezetlen felszíni vizekben az ólomtartalom általában nem haladja meg a 3 µg/l-t. Az ipari régiók folyóiban magasabb az ólomszint. A hó jelentős mértékben felhalmozhatja ezt a mérgező anyagot: a nagyvárosok környékén közel 1 millió μg/l-t, tőlük bizonyos távolságra pedig ~1-100 μg/l-t is elérhet.

A vízi növények jól felhalmozzák az ólmot, de különböző módon. Néha a fitoplankton akár 105-ös koncentrációs tényezővel is megtartja, akárcsak a higany. Az ólom enyhén felhalmozódik a halakban, így a trofikus lánc ezen láncszemében viszonylag kevésbé veszélyes az emberre. Normál vízviszonyok mellett a metilezett vegyületek viszonylag ritkán találhatók halakban. Az ipari kibocsátású régiókban a tetrametil-ólom felhalmozódása a halszövetekben hatékonyan és gyorsan megy végbe - az ólom akut és krónikus expozíciója 0,1-0,5 μg/l szennyezettségi szinten történik. Az emberi szervezetben az ólom felhalmozódhat a csontvázban, helyettesítve a kalciumot.

Kadmium. Ennek a fémnek a kémiai tulajdonságai hasonlóak a cinkéhez. Ez utóbbit helyettesítheti a fémtartalmú enzimek aktív központjaiban, ami az enzimatikus folyamatok működésének éles megzavarásához vezet.

Az érctelepekben a kadmium általában cinkkel együtt van jelen. Vizes rendszerekben a kadmium az oldott szerves anyagokhoz kötődik, különösen, ha szerkezetükben szulfhidril-SH csoportok vannak jelen. A kadmium aminosavakkal, poliszacharidokkal és huminsavakkal is komplexeket képez. Úgy véljük azonban, hogy ezeknek a kadmiumot kötni képes ligandumok nagy koncentrációjának puszta jelenléte még nem elegendő ahhoz, hogy a szabad kadmiumionok koncentrációját az élő szervezetek számára biztonságos szintre csökkentsük. A kadmiumionok fenéküledékek általi adszorpciója erősen függ a közeg savasságától. Semleges vizes környezetben a szabad kadmium-iont szinte teljesen felszívják a fenéküledékek részecskéi.

Jelenleg ezzel a mérgező anyaggal a környezetszennyezés fő forrása a nikkel-kadmium akkumulátorok temetkezési helye. Mint már említettük, kadmiumot találtak az Etna kitörésének termékeiben. A kadmium koncentrációja az esővízben meghaladhatja az 50 µg/l-t.

Édesvízi tározókban és folyókban a kadmiumtartalom 20-400 ng/l között mozog.

Az óceánban a legalacsonyabb tartalmát a Csendes-óceánban, a Japán-szigetektől keletre mérték (~ 0,8-9,6 ng/l 8-5500 m mélységben). Ez a fém felhalmozódik a vízi növényekben és a halak belső szerveinek szöveteiben (de nem a vázizmokban).

A kadmium általában kevésbé mérgező a növényekre, mint a metil-higany, és mérgező hatása az ólomhoz hasonlítható.

A kadmium akut toxicitási küszöbértéke édesvízi halak esetében 0,09 és 105 μg/l között változik. A víz keménységének növelése növeli a szervezet kadmiummérgezés elleni védelmét. Ismertek olyan esetek, amikor az emberek súlyos mérgezést szenvedtek kadmiummal, amely trofikus láncokon keresztül jutott be a szervezetbe (Itai-Itai betegség). A kadmium hosszú időn keresztül (kb. 30 év) ürül ki a szervezetből.

Nehézfémek a talajban

A talajok HM-tartalma – ahogy azt számos kutató megállapította – az eredeti kőzetek összetételétől függ, amelyek jelentős változatossága a területek bonyolult geológiai fejlődéstörténetével függ össze. A talajképző kőzetek kémiai összetételét, amelyet a kőzetmállási termékek képviselnek, az eredeti kőzetek kémiai összetétele előre meghatározza, és a szupergén átalakulás körülményeitől függ. nehézfém tótalaj

A nehézfém-oxidok talajban való átalakulásának első szakasza a talajoldattal és annak összetevőivel való kölcsönhatás. Még egy olyan egyszerű rendszerben is, mint a víz egyensúlyban CO2-val, a légköri levegő, a HM-oxidok megváltoznak, és jelentősen eltérnek a stabilitásban.

A technogenezis során a talajba kerülő HM-ek átalakulási folyamata a következő szakaszokból áll:

1) nehézfém-oxidok átalakítása hidroxidokká (karbonátok, bikarbonátok);

2) nehézfém-hidroxidok oldása és a megfelelő HM-kationok adszorpciója a talaj szilárd fázisaiban;

3) nehézfém-foszfátok és vegyületeik képződése a talaj szerves anyagával.

A talajfelszínre kerülő nehézfémek a talajoszlopban felhalmozódnak, különösen a felső horizonton, és lassan távoznak a kilúgozás, a növényfogyasztás és az erózió hatására. A HM-ek első felezési ideje a különböző elemeknél jelentősen eltér: Zn - 70 - 510 év, Cd - 13 - 110 év, Cu - 310 - 1500 év, Pb - 740 - 5900 év.

Ólom (Pb). Atomtömeg 207,2. Az elsődleges elem egy mérgező anyag. Minden oldható ólomvegyület mérgező. Természetes körülmények között főleg PbS formájában létezik. Clark Pb a földkéregben 16,0 mg/kg. A többi HM-hez képest ez a legkevésbé mozgékony, talajok meszezése esetén az elem mobilitásának mértéke nagymértékben csökken. A mobil Pb szerves anyaggal komplexek formájában van jelen. Magas pH-értékeknél az ólom kémiailag kötődik a talajban hidroxid, foszfát, karbonát és Pb-szerves komplexek formájában.

A talaj természetes ólomtartalma az anyakőzetekből öröklődik, és szorosan összefügg azok ásványtani és kémiai összetételével. Ennek az elemnek az átlagos koncentrációja a világ talajában különböző becslések szerint eléri a 10-35 mg/kg-ot. Az ólom maximális megengedett koncentrációja a talajban Oroszországban 30 mg/kg, Németországban 100 mg/kg.

A talajban lévő magas ólomkoncentráció természetes geokémiai anomáliákkal és antropogén hatásokkal is összefüggésbe hozható. Technogén szennyezés esetén az elem legnagyobb koncentrációja általában a talaj felső rétegében található. Egyes ipari területeken eléri az 1000 mg/kg-ot, a nyugat-európai színesfémkohászati vállalkozások körüli talajok felszíni rétegében pedig az 545 mg/kg-ot.

Az oroszországi talajok ólomtartalma jelentősen változik a talaj típusától, az ipari vállalkozások közelségétől és a természetes geokémiai anomáliáktól függően. A lakott területek talajában, különösen az ólomtartalmú termékek felhasználásával és előállításával kapcsolatos talajokban, ennek az elemnek a tartalma gyakran tízszer vagy többszöröse meghaladja a megengedett maximális koncentrációt. Előzetes becslések szerint az ország területének legfeljebb 28%-án van Pb-tartalom a talajban, átlagosan a háttérszint alatt, és 11%-a sorolható kockázati zónába. Ugyanakkor az Orosz Föderációban a talaj ólommal való szennyezettsége elsősorban a lakóterületeken jelent problémát.

Kadmium (Cd). Atomtömeg 112,4. A kadmium kémiai tulajdonságaiban közel áll a cinkhez, de különbözik tőle a savas környezetben való nagyobb mobilitás és a növények számára jobb hozzáférhetőség révén. A talajoldatban a fém Cd2+ formájában van jelen, és komplex ionokat és szerves kelátokat képez. Az antropogén hatás hiányában a talajok elemtartalmát meghatározó fő tényező az anyakőzet. Clarke kadmium a litoszférában 0,13 mg/kg. Talajképző kőzetekben az átlagos fémtartalom: agyagban és palában - 0,15 mg/kg, löszben és löszszerű vályogban - 0,08, homokban és homokos vályogban - 0,03 mg/kg. Nyugat-Szibéria negyedidőszaki üledékeiben a kadmium koncentrációja 0,01-0,08 mg/kg tartományban változik.

A kadmium talajban való mobilitása a környezettől és a redoxpotenciáltól függ.

A világ talajainak átlagos kadmiumtartalma 0,5 mg/kg. Koncentrációja Oroszország európai részének talajtakarójában 0,14 mg/kg a szikes-podzolos talajban, 0,24 mg/kg a csernozjomban, 0,07 mg/kg a főbb nyugat-szibériai talajtípusokban. Oroszországban a homokos és homokos vályogtalajok megközelítőleg megengedett kadmiumtartalma (ATC) 0,5 mg/kg, Németországban a kadmium MPC értéke 3 mg/kg.

A talaj kadmiummal való szennyeződését az egyik legveszélyesebb környezeti jelenségnek tekintik, mivel gyenge talajszennyezettség esetén is a norma felett halmozódik fel a növényekben. A talaj felső rétegében a legmagasabb kadmiumkoncentráció a bányászati területeken - 469 mg/kg-ig, a cinkkohók környékén eléri az 1700 mg/kg-ot.

Cink (Zn). Atomtömeg 65,4. Klárkája a földkéregben 83 mg/kg. A cink agyagos üledékekben és palákban 80-120 mg/kg mennyiségben, az Urál deluviális, löszszerű és karbonátos agyagos lerakódásaiban, Nyugat-Szibéria vályogjaiban 60-80 mg/kg mennyiségben koncentrálódik.

A Zn talajban való mobilitását befolyásoló fontos tényező az agyagásvány-tartalom és a pH. Amikor a pH emelkedik, az elem szerves komplexekké alakul, és megköti a talajt. A cinkionok is elveszítik mobilitásukat, bejutva a montmorillonit kristályrács csomagközi tereibe. A Zn a szerves anyagokkal stabil formákat képez, így a legtöbb esetben a magas humusztartalmú talajhorizontokban és a tőzegben halmozódik fel.

A talajok megnövekedett cinktartalmának oka lehet természetes geokémiai anomáliák és technogén szennyezés is. Bevételének fő antropogén forrásai elsősorban a színesfémkohászati vállalkozások. A talaj ezzel a fémmel való szennyezettsége egyes területeken rendkívül magas felhalmozódásához vezetett a felső talajrétegben – akár 66 400 mg/kg-ig. Akár 250 mg/kg cink halmozódik fel a kerti talajokban. A cink MPC-értéke homokos és homokos vályogtalajokon 55 mg/kg, német tudósok 100 mg/kg MPC-t javasolnak.

Réz (Cu). Atomtömeg 63,5. Clark a földkéregben 47 mg/kg (Vinogradov, 1962). Kémiailag a réz alacsony aktivitású fém. A réztartalom értékét alapvetően befolyásoló tényező a talajképző kőzetekben való koncentrációja. A magmás kőzetek közül az elem legnagyobb mennyiségben bázikus kőzetekben - bazaltokban (100-140 mg/kg) és andezitekben (20-30 mg/kg) halmozódik fel. A takaró és löszszerű vályogok (20-40 mg/kg) rézben kevésbé gazdagok. A legalacsonyabb tartalma homokkőben, mészkőben és gránitban figyelhető meg (5-15 mg/kg). A volt Szovjetunió európai részének agyagjaiban a fémkoncentráció eléri a 25 mg/kg-ot, a löszszerű vályogban a 18 mg/kg-ot. Az Altaj-hegység homokos vályog és homokos talajképző kőzetei átlagosan 31 mg/kg, Nyugat-Szibéria déli részén 19 mg/kg rezet halmoznak fel.

A talajban a réz gyengén vándorló elem, bár a mozgékony forma tartalma meglehetősen magas lehet. A mozgékony réz mennyisége számos tényezőtől függ: az alapkőzet kémiai és ásványi összetételétől, a talajoldat pH-értékétől, szervesanyag-tartalmától stb. mangán, vas- és alumínium-hidroxidok, és különösen montmorillonittal és vermikulittal. A humin- és fulvosavak képesek stabil komplexeket képezni a rézzel. 7-8 pH-n a réz oldhatósága a legalacsonyabb.

A világ talajainak átlagos réztartalma 30 mg/kg. Ipari szennyezőforrások közelében esetenként 3500 mg/kg-ig terjedő rézszennyeződés is megfigyelhető. Az egykori Szovjetunió középső és déli régióiban az átlagos fémtartalom 4,5-10,0 mg/kg, Nyugat-Szibéria déli részén - 30,6 mg/kg, Szibériában és a Távol-Keleten - 27,8 mg/kg. A réz legnagyobb megengedett koncentrációja Oroszországban 55 mg/kg, homokos és homokos vályogtalajokon 33 mg/kg, Németországban 100 mg/kg.

Nikkel (Ni). Atomtömeg 58,7. A kontinentális üledékekben főleg szulfidok és arzenitek formájában van jelen, valamint karbonátokkal, foszfátokkal és szilikátokkal is társul. Az elem Clarke értéke a földkéregben 58 mg/kg. Az ultrabázikus (1400-2000 mg/kg) és a bázikus (200-1000 mg/kg) kőzetek akkumulálják a legtöbb fémet, míg az üledékes és savas kőzetek sokkal kisebb koncentrációban - 5-90 és 5-15 mg/kg-ban, illetőleg. Granulometrikus összetételük nagy szerepet játszik a nikkel talajképző kőzetekben történő felhalmozódásában. A nyugat-szibériai talajképző kőzetek példáján látható, hogy a könnyebb kőzetekben a legalacsonyabb, a nehéz kőzetekben a legmagasabb: homokokban - 17, homokos vályogokban és könnyű vályogokban -22, közepes vályogokban - 36 , nehéz vályog és agyag -49.

A talajok nikkeltartalma nagymértékben függ attól, hogy a talajképző kőzeteket ez az elem biztosítja. A legmagasabb nikkelkoncentráció általában agyagos és agyagos talajokban, bázikus és vulkanikus kőzeteken kialakult, szervesanyagban gazdag talajokban figyelhető meg. A Ni megoszlását a talajszelvényben a szervesanyag-tartalom, az amorf oxidok és az agyagfrakció mennyisége határozza meg.

A talaj felső rétegében a nikkelkoncentráció szintje a technogén szennyezettség mértékétől is függ. Fejlett fémfeldolgozó iparral rendelkező területeken a talajban igen nagy a nikkel felhalmozódása: Kanadában a bruttó tartalma eléri a 206-26000 mg/kg-ot, Nagy-Britanniában pedig az 506-600 mg/kg-ot is eléri a mobil formák tartalma. Nagy-Britannia, Hollandia, Németország szennyvíziszappal kezelt talajaiban a nikkel 84-101 mg/kg-ig halmozódik fel. Oroszországban (a mezőgazdasági területek talajainak 40-60%-ára kiterjedő felmérés szerint) a talajtakaró 2,8%-a szennyezett ezzel az elemmel. A nikkel szennyezett talajok aránya az egyéb HM-ek (Pb, Cd, Zn, Cr, Co, As stb.) között valójában a legjelentősebb, és a rézzel szennyezett talajok után a második (3,8%). A „Buryatskaya” Agrokémiai Szolgálat Állami Állomásának földmegfigyelési adatai szerint az 1993-1997. A Burját Köztársaság területén a felmért mezőgazdasági terület földeinek 1,4%-án a megengedett legnagyobb nikkelkoncentráció túllépését regisztrálták, köztük a Zakamensky talaját (a föld 20%-a - 46 ezer hektár). szennyezett) és Khorinsky kerületek (a föld 11%-a - 8 ezer hektár szennyezett).

Króm (Cr). Atomtömeg 52. Természetes vegyületekben a króm vegyértéke +3 és +6. A legtöbb Cr3+ a kromit FeCr2O4-ben vagy más spinell ásványokban van jelen, ahol helyettesíti a Fe-t és az Al-t, amelyekhez geokémiai tulajdonságaiban és ionsugarában nagyon közel áll.

Clarke króm a földkéregben - 83 mg/kg. A magmás kőzetek közül a legmagasabb koncentrációja az ultramafikus és bázikus kőzetekre jellemző (1600-3400, illetve 170-200 mg/kg), a legalacsonyabb a közepes kőzetekre (15-50 mg/kg), a legalacsonyabb a savas kőzetekre (4- 25 mg/kg). kg). Az üledékes kőzetek közül a legnagyobb elemtartalmat az agyagos üledékekben és palákban (60-120 mg/kg), a minimumot a homokkőben és a mészkőben (5-40 mg/kg) találtuk. A különböző vidékek talajképző kőzeteinek fémtartalma igen változatos. A volt Szovjetunió európai részén a legelterjedtebb talajképző kőzetekben, így a löszben, a löszszerű karbonátban és a takaró vályogokban átlagosan 75-95 mg/kg. A nyugat-szibériai talajképző kőzetek átlagosan 58 mg/kg Cr-t tartalmaznak, mennyisége szorosan összefügg a kőzetek granulometrikus összetételével: homokos és homokos vályog kőzetek - 16 mg/kg, valamint közepes agyagos és agyagos kőzetek - kb. 60 mg/kg.

A talajban a legtöbb króm Cr3+ formájában van jelen. Savas környezetben a Cr3+ ion inert, pH 5,5-nél szinte teljesen kicsapódik. A Cr6+ ion rendkívül instabil, savas és lúgos talajban egyaránt könnyen mobilizálódik. A króm agyagok általi adszorpciója a közeg pH-jától függ: a pH növekedésével a Cr6+ adszorpciója csökken, a Cr3+ pedig nő. A talaj szerves anyaga serkenti a Cr6+ redukcióját Cr3+-ra.

A talajok természetes krómtartalma elsősorban a talajképző kőzetekben való koncentrációjától, a talajszelvény mentén történő eloszlása pedig a talajképződés jellemzőitől, különösen a genetikai horizontok granulometrikus összetételétől függ. A talaj átlagos krómtartalma 70 mg/kg. A legmagasabb elemtartalom az ebben a fémben gazdag bázikus és vulkanikus kőzeteken kialakult talajokban figyelhető meg. A talajok átlagos Cr-tartalma az USA-ban 54 mg/kg, Kínában - 150 mg/kg, Ukrajnában - 400 mg/kg. Oroszországban természetes körülmények között magas koncentrációja a talajban a talajképző kőzetek feldúsulásának köszönhető. A kurszki csernozjomok 83 mg/kg krómot tartalmaznak, a moszkvai régió szikes-podzolos talajai 100 mg/kg. Az Urál szerpentiniten képződött talajában a fém akár 10 000 mg/kg-ot, Nyugat-Szibériában 86-115 mg/kg-ot tartalmaz.

Az antropogén források hozzájárulása a krómellátáshoz igen jelentős. A krómfémet elsősorban krómozásra használják ötvözött acélok alkotóelemeként. A talaj Cr-szennyezése a cementgyárakból, a vas-króm salaklerakókból, az olajfinomítókból, a vas- és színesfémkohászati vállalkozásokból, az ipari szennyvíziszap mezőgazdaságban, különösen a bőrgyárakban történő felhasználásából és az ásványi műtrágyákból származó kibocsátás miatt figyelhető meg. A technogén szennyezett talajokban a króm legmagasabb koncentrációja eléri a 400 mg/kg-ot vagy azt is, ami különösen a nagyvárosokra jellemző. Burjátföldön a „Buryatskaya” Agrokémiai Szolgálat Állami Állomása által 1993-1997-re végzett földmegfigyelési adatok szerint 22 ezer hektár krómmal szennyezett. Dzhidinsky (6,2 ezer hektár), Zakamensky (17,0 ezer hektár) és Tunkinsky (14,0 ezer hektár) régióban 1,6-1,8-szoros MPC-túllépést figyeltek meg. A króm maximális megengedett koncentrációját a talajban Oroszországban még nem dolgozták ki, de Németországban a mezőgazdasági területek talajaiban 200-500, a háztartási parcellákban - 100 mg/kg.

A nehézfémek hatása a talaj mikrobiális cenózisára

A talajszennyezettség egyik leghatékonyabb diagnosztikai mutatója a biológiai állapota, amely a benne élő talaj mikroorganizmusok életképességével mérhető.

Figyelembe kell venni azt is, hogy a mikroorganizmusok fontos szerepet játszanak a nehézfémek talajban történő migrációjában. Az életfolyamat során termelőként, fogyasztóként és szállítóként működnek a talaj ökoszisztémájában. Sok talajgomba képes rögzíteni a nehézfémeket, rögzíti azokat a micéliumban, és ideiglenesen kizárja őket a körforgásból. Ezenkívül a gombák, amelyek szerves savakat szabadítanak fel, semlegesítik ezen elemek hatását, és olyan komponenseket képeznek velük, amelyek kevésbé mérgezőek és hozzáférhetők a növények számára, mint a szabad ionok.

A nehézfémek megnövekedett koncentrációjának hatására az enzimek aktivitásának éles csökkenése figyelhető meg: amiláz, dehidrogenáz, ureáz, invertáz, kataláz, valamint bizonyos agronómiailag értékes mikroorganizmuscsoportok száma. A HM-ek gátolják a talajban a különféle anyagok mineralizációs és szintézisének folyamatait, elnyomják a talaj mikroorganizmusainak légzését, mikrobiosztatikus hatást váltanak ki, mutagén faktorként működhetnek. A talaj túlzott nehézfém-tartalmával az anyagcsere-folyamatok aktivitása csökken, a szaporítószervek szerkezetében morfológiai átalakulások és egyéb változások következnek be a talaj élővilágában. A HM-ek jelentősen elnyomhatják a biokémiai aktivitást, és változásokat okozhatnak a talajban élő mikroorganizmusok teljes számában.

A talaj nehézfémekkel való szennyeződése bizonyos változásokat okoz a talaj mikroorganizmus-komplexumának fajösszetételében. Általános mintaként elmondható, hogy a szennyezés következtében jelentősen csökken a talaj mikromikéták komplexumának fajgazdagsága és diverzitása. A szennyezett talaj mikrobaközösségében a normál körülmények között szokatlan, HM-re rezisztens mikromiceták fajok jelennek meg. A mikroorganizmusok talajszennyezéssel szembeni tűrőképessége attól függ, hogy különböző szisztematikus csoportokhoz tartoznak. A Bacillus nemzetség fajai, a nitrifikáló mikroorganizmusok nagyon érzékenyek a nehézfémek nagy koncentrációjára, a pszeudomonádok, streptomyceták és sokféle cellulózbontó mikroorganizmus valamivel ellenállóbb, a gombák és aktinomicéták a legellenállóbbak.

Alacsony nehézfém-koncentráció esetén a mikrobaközösség fejlődésének némi stimulálása figyelhető meg, majd a koncentráció növekedésével részleges gátlás következik be, végül pedig annak teljes elnyomása. A fajösszetétel jelentős változásait a háttérben mért 50-300-szor magasabb HM koncentrációknál észlelték.

A mikrobiális közösségek élettevékenységének gátlásának mértéke a talajt szennyező speciális fémek élettani és biokémiai tulajdonságaitól is függ. Az ólom negatívan befolyásolja a talaj biotikus aktivitását, gátolja az enzimek aktivitását, csökkenti a szén-dioxid-kibocsátás intenzitását és a mikroorganizmusok számát, zavarokat okoz a mikroorganizmusok anyagcseréjében, különösen a légzési és sejtosztódási folyamatokban. A 12 mg/kg koncentrációjú kadmiumionok megzavarják a légköri nitrogén megkötését, valamint az ammónifikációs, nitrifikációs és denitrifikációs folyamatokat. A gombák a leginkább érzékenyek a kadmium hatására, és egyes fajok teljesen eltűnnek, miután a fém bejut a talajba. A talajban lévő cinktöbblet gátolja a cellulóz bomlásának fermentációját, a mikroorganizmusok légzését, az ureáz hatását stb., aminek következtében a talajban a szerves anyagok átalakulási folyamatai megszakadnak. Ezenkívül a nehézfémek toxikus hatása a fémek halmazától és a mikrobiotára gyakorolt kölcsönös (antagonista, szinergikus vagy kumulatív) hatásától függ. Így a talaj nehézfémekkel való szennyezettsége hatására változások következnek be a talaj mikroorganizmusainak komplexumában. Ez a fajgazdagság és diverzitás csökkenésében, valamint a szennyezést tűrő mikroorganizmusok arányának növekedésében fejeződik ki A talaj szennyező anyagoktól való öntisztulási intenzitása a talajfolyamatok aktivitásától és a benne lakó mikroorganizmusok élettevékenységétől függ. a talaj nehézfémekkel való szennyezettsége befolyásolja a talajok biokémiai aktivitásának mutatóit, a fajszerkezetet és a mikrobaközösségek összlétszámát. Azokban a talajokban, ahol a nehézfém-tartalom 2-5-szörösével vagy többszörösen meghaladja a hátteret, az enzimaktivitás egyedi mutatói változnak a legszembetűnőbben, az amilolitikus mikrobaközösség összbiomassza kismértékben megnő, és más mikrobiológiai mutatók is változnak. A HM-tartalom további egy nagyságrendre történő növelésével a talaj mikroorganizmusainak biokémiai aktivitásának egyes mutatóiban jelentős csökkenést észlelünk. A talajban az amilolitikus mikrobaközösség dominanciája újraeloszlik. A háttérszintnél egy-két nagyságrenddel nagyobb koncentrációban nehézfémeket tartalmazó talajban a mikrobiológiai paraméterek egész csoportjában jelentős változások lépnek fel. A talaj mikromikéták fajainak száma csökken, és a legellenállóbb fajok kezdenek abszolút dominálni. Ha a talaj nehézfém-tartalma három nagyságrenddel meghaladja a hátteret, szinte minden mikrobiológiai paraméterben éles változások figyelhetők meg. A talajban lévő nehézfémek jelzett koncentrációinál a szennyezetlen talajra normális mikrobióta gátlása és elpusztulása következik be. Ugyanakkor nagyon korlátozott számú HM-re rezisztens mikroorganizmus, főként mikromikéták, aktívan fejlődik, sőt abszolút domináns. Végül, amikor a talajban a HM-koncentráció négy vagy több nagyságrenddel meghaladja a háttérszintet, a talajok mikrobiológiai aktivitásának katasztrofális csökkenése észlelhető, amely a mikroorganizmusok teljes pusztulásával határos.

Nehézfémek a növényekben

A növényi élelmiszerek jelentik a HM fő forrását emberekben és állatokban. Különféle források szerint a HM 40-80%-a jár hozzá, és csak 20-40%-a érkezik levegővel és vízzel. Ezért a közegészségügy nagymértékben függ a fémek felhalmozódásának szintjétől az élelmiszeripari növényekben.

A növények kémiai összetétele, mint ismeretes, a talajok elemi összetételét tükrözi. Ezért a HM-ek túlzott felhalmozódása a növényekben elsősorban a talajban való magas koncentrációjuknak köszönhető. A növények élettevékenységük során csak a nehézfémek elérhető formáival kerülnek kapcsolatba, amelyek mennyisége viszont szorosan összefügg a talaj pufferképességével. A talajok HM-ek megkötő- és inaktiváló képességének azonban megvannak a határai, és amikor már nem tudnak megbirkózni a beérkező fémáramlással, fontossá válik magukban a növényekben olyan fiziológiai és biokémiai mechanizmusok jelenléte, amelyek megakadályozzák a bejutást.

A növények túlzott HM-ekkel szembeni rezisztenciájának mechanizmusai különböző irányokban nyilvánulhatnak meg: egyes fajok nagy koncentrációban képesek felhalmozni a HM-eket, de toleranciát mutatnak velük szemben; mások akadályfunkcióik maximalizálásával igyekeznek csökkenteni bevitelüket. A legtöbb növény esetében az első gátszintet a gyökerek jelentik, ahol a legnagyobb mennyiségű HM visszatartja, a következő a szár és a levelek, végül az utolsó a szaporodási funkciókért felelős szervek és növényi részek (leggyakrabban a magvak és gyümölcsök, valamint gyökerek és gumók stb.)

Ezek a minták azonban nem mindig ismétlődnek meg, ami valószínűleg a növények növekedési körülményeinek és genetikai sajátosságainak köszönhető. Előfordultak olyan esetek, amikor ugyanazon növénykultúra egyformán szennyezett talajon termő különböző fajtái eltérő mennyiségű nehézfémet tartalmaztak. Ez a tény nyilvánvalóan a minden élő szervezetben rejlő intraspecifikus polimorfizmusnak köszönhető, amely a természeti környezet technogén szennyezése esetén is megnyilvánulhat. Ez a növényi tulajdonság a genetikai nemesítési kutatások alapjává válhat azzal a céllal, hogy olyan fajtákat hozzanak létre, amelyek fokozott védőképességgel rendelkeznek a HM-ek túlzott koncentrációival szemben.

A különböző növények nehézfém-felhalmozódásának jelentős változatossága ellenére az elemek bioakkumulációja bizonyos tendenciákkal rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy több csoportba sorolják őket: 1) Cd, Cs, Rb - intenzív felszívódású elemek; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co - közepes fokú abszorpció; 3) Mn, Ni, Cr - gyenge felszívódású és 4) Se, Fe, Ba, Te - a növények számára nehezen hozzáférhető elemek.

Egy másik módja annak, hogy a nehézfémek bejussanak a növényekbe, a légáramlatok levélből történő felszívódása. Ez akkor fordul elő, amikor a fémek jelentős kihullása a légkörből a levélberendezésre történik, leggyakrabban nagy ipari vállalatok közelében. Az elemek bejutása a növényekbe a leveleken keresztül (vagy a lombozat felvétele) elsősorban a kutikulán keresztül, nem anyagcsere útján történik. A levelek által felszívódó HM-ek átvihetők más szervekbe és szövetekbe, és bekerülhetnek az anyagcserébe. A leveleken és a száron porkibocsátással lerakódott fémek nem jelentenek veszélyt az emberre, ha a növényeket evés előtt alaposan megmossuk. Az ilyen növényzetet fogyasztó állatok azonban nagy mennyiségű nehézfémhez juthatnak.

Ahogy a növények nőnek, az elemek szerveikben újra eloszlanak. Ugyanakkor a rézre és a cinkre a következő mintázat alakul ki tartalmukban: gyökér > gabona > szalma. Az ólom, a kadmium és a stroncium esetében más a formája: gyökerek > szalma > gabona. Ismeretes, hogy a növények fajspecifikussága mellett a nehézfémek felhalmozódásával kapcsolatban vannak bizonyos általános minták is. A legmagasabb HM-tartalmat például a leveles zöldségekben és a silónövényekben találtuk, a legalacsonyabbat a hüvelyesekben, a gabonafélékben és az ipari növényekben.

Víztestek tisztítása lúgoktól és nehézfémektől magasabb vízinövények felhasználásával

Zhutov A.S., Lobkova G.V., Gubina T.I., Rogacheva S.M. Szaratov Állami Műszaki Egyetem, Gagarin Yu.A. A modern ökológia fontos problémája a vízkészletek megőrzése és újratermelése, amelyekre az emberi gazdasági tevékenység következtében jelentős antropogén nyomás nehezedik. Jelenleg a nehézfém-vegyületek (HM) a leggyakoribb szennyező anyagok, amelyek ipari hulladékkal kerülnek a víztestekbe, és jelentős veszélyt jelentenek a biocenózisokra, amikor a HM koncentrációja a vízben meghaladja az egészségügyi és higiéniai előírásokat. Egy másik környezeti problémát okoznak az energetikai létesítmények zárt vízhasználati rendszerei. A mesterséges tározók felszínéről folyamatosan elpárolog a víz, ami hozzájárul a sótartalom növekedéséhez a hűtőtavakban (CP). Ezek főleg az alkáli- és alkáliföldfémek kloridjai és szulfátjai. A megnövekedett mineralizáció a víztestek hidrokémiai paramétereinek megváltozásához vezet, és megnehezíti a víz további ipari felhasználását, különösen az újrahasznosító vízellátásban, és további tisztítást igényel. A víztestek sótartalma nagymértékben befolyásolja a tápanyagok felhalmozódását, a növények fajdiverzitását, utóbbiak alkalmazkodási mechanizmusait. A közelmúltban biológiai módszereket alkalmaznak a vízrendszerek tisztítására, különös tekintettel a fitoremediációra, amely a magasabb rendű vízi növények (HAP) képességét használja fel különböző kémiai természetű anyagok felhalmozására, hasznosítására és átalakítására. A fitoremediáció során a mérgező anyagokat a növények felszívják, inaktiválják, majd a biomasszával együtt eltávolítják a víztestekből. Leírják, hogy a VVR felhasználható a víztestek nehézfémektől, peszticidektől, radionuklidoktól stb. Ami a különböző vízinövények víztestek sótartalmát csökkentő képességét vizsgáló tanulmányokat illeti, ilyen vizsgálatokat a mai napig nem végeztek. A különböző vízzel reagáló szerek víztestek sótartalmára adott reakcióiról szóló munkái alapján azonban feltételezhető, hogy a vízmaradványok felhasználhatók a víztestek fitodemineralizálásában. Ebben a munkában a különféle természetű fémsók (lúgos és nehéz) fitoextrakciójának folyamatait tanulmányozzuk VVR segítségével. Vizsgálták a VVR: szarvasfű (Ceratophillum demersum L.), elodea (Elodea сanadensis Rich. et Michx.) és eichornia (Eichornia crassipes Mart.) vízben lévő alkálifém sók felszívó képességét. A Balakovo Atomerőmű hűtőtavának példáját felhasználva meghatározták az ilyen típusú víz- és vízkezelő rendszerek víz sótartalmát csökkentő képességét. Megállapítást nyert, hogy minden makrofita toleráns a NaCl, Na2SO4 és KCl sókkal szemben 0,5-1 g/l koncentrációig. Az Eichornia 1 g/l sókoncentrációig a legnagyobb extrakciós képességgel rendelkezik. Ezeknek a sóknak a tartalma azonban a BalNPP CP-ben jóval alacsonyabb, mint a feltüntetett értékek, ami azt jelzi, hogy a kiválasztott növényeket ebben a tározóban lehet termeszteni. Az Elodea esetében a sók maximális felszívódását a kezdeti koncentrációjuknál figyelték meg: 1,5 g/l Na2SO4; 1 g/l NaCl; 0,5 g/l KCl és 6,9%; 5,7%; 2,4%-kal. A szarvasfű esetében ez az eljárás 1 g/l (7%) NaCl-tartalom mellett hatékony; Na2S04 - 2 g/l (14,3%); KCl - 2 g/l (10,9%). Az Eichornia sók intenzív felszívódását észlelték 0,5 g/l (8,8%) kezdeti NaCl-koncentrációnál; Na2S04 - 0,5 g/l (8,4%); KCl - 1 g/l (9,5%). Meghatároztam az abiotikus tényezők hatását a sómentesítési folyamatok intenzitására. Kimutatták, hogy a hőmérséklet és a nappalok hosszának növekedése növeli a sófelszívódási folyamatok intenzitását. Így az elodea, a hornwort és az eichornia termesztésének optimális értéke a 24°C hőmérséklet és a 12 órás naphossz volt.Az Eichornia hatékonyan csökkentette a nátrium- és kalciumkationok koncentrációját. Ugyanakkor a hőmérséklet emelkedésével ezeknek az ionoknak a százalékos abszorpciója nőtt. Így 20 °C-os hőmérsékleten a nátriumionok abszorpciós százaléka 10,0%, 27 °C-on pedig 21,5% volt. A kalciumionok esetében hasonló értékek 32,1%, illetve 36,3%. Először mutatták ki, hogy amikor a hőmérséklet 14°C-ra süllyedt, sók szabadultak fel az elodeából és a szarvasfűből, ami a tározó másodlagos szennyezését okozhatja. táblázatban Az 1. ábra a különböző ionok abszorpciójának kísérleti adatait mutatja be a BalNPP CP 10 napos növénytermesztésének eredményeként, amelyek azt jelzik, hogy az Eichornia rendelkezik a legjobb anionelnyelő képességgel is.

...

Hasonló dokumentumok

A nehézfémek általános jellemzői, formáik a környezetben. A környezetbe kerülő nehézfémek forrásai. A bioindikáció elmélete és módszerei. Biológiai tárgyak, mint a nehézfémekkel való környezetszennyezés indikátorai.

tanfolyami munka, hozzáadva 2013.09.27

A vízi ökoszisztémákba belépő nehézfémek forrásai. A nehézfémek mérgező hatása az emberre. A Gomel város területén található tározók felszíni vizeinek ólommal, rézzel, krómmal, cinkkel és nikkellel való szennyezettségének mértéke.

szakdolgozat, hozzáadva: 2013.08.06

A nehézfémek környezetben való eloszlása problémájának főbb környezeti és kémiai vonatkozásainak tanulmányozása. Nehézfémek formái a felszíni vizekben és toxicitásuk. Nehézfémek a talajban és a növényekben. Talajok mikrobiális cenózisa.

absztrakt, hozzáadva: 2010.12.25

A nehézfémek fogalma, biogeokémiai tulajdonságaik és a környezetben való előfordulási formái. Nehézfémek mobilitása a talajban. A nehézfémek szabályozásának típusai a talajban és a növényekben. A városi talajszennyezés aerogén és hidrogénes módszerei.

tanfolyami munka, hozzáadva 2015.10.07

A városi talajok és talajok szennyezettségének forrásai, jellege és mértéke. Cseljabinszk területei, amelyek a legintenzívebb szennyezésnek vannak kitéve. A talaj nehézfémekkel való szennyezettségének hatása a növényzetre. A nehézfémek előfordulási formái a kibocsátásban és a talajban.

szakdolgozat, hozzáadva: 2015.10.02

Ismerkedés a nehézfémek kimutatására szolgáló módszerekkel Gomel város víztesteinek magasabb vízinövényeiben. A mangán, mint katalizátor a légzési és nitrátfelszívódási folyamatokban. A fémek növényi szervezet általi abszorpciós folyamatának jellemzőinek figyelembevétele.

szakdolgozat, hozzáadva: 2013.08.31

A nehézfémek jellemzői és eloszlásuk a környezetben. Nehézfémek klinikai és környezeti toxikológiája. Atomabszorpciós módszer nehézfém-tartalom meghatározására, vízi élőlények szerves mintáinak előkészítésére és gyűjtésére.

tudományos munka, hozzáadva 2016.02.03

Nehézfémek fizikai és kémiai tulajdonságai, víztartalmuk szabványosítása. A természetes vizek antropogén tevékenységből eredő szennyezése, nehézfémek jelenlététől való tisztításuk módszerei. Kationcserélők szorpciós jellemzőinek meghatározása.

tanfolyami munka, hozzáadva 2014.02.23

Technikai javaslatok a tengeri környezet környezetbiztonsági szintjének csökkentésére. A tengeri környezet megtisztítása nehézfémvegyületektől és kőolajtermékektől. Illékony szennyeződések deszorpciója. Szennyezett víz tisztítása fordított ozmózissal és ultraszűréssel.

gyakorlati munka, hozzáadva 2015.02.09

Nehézfémek a vízi környezetben. A nehézfém-oxidok hatása egyes édesvízi állatok testére. Nehézfémek abszorpciója és eloszlása a hidrofitákban. A nanoformájú nehézfém-oxidok hatása a guppi növekedésére és halálozási arányára.

NEHÉZFÉMEK A VÍZRENDSZEREK ÖKOLÓGIAI MONITOROZÁSÁBAN

NEHÉZFÉMEK A VÍZRENDSZEREK ÖKOLÓGIAI MONITOROZÁSÁBAN

H. S. BUDNIKOV

A környezetszennyezés egyes aspektusait, különösen a felszíni vizek nehézfémekkel történő szennyezését interdiszciplináris szinten tárgyalják. A fémeknek, mint életkomponenseknek és mint toxikusoknak kettős biológiai szerepük van. A környezeti állapot rendszeres értékeléséhez elemző munka szükséges.

G. K. Budnyikov
Kazany Állami Egyetem

A különböző minőségellenőrzési szolgálatok számára leginkább érdekelt bioszféra szennyező anyagok közül a fémek (elsősorban nehéz, azaz 40-nél nagyobb atomtömegűek) a legfontosabbak. Ez nagyrészt sokuk biológiai aktivitásának köszönhető. A fémek élettani hatása az emberi szervezetre és az állatokra eltérő, és függ a fém természetétől, a természetes környezetben előforduló vegyület típusától, valamint koncentrációjától. Sok nehézfém kifejezett komplexképző tulajdonságokkal rendelkezik. Így vizes közegben ezeknek a fémeknek az ionjai hidratáltak, és különféle hidroxokomplexeket képesek képezni, amelyek összetétele az oldat savasságától függ. Ha az oldatban anionok vagy szerves vegyületek molekulái vannak jelen, akkor ezeknek a fémeknek az ionjai különböző szerkezetű és stabilitású komplexeket képeznek. A nehézfémek közül néhány rendkívül szükséges az ember és más élő szervezetek életfenntartásához, és az úgynevezett biogén elemek közé tartozik. Mások ellenkező hatást váltanak ki, és amikor bejutnak egy élő szervezetbe, annak mérgezéséhez vagy halálához vezetnek. Ezek a fémek a xenobiotikumok osztályába tartoznak, vagyis idegenek az élőlényektől. A környezetvédelmi szakemberek kiemelt csoportot határoztak meg a mérgező fémek között. Tartalmazza a kadmiumot, a rezet, az arzént, a nikkelt, a higanyt, az ólmot, a cinket és a krómot, amelyek az emberi és állati egészségre a legveszélyesebbek. Ezek közül a higany, az ólom és a kadmium a legmérgezőbb. A bioszféra nehézfémekkel való szennyezésének lehetséges forrásai a vas- és színesfémkohászat (légkört szennyező aeroszolkibocsátás, felszíni vizeket szennyező ipari szennyvíz), gépipar (rézbevonat fürdők, nikkelezés, krómozás, kadmium bevonat), akkumulátorfeldolgozó üzemek és autószállítás.

A nehézfémekkel történő környezetszennyezés antropogén forrásai mellett vannak más természetes források is, például a vulkánkitörések: a kadmiumot viszonylag nemrég fedezték fel a Földközi-tengeren fekvő Szicília szigetén található Etna kitörésének termékeiben. Egyes tavak felszíni vizében megnövekedhet a mérgező fémek koncentrációja a savas esők hatására, ami a tavak által mosott ásványok és kőzetek feloldódásához vezet. Mindezek a szennyező források a bioszférában vagy annak összetevőiben (levegő, víz, talaj, élőlények) fémszennyezőanyag-tartalom növekedését okozzák a természetes, úgynevezett háttérszinthez képest. Bár, mint fentebb említettük, a mérgező fémek bejutása aeroszoltranszferrel is megtörténhet, de ezek elsősorban a vízzel hatolnak be az élő szervezetbe. A szervezetbe kerülve a mérgező fémek legtöbbször nem mennek át jelentős átalakuláson, mint a szerves mérgező anyagoknál, és a biokémiai körforgásba lépve rendkívül lassan távoznak.

Meg kell jegyezni, hogy az elemzési módszerek fejlődésének előrehaladása lehetővé tette olyan globális problémák megoldását, mint a fő források azonosítása.
bioszféra szennyezés, a szennyezés és a szennyező anyagok átalakulásának, átjutásának és migrációjának dinamikájának megállapítása. Ugyanakkor a nehézfémeket az egyik legfontosabb elemzési tárgy közé sorolták. Mivel a természetes anyagokban való tartalmuk igen változatos lehet, a meghatározásukra szolgáló módszereknek megoldást kell adniuk a problémára. Az elemző tudósok erőfeszítéseinek eredményeként számos országban dolgoztak ki olyan módszereket, amelyek lehetővé teszik a nehézfémek femtogramszintű (10-15 g) vagy egy (!) atom jelenlétében történő meghatározását a vizsgált mintatérfogatban. például nikkel élő sejtben. Nemcsak analitikus kémikusok, biológusok és ökológusok (tevékenységük hagyományosan ehhez a problémához kapcsolódnak) mutatnak szakmai érdeklődést a környezet nehézfémekkel történő kémiai szennyezése által képviselt összetett és sokrétű probléma iránt, amely számos tudományágat felölel, és már önálló interdiszciplinárissá vált. tudásterület. , hanem az orvosok is. A tudományos és népszerű tudományos információk áramlásában, valamint a médiában egyre gyakrabban jelennek meg anyagok a nehézfémek emberi egészségre gyakorolt hatásáról. Így az Egyesült Államokban figyelmet fordítottak a gyermekek agresszivitásának megnyilvánulására a szervezetükben megnövekedett ólomtartalom miatt. A bolygó más régióiban a bûncselekmények és az öngyilkosságok számának növekedése a környezet e mérgezõ anyagok tartalmának növekedésével is összefügg. Érdekes megvitatni a nehézfémek környezetben, különösen a felszíni vizekben való eloszlásának problémájának néhány kémiai és ökológiai-kémiai vonatkozását.

Hosszú ideig szilárd meggyőződés volt, hogy fontos biológiai funkciókat csak a nátrium, kálium, magnézium, vas és kalcium lát el, amelyek együttesen adják az emberi szervezet összes fématomjának csaknem 99%-át, és (a vas kivételével) szintén hozzátartoznak. a makroelemek csoportjába. E fémek közül négy hidratált atomja, nevezetesen a nátrium, a kálium, a magnézium és a kalcium, részt vesznek az ozmózis folyamataiban és az idegi jelek továbbításában, és meghatározzák a vázcsontszövet erősségét is. A vas a hemoglobin molekula része - a legfontosabb fehérje, amely részt vesz a légköri oxigén megkötésében és a szervek és szövetek sejtjeibe történő átvitelében, vagyis a légzési folyamat során. Viszonylag a közelmúltban jelent meg az érdeklődés a nehézfémek közé sorolt és a szervezetben nyomokban előforduló átmeneti elemek (beleértve a vasat is) funkciói iránt. Egy új tudományág alakult ki - a bioinorganic kémia, amely a biogén elemek vegyületeinek szerkezetét, tulajdonságait és reakcióit vizsgálja in vivo. Az élő szervezetben található alacsony tartalom miatt mikroelemeknek kezdték nevezni.

A mikroelemek fontossága az emberi létfontosságú funkciók megvalósításában már számos elemnél (mangán, cink, molibdén, fluor, jód és szelén) bizonyított, másoknál (króm, nikkel, vanádium, ón, arzén, szilícium) valószínű. A makroelemek és a mikroelemek megkülönböztetésének fő kritériuma a szervezet elemszükséglete, naponta mg/kg-ban meghatározva. Mindezek a mikroelemek a szervezetben vagy hidratált ionok, vagy a vashoz hasonlóan koordinációs vegyületek formájában működnek.

Az is ismert, hogy az emberi szervezetben a legtöbb nem átmeneti fém található, mégpedig nyomokban, például: fogtömésből származó higanyt, ólmot, antimont és arzént az újságok és könyvek nyomdafestékéből, rezet, ónt, mangánt és alumíniumot a konyhából. felszerelés. Azonban először is nem ezeket a fémeket kell figyelembe venni, hanem a létfontosságúakat, azaz a biogéneket. Az emberi szervezetben és az állatok életfolyamatai során számos enzimatikus kémiai reakció megy végbe, amelyek nagyon erős kötések felszakadásával járnak, vagyis olyanok, amelyek csak laboratóriumi körülmények között, zord körülmények között, például magas hőmérsékleten hajthatók végre. nyomás vagy hőmérséklet.

Bár egy fémtartalmú enzim molekulája sok ezer katalitikus ciklust képes ellenállni, az élő szervezetben lezajló anyagcsere-folyamatok egyes enzimek tönkremeneteléhez és megfelelő mennyiségű fém eltávolításához vezethetnek a szervezetből. Ezért ezeket a veszteségeket kompenzálni kell, mivel a mikroelemek hiánya a szervezet létfontosságú funkcióinak megzavarásához vezet, ami különféle betegségekhez vezethet. A bevitt mikroelemek mennyisége szabályozható diétával, illetve ha szükséges, például betegségek megelőzésére speciális, általában élelmiszer-adalékanyag formájában előállított gyógyszerek szedésével. Példaként említhetjük az extrém környezeti körülmények között dolgozó sportolók és szakmacsoportok táplálkozásában használt, jól ismert vitamin- és mikroelemkomplexeket.

Meg kell jegyezni, hogy a fehérjék és más biológiailag fontos vérkomponensek kémiai kötéseinek erőssége bármely fém ionjaival elegendő az idő jelentős részében ahhoz, hogy a fém a szervezetben fehérjékkel, aminokkal komplex formájában maradjon. savak és más biológiailag aktív vegyületek. Ezért, ha a felesleges fémek bejutnak a szervezetbe, az utóbbi működési zavarokat, mérgezést vagy halált okozhat. Az ilyen hatás mértéke nemcsak egy bizonyos szintet meghaladó koncentrációtól függ, hanem a fém természetétől, elsősorban komplexképző képességétől is. Így ha egy toxikus fém komplexképző képessége kellően magas, akkor kompetitív kölcsönhatás eredményeként kiszoríthatja a biogén fémkatalizátort az aktív centrumból, vagy magához kötheti a fémek szintéziséhez használt biológiailag aktív vegyületek túlnyomó többségét. egyik vagy másik létfontosságú enzim.

Azt is meg kell jegyezni, hogy csak az élelmiszerekben található biogén elemek szerves savak sói és egyéb oldható kémiai vegyületek, leggyakrabban komplexek, formájában rendelkeznek biológiai értékkel. Az élelmiszerek minőségének felmérésével foglalkozó szakirodalom tájékoztatást nyújt bizonyos mikroelemek tartalmáról a gyümölcsökben, zöldségekben, húsokban, tejben stb.

A makro- és mikroelemek fogalma nem mindig különíthető el egyértelműen, ha ezt a felosztást különböző szervezetcsoportokra alkalmazzuk. Például a növényeknél a létfontosságú mikroelemek készlete egyértelműen eltér a magasabb rendű állatokétól. A növényeknek azonban szükségük van bizonyos mennyiségű mikroelemre is a talajban, amit általában úgynevezett mikrotrágyák kijuttatásával érnek el, amelyek lényegében biogén mikroelemek összessége: cink, vanádium, molibdén, réz, kobalt, vas, mangán.

Az élőhely minőségének legfontosabb mutatója a felszíni vizek tisztasági foka. Egy tározóba vagy folyóba kerülve egy mérgező fém eloszlik a vízi ökoszisztéma összetevői között. Azonban nem minden fémmennyiség okoz fennakadást ebben a rendszerben. Egy ökoszisztéma külső mérgező hatásokkal szembeni ellenálló képességének értékelése során szokás az ökoszisztéma pufferkapacitásáról beszélni. Így az édesvízi ökoszisztémák nehézfémekhez viszonyított pufferkapacitása alatt olyan mennyiségű mérgező fémet értünk, amelynek ellátása nem zavarja jelentősen a teljes vizsgált ökoszisztéma természetes működését. Ebben az esetben maga a mérgező fém a következő komponensekre oszlik: 1) fém oldott formában; 2) a fitoplankton, azaz a növényi mikroorganizmusok által szorbeált és felhalmozott; 3) a fenéküledékek visszatartják a vízi környezetből lebegő szerves és ásványi részecskék ülepedése következtében; 4) oldható formában közvetlenül a vízi környezetből adszorbeálódik a fenéküledékek felületén; 5) adszorbeált formában a szuszpendált részecskéken helyezkednek el. ábrán. Az 1. ábra sematikusan mutatja a mérgező fémek (M) eloszlását a vízi ökoszisztémában.

A mérgező fémek M vízi ökoszisztémákba jutásának módjai és előfordulási formái nemcsak az oldott szerves anyagok és a lebegő anyagok jelenléte, hanem a hidrobionok felhalmozódási képessége, valamint a fémionok abszorpciójának kinetikája is az összes komponens által. az ökoszisztéma, beleértve az oldott szerves anyagokkal való komplexképzést. Mindez a felszíni vizekben lezajló folyamatok összetettségét jelzi, amikor fémszennyező anyagok kerülnek beléjük. ábrán. A 2. ábra a toxikus fémek természetes felszíni vizekben való eloszlásának diagramját mutatja be, általánosságban tükrözve a különféle formákban történő megkötésük kémiai és fizikai-kémiai folyamatait. Érdekesség, hogy a huminsavak, ezek a fajlagos természetes nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek a talajban a mikroorganizmusok hatására a növényi maradványok átalakulása során keletkeznek, láthatóan a legnagyobb mértékben képesek nehézfém-ionokat stabil komplexekké kötni. Így a megfelelő humátok (nehézfémionok huminsavakkal alkotott komplexei) stabilitási állandói a fém természetétől függően 10 5 – 10 12 tartományban vannak. A humátok stabilitása a vízi környezet savasságától függ.

Bár a fémek természetes vizekben való létezési formáinak meghatározásának problémájának kémiai-analitikai vonatkozása mintegy 20 évvel ezelőtt fogalmazódott meg, ez a probléma csak a legújabb elemzési módszerek megjelenésével vált elérhetővé a megoldás számára. Korábban csak a víz bruttó nehézfémtartalmát határozták meg, és megállapították a szuszpendált és oldott formák közötti megoszlást. A fémekkel szennyezett víz minőségét a bruttó tartalomra vonatkozó adatok és az MPC értékek összehasonlítása alapján ítélték meg. Most egy ilyen értékelést hiányosnak és megalapozatlannak tekintenek, mivel egy fém biológiai hatását a vízben való állapota határozza meg, és ezek általában különféle komponensekkel alkotott komplexek (2. ábra). Ahogy fentebb megjegyeztük, bizonyos esetekben, például természetes eredetű szerves vegyületekkel történő komplexképzés során ezek a komplexek nemcsak alacsony toxikusak, hanem gyakran serkentik a vízi élőlények fejlődését, mivel ebben az esetben biológiailag hozzáférhetővé válnak. szervezetekre.

Tehát a nehézfémekkel szennyezett víz toxicitását elsősorban a fémvízionok vagy a szervetlen ionokkal alkotott egyszerű komplexek koncentrációja határozza meg. Más komplexképző anyagok, elsősorban szerves anyagok jelenléte csökkenti a toxicitást. A fent említett jelenség a toxikus anyagok felhalmozódása a fenéküledékekben a vizek másodlagos toxicitását okozhatja. Valójában még akkor is, ha a szennyezés forrását megszüntetik, és ahogy mondják, „a víz normális”, a jövőben lehetségessé válik a fémnek a fenéküledékekből a vízbe való fordított vándorlása. A vízrendszerek állapotának előrejelzését ezért az összes összetevőjük bizonyos időközönként elvégzett elemzéséből származó adatokon kell alapulnia.

Különös eset volt a cinóber (higany-szulfid) lerakódások felfedezése a Kárpátok egyik régiójában. A geológusok számára ez a lelet meglepetés volt. Kiderült, hogy a középkorban a folyó feletti hegyekben található falvakban szisztematikusan használták a higanyt bizonyos betegségek kezelésére. Az évek múlásával a folyó összegyűjtötte ezt a fémet, lefelé vitte, és az egyik természetes csapdában fenéküledékek formájában halmozta fel. További átalakulását végül a cinóber érte el. Ez a példa azt mutatja, hogy a természetben az antropogén eredetű toxikus anyagok folyamatos mozgása, vándorlása és felhalmozódása zajlik, miközben ezek kémiai átalakulásnak vannak kitéve stabilabb formákká.

A kiemelt fémszennyező anyagok közül a higanyt, az ólmot és a kadmiumot tekintjük a legnagyobb veszélynek az emberi és állati egészségre.

Higany.

A környezetben a különböző fémoxidációs fokú higanyvegyületek, azaz a Hg(0), Hg(I), Hg(II) reakcióba léphetnek egymással. A legnagyobb veszélyt a szerves, elsősorban alkilvegyületek jelentik.

Fémek létezési formái a felszíni vizekben

Csökkentett toxicitás (akár 97%) – az óceánok felszíni vizei. A higany körülbelül fele ember okozta okok miatt kerül a természetes környezetbe.

A környezet savassága és oxidációs potenciálja befolyásolja a higany egyik vagy másik formájának jelenlétét a vízi környezetben. Így a jól levegőztetett tározókban a Hg(II) vegyületek dominálnak. A higanyionok könnyen stabil komplexekké kötődnek a vizekben található különféle szerves anyagokkal, amelyek ligandumként működnek. A kéntartalmú vegyületekkel különösen erős komplexek jönnek létre. A higany könnyen adszorbeálódik a víz lebegő részecskéin. Ilyenkor az úgynevezett koncentrációs tényező néha eléri a 10 5-öt, vagyis százezerszer több higany koncentrálódik ezekre a részecskékre, mint amennyi a vízi környezetben egyensúlyban van. Ebből az következik, hogy a fém sorsát a szuszpendált részecskék általi szorpció, majd az ülepedés követi, vagyis lényegében a higany eltávolítása a vízrendszerből fog megtörténni, ahogy azt a cinóberlerakódások képződésének példájában már leírtuk. a Kárpátok vidéke. Megjegyzendő, hogy a higany deszorpciója a fenéküledékekből lassan megy végbe, így a felszíni vizek újraszennyeződése a szennyezés forrásának azonosítása és megszüntetése után szintén gátolja a kinetikát. Vizes közegben a higany R–Hg–X és R–Hg–R típusú szerves fémvegyületeket képez, ahol R jelentése metil- vagy etilcsoport. Antropogén forrásokból a higany túlnyomórészt fémhigany, Hg(II)-ionok és fenil-higany-acetát formájában kerül a vízi rendszerekbe. A halakban előforduló higany domináns formája a metil-higany, amely biológiailag mikroorganizmusokból származó enzimek által képződik. A szennyezetlen felszíni vizekben a higanytartalom 0,2-0,1 μg/l között mozog, a tengervizekben háromszor kisebb. A vízi növények felszívják a higanyt. Az R–Hg–R" szerves vegyületek nagyobb koncentrációban találhatók meg az édesvízi planktonban, mint a tengeri planktonban. A szerves higanyvegyületek lassabban ürülnek ki a szervezetből, mint a szervetlenek. A mérgező anyag maximális tartalmára vonatkozó jelenlegi szabvány (0,5 μg/kg) ) élelmiszertermékek minőségellenőrzésére használják. Feltételezhető, hogy a higany metilezett vegyületek formájában van jelen, amelyek az emberi szervezetbe kerülve Minimata-betegséget okozhatnak.

Vezet.

Ennek a mérgező anyagnak a fele az ólmozott benzin elégetése következtében kerül a környezetbe. A vízi rendszerekben az ólom főként a szuszpendált részecskékkel való adszorpcióval társul, vagy huminsavakkal oldható komplexek formájában van jelen. Biometilezéskor, akárcsak a higany esetében, az ólom végül tetrametil-ólmot képez. A szennyezetlen felszíni vizekben az ólomtartalom általában nem haladja meg a 3 µg/l-t. Az ipari régiók folyóiban magasabb az ólomszint. A hó jelentős mértékben felhalmozhatja ezt a mérgező anyagot: a nagyvárosok környékén közel 1 millió μg/l-t, tőlük bizonyos távolságra pedig az 1-100 μg/l-t is elérheti.

A vízi növények jól felhalmozzák az ólmot, de különböző módon. Néha a fitoplankton akár 10 5 koncentrációtényezővel is megtartja, mint a higany. Az ólom enyhén felhalmozódik a halakban, így a trofikus lánc ezen láncszemében viszonylag kevésbé veszélyes az emberre. Normál vízviszonyok mellett a metilezett vegyületek viszonylag ritkán találhatók halakban. Az ipari kibocsátású régiókban a tetrametil-ólom felhalmozódása a halszövetekben hatékonyan és gyorsan megy végbe - az akut és krónikus ólomexpozíció 0,1–0,5 μg/l szennyezettségi szinten történik. Az emberi szervezetben az ólom felhalmozódhat a csontvázban, helyettesítve a kalciumot.

Kadmium.

Ennek a fémnek a kémiai tulajdonságai hasonlóak a cinkéhez. Ez utóbbit helyettesítheti a fémtartalmú enzimek aktív központjaiban, ami az enzimatikus folyamatok működésének éles megzavarásához vezet. Az érctelepekben a kadmium általában cinkkel együtt van jelen. Vizes rendszerekben a kadmium az oldott szerves anyagokhoz kötődik, különösen, ha szerkezetükben szulfhidril-SH csoportok vannak jelen. A kadmium aminosavakkal, poliszacharidokkal és huminsavakkal is komplexeket képez. Úgy véljük azonban, hogy ezeknek a kadmiumot kötni képes ligandumok nagy koncentrációjának puszta jelenléte még nem elegendő ahhoz, hogy a szabad kadmiumionok koncentrációját az élő szervezetek számára biztonságos szintre csökkentsük. A kadmiumionok fenéküledékek általi adszorpciója erősen függ a közeg savasságától. Semleges vizes környezetben a szabad kadmium-iont szinte teljesen felszívják a fenéküledékek részecskéi.

Alig néhány évvel ezelőtt meglehetősen sok kadmiumforrás került a környezetbe. Miután bebizonyosodott magas toxicitása, számuk meredeken csökkent (legalábbis az iparosodott országokban). Jelenleg ezzel a mérgező anyaggal a környezetszennyezés fő forrása a nikkel-kadmium akkumulátorok temetkezési helye. Mint már említettük, kadmiumot találtak az Etna kitörésének termékeiben. A kadmium koncentrációja az esővízben meghaladhatja az 50 µg/l-t.

Édesvízi tározókban és folyókban a kadmiumtartalom 20-400 ng/l között mozog. Az óceánban a legalacsonyabb tartalmát a Csendes-óceánban, a Japán-szigetektől keletre mérték (~0,8-9,6 ng/l 8-5500 m mélységben). Ez a fém felhalmozódik a vízi növényekben és a halak belső szerveinek szöveteiben (de nem a vázizmokban).

A kadmium általában kevésbé mérgező a növényekre, mint a metil-higany, és mérgező hatása az ólomhoz hasonlítható. ~0,2-1 mg/l kadmiumtartalomnál a fotoszintézis és a növények növekedése lelassul. Érdekes a következő rögzített hatás: a kadmium toxicitása észrevehetően csökken bizonyos mennyiségű cink jelenlétében, ami ismét megerősíti azt a feltételezést, hogy ezen fémek ionjai versenyezhetnek a szervezetben az enzimatikus folyamatban való részvételért.

A bioszféra általánosított elemzési tárgynak tekinthető. A gyakorlatban egy adott tudományterület szakembere annak bármelyik összetevőjével foglalkozik. Azonban minden konkrét objektum állandó dinamikában van, kölcsönös kapcsolatban áll más objektumokkal, és ezért nemcsak az összetételét, hanem a tulajdonságait is megváltoztatja. Néha ezek a változások kicsik, így észrevehetőek, és bizonyos időbe telik, amely alatt ezek a változások bekövetkeznek. Az alkalmazott megfigyelési módszereknek, azaz a biomonitoringnak azonban érzékenynek és pontosnak kell lennie. A környezet, mint elemzési objektum komplexitása és változékonysága szükségessé teszi az adatok időszakos felülvizsgálatát és mind a meghatározási módszerek, mind az egyes elemzési szakaszok fejlesztését. A közelmúltban egy ilyen felülvizsgálatot végeztek a higany és a réz környezetben való elterjedtségére vonatkozó adatokkal kapcsolatban. Kiderült, hogy a mintavétel, a kiválasztás és a minta-előkészítés korábbi szakaszai nem voltak elég tökéletesek, és szisztematikus hibát tartalmaztak. Elszámolása végül oda vezetett, hogy az egyes környezeti objektumok higanytartalmára vonatkozó adatokat néha nagyságrendekkel túlbecsülték. Bár a légköri kibocsátás higanytartalmára vonatkozó előrejelzés a 2025-ig tartó időszakra ennek a mérgező anyagnak a mennyiségének megduplázódását feltételezi, az már kiderült, hogy a valóságban koncentrációja csaknem egy nagyságrenddel alacsonyabb. Az adatok hasonló kritikai elemzése várható a réztartalom értékelésénél. A fémek, mint szennyező anyagok elterjedéséről elsősorban a környezetelemzők szereznek információt, akik elsődleges információkat kapnak, bár a környezetvédelmi probléma megoldásában a kapcsolódó tudományterületek szakemberei is részt vesznek. A felsőoktatás modern reformjának egyik iránya a magasan kvalifikált természettudományos szakemberek képzése
A kémia, biológia, fizika, ökológia kapcsolódó területein széles körű műveltséggel rendelkező tesztelők, akik képesek összetett és létfontosságú problémák megoldására, amelyek közül néhányat ebben a cikkben érintünk.

1. Mirkin B.M., Naumova L.G. Oroszország ökológiája. M.: 1995. 232 p.

2. Nikanorov A.M., Zhulidov A.V. Fémek biomonitoringja édesvízi ökoszisztémákban. Szentpétervár: Gidrometeoizdat, 1991. 312 p.

3. Moore J., Ramamurthy S. Nehézfémek természetes vizekben. M.: Mir, 1987. 286 p.

4. Williams D. Az élet fémei. M.: Mir, 1975. 236 p.

5. A Szovjetunió (Oroszország) természetes és szennyvizeinek elemzésével foglalkozó konferenciák anyagai az elmúlt 5-10 évben.

6. Shustov S.B., Shustova L.V. Az ökológia kémiai alapjai. M.: Nevelés, 1995. 240 p.

7. Maistrenko V.N., Hamitov R.Z., Budnikov G.K. A szupertoxikus anyagok ökológiai ellenőrzése. M.: Kémia, 1996. 320 p.

German Konstantinovich Budnikov, a kémiai tudományok doktora, a Kazanyi Állami Egyetem Analitikai Kémiai Tanszékének professzora, az Orosz Föderáció Természettudományi Akadémia és az Orosz Ökológiai Akadémia levelező tagja, a Nemzetközi Felsőoktatási Tudományok Akadémia akadémikusa.

Tudományos érdeklődési köre: elektroanalitikai kémia, kémiailag módosított elektródák, bioszenzorok környezet-analitikai monitorozáshoz. Több mint 550 publikáció szerzője, ebből 12 könyv az elektroanalitika és az analitikai kémia problémáiról.

A bányászat és a feldolgozás nem a fémszennyezés legerősebb forrása. E vállalkozások kibocsátása lényegesen alacsonyabb, mint a hőerőműveké. Minden fém jelen van a szénben és az olajban. Az erőművek, ipari és háztartási kemencék hamujában lényegesen több mérgező kémiai elem, köztük nehézfémek találhatók, mint a talajban. Az üzemanyag elégetése során keletkező levegő kibocsátás különösen fontos. Például a higany, kadmium, kobalt, arzén mennyisége 3-8-szor nagyobb bennük, mint a bányászott fémek mennyisége. Bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy egy modern széntüzelésű hőerőmű egyetlen kazánja évente átlagosan 1-1,5 tonna higanygőzt bocsát ki a légkörbe. Nehézfémeket az ásványi műtrágyák is tartalmaznak.

Az ásványi tüzelőanyagok elégetése mellett a fémek technogén diszperziójának legfontosabb módja a pirogén technológiai folyamatok (kohászat, cementalapanyag elégetése stb.), valamint az érc szállítása, dúsítása és válogatása során a légkörbe történő kibocsátása. .

A nehézfémek technogén bejutása a környezetbe gázok és aeroszolok formájában, valamint a szennyvíz részeként történik. A fémek viszonylag gyorsan felhalmozódnak a talajban, és rendkívül lassan távoznak belőle: a cink felezési ideje akár 450 év, a kadmium - akár 1000 év, a réz - akár 1400 év. A talaj fémszennyezésének jelentős forrása az ipari és szennyvíztisztító telepekről származó iszapból származó műtrágyák használata. A kohászati gyártás során kibocsátott nehézfémek főleg oldhatatlan formában vannak jelen. A szennyezés forrásától távolodva a legnagyobb részecskék leülepednek, nő az oldható fémvegyületek aránya, kialakul az oldható és az oldhatatlan formák aránya. A légkörbe kerülő aeroszolos szennyeződés természetes öntisztulási folyamatokkal távozik belőle. A légköri csapadék játssza a főszerepet. Ezt követően az ipari vállalkozások légkörbe történő kibocsátása és szennyvízkibocsátása megteremti a nehézfémek talajba, talajvízbe és nyílt víztestekbe, növényekbe, fenéküledékekbe és állatokba jutásának előfeltételeit. A légszennyezettség terjedési tartománya és szintje a forrás teljesítményétől, a kibocsátási viszonyoktól és az időjárási viszonyoktól függ. De az ipari városi agglomerációk és a városfejlesztés körülményei között a fémek levegőben való eloszlásának paraméterei még mindig rosszul előrejelezhetők. A szennyező forrásoktól való távolság mellett a fémaeroszolok koncentrációjának csökkenése a légköri levegőben gyakran exponenciálisan megy végbe, aminek következtében az intenzív hatásuk zónája, amelyben az MPC túllépi, viszonylag kicsi. Az urbanizált területeken a regisztrált légszennyezés végső hatása számos szóródási mező hozzáadásának eredménye, és a kibocsátó forrásoktól való távolság, a városszerkezet és a vállalkozások körüli szükséges egészségügyi védőzónák megléte határozza meg. A természetes nehézfém-tartalom környezetbarát légkörben köbméterenként ezred- és tízezrelék mikrogramm, és ez alatti. Ezek a szintek a modern körülmények között gyakorlatilag egyetlen lakott területen sem figyelhetők meg. A higanyszennyezéssel kapcsolatos fő iparágak közé tartozik a bányászat, a kohászat, a vegyipar, a műszerek, a vákuum és a gyógyszeripar. A kadmiummal történő környezetszennyezés legintenzívebb forrásai a kohászat és a galvanizálás, valamint a szilárd és folyékony tüzelőanyagok elégetése. A kémiai elemek városi környezetbe jutásának légi útvonala a vezető. De már kis távolságra, különösen a külvárosi mezőgazdaság területein, megváltozhat a nehézfémekkel történő környezetszennyező források relatív szerepe, és a legnagyobb veszélyt a szemétlerakókban felhalmozódott, műtrágyaként felhasznált szennyvíz és hulladék jelenti. A lebegő anyagok és a talaj üledékek képesek a legnagyobb nehézfémkoncentrációra, ezt követik a plankton, a bentosz és a halak. A nehézfémek a víz, a talaj és a levegő leggyakoribb szennyezőanyagai közé tartoznak. Toxikusságuk az alapján ítélhető meg, hogy milyen veszélyességi osztályba tartoznak, és hogyan hatnak az anyagcserére és az emberi egészségre. A fémeknek vízben és talajban oldható és diszpergált formái vannak. A nehézfémek a nem konzervatív fémek csoportjába tartoznak, azaz a vízben, a talajban, az eleven és feltárt iszapban való tartalmuk függ a hőmérséklettől, sótartalomtól, szervetlen és szerves komplexképző szerek jelenlététől, biológiai aktivitástól, évszaktól, pH-tól. érték (a 3. ábra szerint)

3. ábra Vízszennyezés nehézfémekkel

A nehézfémek a légkörből jutnak a talajba és a víztestekbe, vagy ha kezeletlen szennyvíz kerül kibocsátásra, az üledékekben a fémek koncentrációja sok nagyságrenddel magasabb, mint a vízben. A talajban és a tőzegben a nehézfémek koncentrációja az ioncsere mechanizmusán keresztül történik. a nehézfémek átvitele vízoldható szerves és szervetlen komplexek képződése következtében történhet. Jellemzőnek tekinthető a nehézfémek toxikus tulajdonságainak megnyilvánulása egyidejű jelenlétükben. Így réz és cink jelenlétében a keverék toxicitása 5-szörösére nő a teljes eredményhez képest. Azokban a rendszerekben, ahol hiányzik az oldott oxigén, megnő a cink, az ólom és a réz toxicitása. A nehézfémek talaj szorpciója annak mechanikai, fizikai-kémiai (metabolikus), kémiai és biológiai kapacitásától függ.

A talaj által felvett ionok helyettesíthetik a kristályrácsban jelenlévő kationokat, és komplex vegyületeket képezhetnek a talaj szerves komponenseivel, például humuszvegyületekkel. A humuszvegyületek lúgos és semleges környezetben összetett vegyületeket képeznek nehézfémekkel. Az ipari szennyvíztisztítás gyakorlatában napjainkban a membrántechnológiák és az elektrokémiai tisztítás egyre nagyobb teret hódít. A cink, króm, réz, nikkel ionjait ioncserélő módszerrel tökéletesen kivonják a vízből. A nikkelion cserekapacitása 63 mg. 1 g ionithoz. Mivel a polimer ioncserélők költsége jelentős, a nehézfémektől való víztisztítási módszereket dolgoznak ki, amelyek melléktermékeket, ipari hulladékokat (salak, hamu) és természetes anyagokat (tőzeg, agyag) használnak. A toxikus szennyvíziszap feldolgozásának főbb elvei a nehézfémek kivonására a munkában.

A nehézfémeket ezen üledékek elégetésével nyert hamuból vonják ki. Napjainkban több mint 500 ezer fajta vegyszer - gazdasági tevékenység terméke - kerül a bioszférába, amelyek többsége a talajban halmozódik fel. A nehézfémek jelentős helyet foglalnak el a szennyező anyagok között.

A természetes környezetben való koncentrációjuktól függően nyomelemként vagy nehézfémként határozzák meg őket. De van egy fémcsoport, amelyhez csak egy meghatározás van hozzárendelve - „nehéz” a „mérgező” értelemben. Ezek közé tartozik a higany, kadmium, ólom, tallium és néhány más elem. Ezeket tartják a legveszélyesebb környezetszennyező anyagoknak, az olyan fémekkel együtt, mint az arzén.

A nehézfémek antropogén természeti környezetbe való bejutásának fő forrásai a hőerőművek, kohászati vállalkozások, a polifémes ércek kitermelésére szolgáló kőbányák és bányák, a gépjárművek, valamint a növények betegségektől és kártevőktől való kémiai védelme. A légköri kibocsátások következtében különösen erős nehézfém-áramlások keletkeznek a vas- és különösen a színesfémkohászati vállalkozások körül. A természeti környezet méreganyagokkal való szennyezése ipari komplexumok, nem pedig egyéni vállalkozások munkája eredménye. Tekintettel arra, hogy a lerakódott fémek fluxussűrűsége az alatta lévő felületre arányos a levegőben lévő koncentrációjukkal, speciális technikákat alkalmaznak a környezetbe kerülő fémek konkrét forrásának értékelésére.

A káros anyagok légkörbe történő antropogén kibocsátásának fő forrásai Észak- és Dél-Kazahsztán régióiban összpontosulnak, i.e. az északi féltekén. A légkör fémtartalma széles tartományban ingadozik, és függ a szennyező forrástól való távolságtól, az alatta lévő felszín természetétől és a méréskori időjárási viszonyoktól. A fémek illékonysága annak a ténynek köszönhető, hogy a légkörben szubmikron részecskékkel társulnak, amelyek a levegőben szinte gázként viselkednek. A légkörben lévő szennyező anyagokat esőcseppek vagy hópelyhek fogják fel, és a csapadék révén vagy száraz lerakódásként a Föld felszínére hullanak. A fémekkel történő aerogén talajszennyezés ipari forrásai a térben lokalizálódnak, így korlátozott területeken magas szintű talajszennyezést okoznak (4. ábra szerint).

4. ábra Háztartási hulladékból származó talajszennyezés

A kibocsátások magasságától és szórt összetételétől függően a légkörbe kerülő fémek mennyiségének 15-20%-a a helyi szennyezési zónába esik. Az emissziós forrás körüli talaj fémtartalmi izolinjainak konfigurációja elsősorban az éghajlati szélrózsának felel meg. A fémek talajba jutása a kibocsátó források közelében általában oldhatatlan vegyületek formájában történik.

Nehézfémek mobilitása a talajban

A talajba kerülő nehézfémvegyületek módosulása a következő folyamatokat foglalja magában: feloldódás, nehézfémkationok adszorpciója a talajok szilárd fázisa által, az utolsó szilárd fázis kialakulása. A technogén szennyezésnek kitett talajokban a nehézfémek vízoldható formáinak mennyiségét szabályozó fő folyamat az adszorpció-deszorpció egyensúly.

Ismeretes, hogy nehézfém-oxidok hozzáadása után ezek mozgékony formáinak tartalma gyakorlatilag nem tért el a talaj tartalmától, amelybe ugyanazon nehézfémek vízoldható sóit adták. Idővel minden talajban csökkent a nehézfémek vízoldható, kicserélhető és gyengén kötött formáinak tartalma, a szorosan kötött formáké pedig nőtt. A nehézfémek koncentrációja a talajoldatban a talaj fő ökológiai jellemzője, ez határozza meg a nehézfémek szelvény mentén történő vándorlását és a növények általi felszívódását. A talajnedvesség és a mikrobióta energia változása befolyásolja a sav-bázis és a redox egyensúlyt, a kelátképző vegyületek tartalmát, a talaj légkörének összetételét, mindez pedig a nehézfémek mobilitását. A nehézfémek talajok általi felszívódásának 2 mechanizmusa van: az első az adszorpció a talajok ásványi és szerves komponenseivel külső és belső gömbölyű komplex vegyületek képződésével; a második abban áll, hogy a talajoldatból kicsapják a nehezen oldódó vegyületeket, azaz. ismétlődő szilárd fázis képződésében. Az oxigénnel és kénnel erős kötést képző fémek későbbi sorsában fontos szerepet játszik a szerves anyagokkal való komplex képződmény. Az oldatban lévő fém nagyon magas koncentrációja esetén megkezdődik a másodlagos szilárd fázis kiválása: vas, alumínium-hidroxidok, kalcium-karbonátok, magnézium, cink, kadmium és higany-szulfidok. Ebben az esetben a fém koncentrációja az oldatban az aniontól függ, ami biztosítja a kation minimális oldhatóságát.

Rizs. 12.3. Nehézfémekkel szennyezett víz diszperziós folyamatainak vázlata az altalaj horizontján Rizs. 13.1 ábra. 13.2 ábra. 13.3 ábra. 13.4 ábra. 13.5 ábra. 13.6

Az aktív antropogén tevékenység körülményei között a természetes édesvizek nehézfémekkel való szennyezése különösen akut problémává vált. A probléma relevanciája kétségtelen. Elég azt mondani, hogy elvileg nem léteznek megbízható öntisztító mechanizmusok a nehézfémekre. A nehézfémek csak az egyik természetes tározóból oszlanak át a másikba, kölcsönhatásba lépnek különféle élő szervezetekkel, és ennek a kölcsönhatásnak mindenhol látható nemkívánatos következményeit hagyják maguk után. Ma a természetes vizek nehézfémekkel való szennyezésének fő forrása az ipari szennyezés. A nehézfémek a természetes vizekbe kémiai vegyületeket és nyomelemeket tartalmazó használt ipari vizekkel, szemétlerakókon átszűrt esővízzel, valamint különféle vegyi üzemek, tárolók balesetei során kerülnek. A talajvíz szempontjából nagy jelentősége van a kutakba, bányákba és gödrökbe történő hulladékbefecskendezésnek. ábrából látható. A 12.1. pont szerint a szennyezett víz egy nyitott tározóba áramolhat, és az át nem eresztő rétegben lévő „ablakon” keresztül behatolhat a vízadó rétegbe. Előfordulhat azonban a fordított folyamat is, amikor a nehézfémek a talajvízzel együtt vándorolnak, és ugyanazokon az „ablakon” keresztül jutnak be egy nyílt víztestbe (12.2. ábra).

A víz a földkéregben a nehézfémek migrációjának fő közege. A vízvándorlás intenzitásának felmérésére általában a vízvándorlási együtthatót használják, amely megegyezik a víz ásványi maradékában lévő kémiai elem és a gazdakőzetekben vagy a földkéreg kőzetében lévő kémiai elem tartalmának arányával. A természetes vizekben zajló vándorlási folyamatok szempontjából különösen fontosak az olyan tényezők, mint a redoxpotenciál, a sav-bázis viszonyok (pH) és számos egyéb tényező. A nehézfémek problémája egyrészt az édes felszíni vizekben, másrészt a felszín alatti vizekben egy általánosabb probléma két oldala.

Még egyszer hangsúlyozni kell, hogy a bomlási folyamatokon áteső szerves szennyező anyagokkal ellentétben a fémek csak a vízi rendszerek egyes összetevői között képesek újraeloszlásra. A természetes édesvizekben különböző formákban és eltérő oxidációs fokban fordulnak elő. Általában megkülönböztetünk szuszpendált, kolloid-diszpergált és ténylegesen oldott fázisokat, amelyeket viszont sokféle anyag és vegyület képviselhet. Az 1980-as években végzett kísérleti vizsgálatok kimutatták, hogy ugyanannak az elemnek a különböző formái eltérőek a biológiai aktivitásban és az élőlények számára elérhetőségben. Kiderült, hogy az MPC-t meghaladó koncentrációjú hidrobionok esetében a szabad hidratált ionok és néhány szervetlen komplex vegyület a legmérgezőbb, a metilezési folyamatnak kitett fémeknél (Hg, Pb, Sn stb.) pedig a fémorganikus vegyületek.

A nehézfémek csoportjába a periódusos rendszer több mint 30 eleme tartozik; Korlátozzuk magunkat ezek közül néhányra (12.1. táblázat).

12. táblázat

12.1. táblázat. Mikroelem-tartalom antropogén objektumokban

Mikroelemek	Folyékony települési hulladék (rész per millió szilárdanyag)	Foszfát műtrágyák, mg/kg	Rovarirtók, %
Mint	2-26	2-1200	22-60
BAN BEN	15-1000	5-115
Va	150-4000	200
Lenni	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

Réz (Cu). A földkéreg réztartalma viszonylag csekély, de gyakran megtalálható mind természetes állapotban, mind szulfidok és egyéb vegyületek formájában. A felszíni édesvizekben a réztartalom literenként több egységtől tíz, ritkábban több száz mikrogrammig terjed. Az emberi létezés teljes története során hatalmas mennyiségű rezet bányásztak (kb. 307 millió tonna), amelynek mintegy 80%-a a XX. A képlékenység, a hajlékonyság, a jó hővezető képesség, a korrózióállóság és az ötvözetképző képesség meghatározza a réz széleskörű ipari felhasználását. A réz teljes légkörbe történő kibocsátása különböző aeroszolokkal együtt 75 000 tonna/év. Ennek a mennyiségnek körülbelül 75%-a antropogén eredetű. A réztartalmú aeroszolok nagy távolságokra terjedtek el, és a csapadékkal együtt fokozatosan hullottak a föld felszínére. A réz másik fontos forrása a bányászat és a fémfeldolgozó ipar. Évente mintegy 17 ezer tonna rézhulladék kerül az óceánokba.

A vízi környezetben a réz három fő formában létezhet: lebegő, kolloid és oldott formában. Ez utóbbiak lehetnek szabad rézionok és szerves és szervetlen ligandumokkal alkotott komplex vegyületei. A réz előfordulási formáját nagymértékben meghatározzák a vízi környezet fizikai-kémiai és hidrodinamikai paraméterei.

A szilárd részecskékkel társított réz mennyisége a folyóvizekben elérheti a teljes tartalom 12-97%-át. Évente körülbelül egy tonna kerül az óceánba, ennek 1%-a oldott formában, 6%-a hidroxidokkal társult formában, 4,5%-a szerves formában, 85%-a szilárd kristályos részecskékben, 3,5%-a szuszpendált részecskéken szorbens formában.

Nyolc éves kutatás eredményei a nehézfémek folyóba vándorlásával kapcsolatban. A Ruhr-vidék kimutatta, hogy a víz réztartalma kis mértékben változik a vízhozam változásaival, és hogy a meglévő eltérések nem függenek a folyó menti vízmintavétel helyétől. Némileg eltérő kép alakult ki Ukrajna és Kamcsatka folyóinak vizsgálatakor, ahol a rézkoncentráció egyértelműen megnőtt a vízben a nagy lakott területek után. A réz agyagrészecskék általi intenzív szorpciója határozza meg a réz magas tartalmát a fenéküledékekben. A szorpció sebessége függ az agyagrészecskék mennyiségétől, a ligandumképző szerek, a ferromangán-oxidok jelenlététől, a környezet pH-jától és számos egyéb tényezőtől. A fenéküledékekből történő deszorpció lehetősége a közeg pH-értékétől, a víz keménységétől, valamint a benne lévő természetes és szintetikus kelátok és egyéb felületaktív anyagok jelenlététől függ.

A szennyezetlen édes felszíni vizek oldott réztartalma általában 0,5-1,0 µg/l. A bányászati területekre lényegesen magasabb rézkoncentráció (akár 500-2000 µg/l) jellemző. Az emberi tevékenység eredményeként a csapadék réztartalma igen jelentős. Így Belgium és Olaszország egyes régiói felett ennek a fémnek a csapadékban való átlagos tartalma 10-116, illetve 3-23 μg/l.

Az üledékek megnövekedett réztartalma (>1000 µg/kg) gyakran összefüggésbe hozható a bányászati szennyvíz hatásával. A nem szennyezett édesvízi üledékek száraz tömeg kilogrammonként legfeljebb 20 mikrogramm/kg rezet tartalmaznak. Ha toxicitásról beszélünk, akkor a réz nem akut mérgező az emberre, bár bizonyos esetekben a szervezetben a réz krónikus feleslege vagy hiánya mérgezést okozhat. A réz mutagén és karcinogén tulajdonságait nem állapították meg.

Cink (Zn). A cink a természetben széles körben elterjedt elemek egyike. Teljes tartalma a földkéregben az súly alapján. A cink jelentős számú, változó erősségű komplexet képez szerves és szervetlen ligandumokkal egyaránt. A rosszul oldódó cinkvegyületek közül a rendszer jelentős érdeklődésre tart számot , mert a levegővel telített vizekben a legstabilabb szilárd fázis.

A cink az emlősök számára létfontosságú elem. Számos enzim része, és fontos szerepet játszik a nukleinsavak - DNS és RNS - szintézisében. A cinket széles körben használják a technológiában. A gyártási léptéket tekintve (63 245 ezer tonna tíz év alatt - 1971 és 1981 között) a cink határozottan a negyedik helyen áll az acél, az alumínium és a réz után.

A felszíni vizek tartalmát tekintve a mikroelemek között a cink a második helyen áll a mangán után. Folyóvizekben koncentrációja igen változó - több mikrogrammtól tíz, ritkábban több száz mikrogramm/l-ig terjed. A nehézfémekkel szennyezett vizekben a cink koncentrációja elérheti a száz µg/l-t. Például az ólom- és cinkkohók hatászónájában található tavakban az oldott cink koncentrációja meghaladja a 100 mg/l-t. A bányák hatásövezetében lévő folyókban a cinktartalom meghaladja a 3000 µg/l-t. A rendelkezésre álló adatok szerint a cink antropogén bejutása a környezetbe 700%-kal magasabb, mint a természetes bevitel.

A cink (II) vizes oldatokban való viselkedését leginkább befolyásoló folyamatok közé tartozik a hidrolízis és a komplexképzés. A hidrolízis eredményeként többmagvú hidroxokomplexek keletkeznek. Az ilyen típusú polinukleáris hidroxo-komplexek azonban kis részt alkotnak (<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.

Higany (Hg). A higany a természetben főleg szórt állapotban található meg. Annak ellenére, hogy a földkéregben alacsony (%) tartalma, számos ásvány része, gyakran lerakódásokat képez. A teljes higanytermelés a jelenlegi évszázadban kb tonna volt. Ebből egyedül 1979-ben a higanytermelés alig volt kevesebb, mint 6 ezer tonna. Az egyedülálló fizikai-kémiai tulajdonságok kombinációja (az egyetlen folyékony fém 20-on és légköri nyomáson) gyakorlatilag a higanyt teszi az egyetlen természetes anyaggá, amely alkalmas mérőműszerekben való használatra. A magas hő- és elektromos vezetőképesség a higanyt kiváló vezetővé és hűtőközeggé teszi. Neutron adszorbeáló képessége miatt a higanyt sugárzás elleni „páncélzat” készítésére használják. A higanyvegyületeket széles körben használják inszekticidekben és más vegyszerekben. A felszíni édesvizekbe jutó antropogén higany mennyisége mintegy 57 ezer tonna, ami 10-szerese a természetes forrásból származó mennyiségnek. Úgy tűnik, hogy a higanyt tartalmazó eszközök használata és későbbi ártalmatlanítása a környezetbe kerülő higany fő mesterséges forrása. A második fontosságú a különféle fémek feldolgozása és a fosszilis tüzelőanyagok elégetése.

A természetes vizekben a higany háromféle állapotban lehet jelen - elemi (), egyértékű () és kétértékű (). Ennek a fémnek a vízben való előfordulási formái és eloszlása a környezet pH-jától függ. A vízi rendszerekben a higany nagyszámú stabil komplex vegyületet képez különféle szerves és szervetlen ligapokkal. Az iparilag szennyezett vizekben a higany 66,4%-a 10 000 molekulatömegű részecskékkel van kapcsolatban. A természetes vizekben a higany intenzíven kapcsolódik szilárd lebegő részecskékkel. Általában a szorpciós-deszorpciós folyamatok meghatározóak a fémek sorsa szempontjából a vizes rendszerekben. A higany szorpciója és az azt követő ülepedés fontos szerepet játszik a higany víztömegekből való eltávolításában. A higany antropogén szennyezőforrásokból kerül a vízrendszerekbe elsősorban elemi higany, kétértékű ion és fenil-higany-acetát formájában . Megállapítást nyert, hogy a metilált higany az uralkodó forma. Még a szennyezett vizekből származó halakban is megtalálható, a szennyező anyagok alacsony koncentrációja ellenére. Az oldott higany koncentrációja a szennyezetlen édesvizekben 0,02-0,1 µg/l között mozog. A csapadékban lévő összes higanytartalom különbözik<0,01 до >1,0 µg/l. A maximális tartalom általában az ipari területekre jellemző. A levegőben lévő higany hatékonyan eltávolítható heves esőzések során. Világszerte számos "forró pont" van, ahol nagyon magas az üledékekben található higanytartalom, ami még a szennyező forrás eltávolítása után is potenciális veszélyt jelent a vízi környezetre. Így a japán Kumano és Jintsu folyók fenéküledékeinek higanytartalma eléri a 9000 mg/kg-ot. A felszíni víztestekben gyakran magas higanykoncentráció figyelhető meg közvetett antropogén hatás miatt. A higanylerakódásokon átfolyó folyók (például a Kaltun folyó) megnövekedett mennyiségben tartalmazzák ezt az elemet.

A higany a természetes vizek egyik legveszélyesebb szennyezője. Könnyen reagál számos vér- és szövetfehérjével, blokkolja bennük az aktív csoportokat, aminek következtében elvesztik reakciós tulajdonságaikat (Minamata-kór). A szervezetbe jutó metil-higanyt a véráram szállítja, és felhalmozódik a vesében, a májban és az agyban. A higany eliminációs időszaka meglehetősen hosszú, ami hozzájárul az élő szervezetekben való felhalmozódásához. A higanyvegyületeknek nincs rákkeltő vagy mutagén hatása, azonban a higanynak a méhlepényen áthatoló képessége miatt számos embriotoxikus hatás ismert.

Ólom (Pb). Az ólom az egyik kevésbé elterjedt elem. Tartalma (tömeg) a földkéregben %. Az ólom előállítása és fogyasztása a XX. magas és stabil volt (t 1970-ben gyártották), és valószínűleg hosszú ideig ugyanazon a szinten marad. Az ólmot széles körben használják forrasztóanyagok, festékek, lőszerek, nyomdaötvözetek stb. Évente óriási mennyiségű ólmot fogyasztanak el a savas akkumulátorok gyártásához (1979-ben az USA-ban 814,3 ezer tonna Pb-t költöttek ezek előállítására), i.e. a világ fogyasztásának mintegy 60%-a.

Az ólomkibocsátás meredeken nőtt a 20. században. Olaj és benzin elégetésekor ennek a fémnek az összes antropogén kibocsátásának legalább 50%-a a környezetbe kerül. Az antropogén ólom másik fontos forrása a fémkohászat és -feldolgozás. A környezetbe kerülő ólom jelentős forrása a bányászat. A bányahulladékban az ólom koncentrációja elérheti a 2000 mg/kg-ot.

A természetes vizekben az ólom jelenlétének és migrációjának sajátosságait a kicsapódás és a szerves és szervetlen ligandumokkal történő komplexképzés határozza meg. Ezért a legtöbb természetes vízrendszerben az oldott ólom koncentrációja általában nem haladja meg a 10 µg/l-t. E folyamatok intenzitása függ a környezet pH-jától és Eh-jától, a ligandumképző szerek jelenlététől és számos egyéb tényezőtől. Az egyik ausztrál folyóban az ólom vándorlási mintázatának vizsgálata kimutatta, hogy a folyóvízben az ólom teljes mennyiségének körülbelül 45%-a kapcsolódik lebegő formákhoz, ami lényegesen alacsonyabb, mint a többi vizsgált folyónál, például a Rajnánál. , ahol a lebegő ólom aránya eléri a 72%-ot (hasonló adat a folyónál. Az Amur 64-75%-ot tesz ki). A számítások azt mutatják, hogy az ólom ioncserélő formái keletkeznek, és ennek egy részét elszámolják. A szerves ólomkomplexek csak az M-nél nagyobb ligandumképző szerek koncentrációja esetén válnak jelentőssé.

A folyami üledékek ólomszorpciójának-deszorpciójának intenzitása kőzettani összetételük és szervesanyag-tartalmuk jellemzőitől függ. Oldható komplexképző formák hiányában az ólom csaknem teljesen felszívódik pH > 6,0-nál. A csapadékban lévő összes ólom szintje általában 1 és 50 µg/l között van. Ipari területeken elérheti az 1000 µg/l-t, ami a hótakaró és a talaj súlyos szennyeződéséhez vezet. Például a kanadai Toronto város közelében lévő hótakaróban az ólom koncentrációja 828 000 μg/l, míg a távolabbi területeken lévő hótakaróban a koncentrációja 100 μg/L-re vagy az alá csökken.

A bányászat az édesvízi rendszerek üledékeiben található ólom legjelentősebb forrása. Egyes esetekben az ólomtartalom eléri a 6000 mg/kg üledék száraz tömegét, és még többet is. Szennyezett területeken a fenéküledékek ólomtartalma nem haladja meg a 2-50 μg/kg-ot az alatta lévő kőzetek jellegétől függően.

Az ólom rendkívül mérgező az élő szervezetekre. Megállapítást nyert, hogy a szervetlen vegyületek megzavarják az anyagcserét és enzimgátlóként hatnak. A hosszú távú vízfogyasztás még alacsony fémtartalom mellett is az akut és krónikus betegségek egyik oka. A csontok kalciumpótlásának képessége fokozott törékenységhez és görbülethez vezet. Az ólomnak nincs mutagén hatása, de a szervezetben megnövekedett tartalma a nőstény emlősöknél súlyos magzati fejlődési rendellenességekhez vezet, csontváz deformációt okozva. Ezenkívül az ólom újratölthető hatással és hosszú felezési idővel rendelkezik.

Nikkel (Ni). A nikkel kevésbé gyakori elem; a földkéreg tartalma nem haladja meg a %-ot. A nikkel (II) viselkedését a természetes vizekben rendkívül kevéssé vizsgálták, ennek az elemnek a mobilitása, mint sok más fém, nagymértékben függ a vízben lévő szerves anyagok mennyiségétől, természetétől, valamint a pH-tól és az Eh-tól. a környezeté. A nikkel (II) számos komplex vegyületet képez (a legerősebb komplexek donor nitrogénatomokat tartalmazó ligandumokkal vannak). A vizes oldatokban lévő ionok kisebb mértékben hidrolízisnek vannak kitéve, mint más fémek kationjai. A nikkel észrevehető hidrolízise csak 9,0 pH felett figyelhető meg.

A világ nikkelfogyasztása az 1971-től 1980-ig tartó évtizedben 740 ezer tonnát tett ki, de mára növekedési üteme csökkent. A természetes környezetbe kerülő nikkel fő forrásai a fosszilis tüzelőanyagok elégetése és a nikkeltartalmú ötvözetek használata.

A szennyezetlen vizek nikkeltartalma általában 1-3 µg/l között mozog. Különféle ipari források hatására 10-15 μg/l-re emelkedhet. A nikkelkohók közelében található tavakban a légköri bemenetek hatására az oldott nikkeltartalom 1 és 183 µg/l között mozog. A világ távoli területein a légköri csapadékot alacsony nikkelszint jellemzi (akár 5 μg/l), de koncentrációja jelentősen megemelkedik a városi és ipari területeken, és az ipari szennyezés típusától függően 3 és 110 μg között mozog. /l. A nikkel nem fontos vagy elterjedt szennyezőanyag a vízi rendszerek üledékeiben. A világ legtöbb ipari területén a tartalma ritkán haladja meg az 50-100 μg/kg-ot, ami sokszor a természetes háttérhez hasonlítható, de egyes területeken meghaladja az 500 μg/l-t. A nikkel nyomokban szükséges az ember számára. Feleslege ugyanakkor nagyon veszélyes, bár más nehézfémekhez képest ez a legkevésbé mérgező. Epidemiológiai vizsgálatok azt mutatják, hogy a nikkelvegyületek fokozott csonttörékenységet, rákos daganatokat és számos más betegséget okozhatnak.

Króm (Cr). A króm készletei a földkéregben csekélyek, de a technológiában igen széles körben alkalmazzák, és egyre sürgetőbbé válik a króm környezetbe történő kibocsátása. A króm kis mennyiségben része a DNS-nek, de a króm és a nikkel hiánya az élő szervezetek más szerkezeteiben valószínűleg az alacsony mobilitásnak és a fehérjékkel alkotott komplexeik alacsony stabilitásának tudható be. Ezért a gyártás mértékét figyelembe véve a króm az egyik legkevésbé toxikus elem a nehézfémek csoportjából. Az emlősök például látható káros hatások nélkül képesek elviselni a szervezet krómszintjének 100-200-szoros növekedését.

A krómércek (kromit) világfogyasztása az 1971-1980 közötti időszakban. elérte a 86 200 ezer tonnát.. Ez alatt a 10 év alatt a termelés csaknem megkétszereződött, ami a globális ipar krómfelhasználásának bővülésének köszönhető. A bányászott króm 58%-át ferroötvözetek előállításához használták fel. A króm jelenléte a vasöntvényekben ellenáll a korróziónak és az oxidációnak, valamint növeli az ütésállóságot. A ferrokróm ötvözetek jól ellenállnak az agresszív környezetnek és a magas hőmérsékletnek. A kromitok legalább 21%-át tűzálló anyagok előállításához használják fel. A maradékot a vegyipar fogyasztja el. A kromitokat a textiliparban festékek és fixálószerek, a bőriparban tanninok előállítására, krómozásra, eloxálásra és maratásra használják.

A krómtartalmú kibocsátások fő forrásai (csökkenő nagyságrendben) a ferrokróm előállítása és feldolgozása, a tűzálló anyagok gyártása, a szénégetés és a krómacélok gyártása. A krómacél olvasztó üzemek területén a krómtartalmú aeroszolok szintje háttérszinten elérheti az 1-et. Ezeket a részecskéket a szél nagy távolságokra szállíthatja, és a csapadék révén a Föld felszínére hullhat. Az antropogén króm fő forrása azonban a fémfeldolgozás. Az ellenőrizetlen kibocsátások nagy veszélyt jelentenek a felszíni vizek viszonylag mérgező formával történő szennyeződésére. További források a keringető hűtőrendszerekből származó víz, különféle vegyszerek. A szennyezés forrásai a bőrgyárak folyékony szennyvizei (akár több grammot is tartalmaznak literenként). és lassan - oxigén.

A fenéküledékek krómtartalmának antropogén források miatti növekedése megbízhatóan megállapítható. Például a csapadék a folyó alsó szakaszán. A nagy antropogén terhelésnek kitett Garden River (New York) a referenciaterületekhez képest 510%-kal dúsult krómmal.

Az ember számára a króm nem akut mérgező, de ennek a fémnek számos vegyülete rákkeltő. A felszín alatti vizek nehézfémekkel való szennyezettségével kapcsolatos kérdések mérlegelésekor figyelembe kell venni, hogy az elmúlt évtizedekben az intenzív antropogén hatások következtében nemcsak a felszíni, hanem a felszín alatti vizek kémiai összetétele is érezhetően megváltozott. A szennyezéssel szembeni viszonylag magas védettség ellenére (a felszíni vizekhez képest) Pb, Cr, Hg, Cu, Zn, radioaktív izotópok stb. A nehézfémek és más szennyező anyagok koncentrációja növekszik a nagyvárosokban és az ipari központokban. Ennek a folyamatnak a fő okai a következők voltak: a felszín alatti víztestek szennyezése, az erősen mérgező hulladékok mélyvízbe juttatása, valamint a talajvíz fokozott kitermelése háztartási és ipari szükségletekre. Ez utóbbi a felszíni víztestekből szennyezett víz beszivárgásához vezetett. A víztartó réteg szennyezettségének mértékét a telephely hidrogeológiai adottságai, az adott forrás működési időtartama, a szennyező hulladék jellege és koncentrációja, valamint a forrás nagysága határozza meg. A szennyezett vizek általában nehezebbek, mint a víztartó réteg szennyezetlen édesvizei, ezért a pontforrásból származó folyamuk túlnyomórészt lefelé terjed, vízszintes talajvízáramlás esetén az elszállítja, és ha vízzáró réteggel találkozik, szét van szórva rajta. A szennyezett talajvíz területének nagysága nemcsak a területtől, hanem a szivárgásforrás erejétől, a talajvíz vándorlásához viszonyított elhelyezkedésétől is függ. A szennyezett talajvíz áramlásának hossza függ a talajvíz tényleges szűrésének sebességétől, a források időtartamától és a szennyező anyagok (nehézfémek stb.) koncentrációjának csökkenéséhez vezető tényezőktől - a szűrési, oldódási, diszperziós, adszorpciós folyamatoktól. .

A felszín alatti vizek hosszú távú vizsgálatai azt mutatják, hogy a nehézfémek koncentrációját csökkentő fizikai-kémiai folyamatok intenzitását a vándorlási formáik összetétele határozza meg. Sajnos ezt a kérdést nagyon kevesen tanulmányozták. Az azonban már most világos, hogy az elemek vízben való vándorlási képességét nagyban meghatározza a vegyérték. Minél nagyobb egy komponens vegyértéke, annál szilárdabban marad meg a kőzetben vagy szilárd hulladékban, annál gyengébb módon jut át a természetes vizekbe, és annál kisebb a vízvándorlása. A mikrokomponens migráció hozzávetőleges sorrendje így néz ki: .

A szennyező elemek vízvándorlásának az iontömegektől való függését a következő állítás határozza meg: minél nagyobb egy komponens iontömege, minél erősebben kapcsolódik a kőzethez, annál rosszabbul jut át a talajvízbe, és annál jobban kicsapódik. . Például a 137,34 iontömegű kétértékű Ba vízvándorlása kisebb, mint az 54,91 iontömegű kétértékű Mn-é.

A szennyező anyagok vizes migrációjának az ionsugártól való függése összetettebb, de általánosságban betartják a szabályt: minél nagyobb egy elem ionsugara, annál könnyebben jut át a talajvízbe, és annál erősebben vesz részt az oldódási folyamatokban. Az egyértelmû vegyértékû komponensek határain belül a nagy ionsugárral rendelkezõ komponenseknél nagyobb képesség volt megfigyelhetõ ezekre a folyamatokra.

A talajvízben a mobilitás intenzitása szerint, az ionpotenciálok nagyságától függően, három elemcsoport különböztethető meg. A +3-ig terjedő ionpotenciálú társulat magában foglalja. Ezek az elemek rosszul vándorolnak a vízbe, de a víz jól tolerálja őket. A +3-nál nagyobb ionpotenciálú elemek gyengén mennek vízbe, de vízben kevéssé oldódnak: , Ga, Al, U, Zr, Ti, Nb, Ta, . A mikroszennyező komponensek közül a legkönnyebben oldódó és legkönnyebben mozgékonyak a halogén-, hidrokarbonát- és szulfátvegyületek; kevésbé oldható és kevésbé mozgékony SrSO4, SrCO3, BaCO3; A Fe3+, Mn3+ és a Ti4+, Zn4+, Th4+ oxidok minimálisan mozgékonyak.

A természetes talajvíz összetétele jelentősen befolyásolja a szennyező anyagok migrációját. Különböző kémiai összetételű vizekben számos makro- és mikrokomponens-szennyező ásványi vegyület oldhatósága megváltozik.

(12.2. táblázat).

A talajvíz típusa

12.2. táblázat. Mn, Cu, Fe, Al, Ba tartalom tartománya különböző áramlású talajvízben

A talajvíz típusa	Mn	Cu	Fe	Al	Ba
1 g/l-ig keverve	egészen az első egységekig
Akár 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
150 g/l ClNa-ig	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